工程性化學(xué)實驗創(chuàng)新教學(xué)中的幾點探討

楊俊松，孫遠(yuǎn)東

（蚌埠醫(yī)學(xué)院，安徽 蚌埠 233000）

工程性化學(xué)實驗創(chuàng)新教學(xué)中的幾點探討

楊俊松，孫遠(yuǎn)東

（蚌埠醫(yī)學(xué)院，安徽 蚌埠 233000）

工程性化學(xué)實驗課程是制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關(guān)專業(yè)的實驗課程.通過對工程性化學(xué)實驗課程自身特點的把握，結(jié)合工程性化學(xué)實驗教學(xué)實踐，與傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)新教學(xué)方法，優(yōu)化課堂教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量.

工程性；化學(xué)實驗；教學(xué)

工程性化學(xué)實驗課程是制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關(guān)專業(yè)的實驗課程，課程教學(xué)中十分注重培養(yǎng)工程設(shè)計的觀念，以突出與基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程的不同，在課程設(shè)置安排上，對于整個培養(yǎng)計劃中的基礎(chǔ)課和專業(yè)課，主要發(fā)揮著橋梁作用.而工程性化學(xué)實驗課程對于制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關(guān)專業(yè)學(xué)生又是極其重要的必修課程.其基本任務(wù)是通過從工程設(shè)計的理念出發(fā)，要求學(xué)生使用一些相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)過程中需要掌握的生產(chǎn)設(shè)備，或者模擬生產(chǎn)設(shè)備，親身體會理論課中討論的一些實驗現(xiàn)象，通過動手操作拿到第一手資料，比起理論公式的推導(dǎo)，更能訓(xùn)練同學(xué)們解決實際問題的能力.某些具體實驗操作可以請同學(xué)們先組隊制定實驗方案，在實驗教師的主持下，各組之間互相找對應(yīng)實驗方案的不足，然后進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，相對于給同學(xué)們早已制定好的實驗方案更有意義，讓同學(xué)們更有自己做工程設(shè)計的感覺.通過本項目建設(shè)，目的在于探索一套適合醫(yī)學(xué)院校制藥和食品工程專業(yè)在工程性化學(xué)實驗教學(xué)中確實行之有效的教學(xué)方法，切合工程性化學(xué)實驗教學(xué)的直觀性、示范性、實踐性特點[1]，在工程性化學(xué)實驗教育領(lǐng)域具有重大意義.

1 實驗教學(xué)改革需具備工程設(shè)計理念

由于具有數(shù)字化的特點，同學(xué)們可以利用具體的實驗裝置的程序設(shè)定裝置，設(shè)計實驗進(jìn)行的模式.例如：可以設(shè)計成先升溫后降溫，也可以設(shè)計成先降溫后升溫，比較實驗結(jié)果是否有不同，不同點在哪里，如何解釋這些現(xiàn)象.實驗設(shè)計過程中首先要擬定一個具體的實驗安排表以及對實驗所得數(shù)據(jù)如何進(jìn)行分析等.而工程性化學(xué)實驗通常涉及多變量多水平的實驗設(shè)計，如何安排和組織實驗，用最少的實驗獲取最有價值的實驗結(jié)果，將成為實驗設(shè)計的核心內(nèi)容.這就要求同學(xué)們在分組后，進(jìn)行具體使用方案設(shè)計時，需反復(fù)推敲實驗安排表，首先確定必須要測定的數(shù)據(jù)，有了實驗主線以后，再研究哪些輔助數(shù)據(jù)也需獲得，又不至于大幅度增加實驗工作量.通過組內(nèi)同學(xué)的認(rèn)真討論，可以拿出初步實驗方案，再放到實驗班級內(nèi)部討論，集思廣益，最終形成可行性實驗方案，交給實驗教師審核.審核通過后，即可以開展相關(guān)準(zhǔn)備工作，主要是具體實驗步驟的制定，所需實驗材料和實驗試劑由實驗中心提供.

如何達(dá)到工程設(shè)計實驗課的效果，預(yù)習(xí)工作是必要前提，由于工程設(shè)計實驗課的特殊性，更要求同學(xué)們在工程設(shè)計實驗課之前進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí)和對各相關(guān)接觸到的單元操作生產(chǎn)設(shè)備、實驗流程、數(shù)據(jù)監(jiān)控點、操作安全要點等問題的了解和熟悉.具體要求如下：（1）要求學(xué)生認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，對照理論教材以及相關(guān)的參考書，找出應(yīng)事先掌握的知識點，明確所做實驗的目的、任務(wù)和操作要求；根據(jù)具體實驗任務(wù)，分析所需使用的理論依據(jù)；通過以上要求的信息，構(gòu)思詳細(xì)的實驗流程、確定所需使用的實驗裝置；在實驗安排表上每個欄目框中標(biāo)出應(yīng)該測取的是哪些數(shù)據(jù)；實驗小組通過以上一系列工作后，可以擬定出初步的實驗方案等.（2）要求學(xué)生熟悉實際的實驗裝置和流程，能夠很清晰地判斷出需測控的數(shù)據(jù)點，了解需操作的生產(chǎn)設(shè)備或模擬生產(chǎn)設(shè)備和相關(guān)儀表的具體型號、儀器啟動程序及相應(yīng)開關(guān)的調(diào)節(jié)方法，熟悉儀器操作要點和操作過程中的注意事項等.（3）為了使在工程性化學(xué)實驗中獲得的實驗數(shù)據(jù)點在所繪坐標(biāo)軸上分布均勻，實驗前需初步確定出被測參數(shù)合理的實驗數(shù)據(jù)間隔，并預(yù)估實驗數(shù)據(jù)根據(jù)實驗條件的改變而發(fā)生的變化規(guī)律.（4）最后，在具體開始操作實驗之前，需要求學(xué)生寫出完整的預(yù)習(xí)報告，工程性實驗報告中要明確此次實驗的目的和任務(wù)、實驗原理、裝置流程示意圖、實驗步驟及操作注意事項等；在實驗前設(shè)計好原始數(shù)據(jù)記錄表，在表格中應(yīng)該記下各項數(shù)據(jù)量的名稱、符號和單位等.

實驗教師要有意識地影響并引導(dǎo)學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神的形成和發(fā)展，這就要求教師必須努力注意創(chuàng)新教育的重要性.在工程性化學(xué)實驗教學(xué)過程中，要寬容學(xué)生在實驗操作中的失誤，實驗教師可以對其預(yù)習(xí)報告中不合理的部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo).

2 工程性化學(xué)實驗教學(xué)改革的探討

基于工程性化學(xué)實驗的特點，應(yīng)提高課堂演示實驗的可觀察性，注意培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力.在工程性化學(xué)實驗課堂教學(xué)中，實驗操作是實驗教學(xué)的核心環(huán)節(jié)，學(xué)生只有通過操作才能了解和領(lǐng)會單元操作生產(chǎn)設(shè)備及實驗流程，做到了解如何實現(xiàn)實驗過程的優(yōu)化，通過分析各種非正常實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因并討論研究需要采取的調(diào)整措施.實驗操作中應(yīng)注意：（1）學(xué)生進(jìn)行工程性化學(xué)實驗時，首先應(yīng)仔細(xì)檢查實驗裝置及實驗儀器儀表是否完好可用，對實驗動力設(shè)備如電動機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等運轉(zhuǎn)設(shè)備必須進(jìn)行詳細(xì)檢查；而對于各種閥門，尤其是一些回路閥或旁路閥，在實驗前更應(yīng)仔細(xì)檢查其處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)，對于具體的實驗要求，做到應(yīng)打開的閥門需打開，應(yīng)關(guān)閉的閥門要關(guān)閉，避免造成不必要的損失.實驗小組準(zhǔn)備完畢后，在實驗教師檢查確認(rèn)正常后，方可開始進(jìn)行操作.（2）學(xué)生實驗中應(yīng)該密切注意實驗儀表上的顯示數(shù)據(jù)的變化，通過在實驗操作中的及時調(diào)節(jié)，使整個實驗過程在規(guī)定的實驗條件下順利進(jìn)行.在實驗操作過程中，實驗條件改變后，學(xué)生不能急于記錄相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，由于工程性化學(xué)實驗中的所用的實驗設(shè)備需要一段時間穩(wěn)定，而且相關(guān)的實驗儀表也常常存在滯后現(xiàn)象，因此提醒學(xué)生一定要在實驗過程穩(wěn)定后，方可取樣或讀取相關(guān)實驗數(shù)據(jù).（3）在工程性化學(xué)實驗過程中，提醒學(xué)生切忌只顧埋頭操作和在實驗設(shè)備上讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，而往往忽略了真正重要的對工程性化學(xué)實驗過程中相關(guān)實驗現(xiàn)象的仔細(xì)觀察.一定要告知學(xué)生，工程性化學(xué)實驗現(xiàn)象往往與工程設(shè)計的內(nèi)在機(jī)理和科學(xué)規(guī)律密切聯(lián)系，例如蒸餾塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)與交換效率的關(guān)系.要求學(xué)生自覺培養(yǎng)在實驗操作過程中勤于觀察、善于觀察的習(xí)慣，是制藥工程和食品質(zhì)量與安全等相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員及科研工作者所必備的專業(yè)素質(zhì).（4）經(jīng)常遇到的情況是工程性化學(xué)實驗操作過程中往往會出現(xiàn)實驗小組預(yù)想不到的異?，F(xiàn)象，或者實驗數(shù)據(jù)比預(yù)測情況出現(xiàn)明顯誤差時，要求學(xué)生應(yīng)在實驗數(shù)據(jù)記錄中如實注明.實驗結(jié)束后，實驗小組同學(xué)應(yīng)與實驗教師一起認(rèn)真討論，討論研究異常實驗現(xiàn)象發(fā)生的原因，通過及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題或者對異常實驗現(xiàn)象做出合理的分析、解釋.（5）在具體工程性化學(xué)實驗過程中，要求學(xué)生認(rèn)真記錄事先擬定好的原始實驗數(shù)據(jù)記錄表格，特別需要強(qiáng)調(diào)的是一定要保證實驗數(shù)據(jù)可靠、清楚、完善，按制藥工程等工程類專業(yè)現(xiàn)在的GMP（Good Manufacturing Practice）規(guī)范要求認(rèn)真填寫，必須真實地反映實驗儀表的準(zhǔn)確度，一般要求學(xué)生記錄數(shù)據(jù)要達(dá)到實驗儀表上最小分度以下一位數(shù)；實驗數(shù)據(jù)記錄后應(yīng)及時請小組其他同學(xué)復(fù)核，以免由于匆忙而發(fā)生讀錯或?qū)戝e的情況；所測工程性化學(xué)實驗數(shù)據(jù)的名稱、符號、單位也應(yīng)做出相應(yīng)的注明.（6）實驗結(jié)束后，實驗小組的實驗數(shù)據(jù)經(jīng)指導(dǎo)教師審查合格后，結(jié)束實驗操作.按照實驗操作結(jié)束流程，對照工程性化學(xué)實驗操作規(guī)程關(guān)閉相關(guān)實驗儀器設(shè)備，關(guān)閉總電源.最后，實驗小組一定要將實驗場地打掃干凈后，經(jīng)實驗教師的同意后，方可離開.

因此，對于工程性化學(xué)實驗教學(xué)，完成以上實驗教學(xué)改革的要求，實驗教師不但自己要做好實驗前的準(zhǔn)備工作，更要強(qiáng)調(diào)學(xué)生做好充分的預(yù)習(xí)工作[2,3].

3 改變傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實驗報告模式，完善工程性化學(xué)實驗報告

相對于傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實驗報告，工程性化學(xué)實驗報告有著其不同的特點.對于制藥工程、食品質(zhì)量與安全等專業(yè)，工程性化學(xué)實驗報告是對實驗工作本身和實驗工作對象進(jìn)行評價的主要依據(jù)，也是實驗工作的全面總結(jié)和系統(tǒng)概括，是實驗工作中不可缺少的重要環(huán)節(jié).要求學(xué)生如實書寫實驗報告的過程，就是對工程性化學(xué)實驗過程中所測取的數(shù)據(jù)加以處理，對學(xué)生所觀察的實驗現(xiàn)象加以分析研究，便于從中找出實驗現(xiàn)象中的客觀規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系的過程.如果學(xué)生做了實驗而不寫實驗報告，就等于做實驗有始無終，半途而廢.因此，對于制藥工程、食品質(zhì)量與安全等專業(yè)的學(xué)生而言，通過進(jìn)行工程性化學(xué)實驗并認(rèn)真寫出實驗報告，是一種必不可少的基礎(chǔ)訓(xùn)練.由于，工程性化學(xué)實驗不同于基礎(chǔ)化學(xué)實驗，所以實驗教師應(yīng)提倡學(xué)生在正式實驗報告前應(yīng)該先寫實驗摘要，目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合分析、概括問題的能力.工程性化學(xué)實驗報告一般有以下幾點要求：（1）要求學(xué)生規(guī)范書寫工程性化學(xué)實驗報告，首先每篇工程性化學(xué)實驗報告應(yīng)有準(zhǔn)確的名稱，需列在實驗報告的最前面，實驗報告名稱力求簡潔、鮮明、準(zhǔn)確.簡潔，就是字?jǐn)?shù)要盡量少；鮮明，就是讓看實驗報告的人一目了然；準(zhǔn)確，就是能恰當(dāng)反映實驗的內(nèi)容.（2）要求學(xué)生明確實驗?zāi)康模韬喢鞫笠卣f明為什么要進(jìn)行這個實驗，做這個實驗要解決實際生產(chǎn)遇到的什么問題，常常是列出一二三條等.（3）要求學(xué)生寫清楚實驗的理論依據(jù)——實驗原理，需簡要說明實驗所依據(jù)的基本原理，包括實驗所涉及的主要概念、實驗依據(jù)的重要定律、公式及據(jù)此推算的重要結(jié)果，務(wù)必要求學(xué)生書寫準(zhǔn)確、充分.（4）特別突出的也是與基礎(chǔ)化學(xué)實驗報告差別較大的是要求學(xué)生務(wù)必畫出實驗裝置示意圖，并標(biāo)明所用實驗設(shè)備和儀器儀表的名稱、型號，這些其實是工程性化學(xué)實驗報告的關(guān)鍵所在，正如地理課中的地圖一樣，讓看實驗報告的人能夠一目了然，獲取大量主要信息.描繪完實驗裝置示意圖，還需讓學(xué)生在圖中標(biāo)注出測量數(shù)據(jù)的測試點，最后在該圖的下面寫出圖名及各設(shè)備儀器的標(biāo)號.（5）要求學(xué)生在工程性實驗報告中標(biāo)明實驗操作方法和安全要點，這是保證工程性實驗報告中實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要之處.可以要求學(xué)生根據(jù)實際操作程序，按工程性化學(xué)實驗進(jìn)行的時間的先后劃分為幾個步驟，這樣會使得整個操作步驟條理更為清晰.如果在實驗步驟的劃分過程中，能夠按照以改變某一組因素（如溫度參數(shù)或流量參數(shù)等）作為一個步驟，這樣的話，對于實驗操作過程的說明，就會更加簡單、明了.而對于整個實驗過程的安全要點要在操作程序中需特別標(biāo)注，這是因為對于容易引起危險、損壞儀器儀表或反應(yīng)設(shè)備以及一些對實驗數(shù)據(jù)影響比較大的操作，一定要在注意事項里給予特別突出的標(biāo)示提醒，以引起實驗操作者的注意.（6）要求學(xué)生認(rèn)真完成實驗數(shù)據(jù)記錄，因為實驗數(shù)據(jù)是實驗過程中從測量儀表所讀取的數(shù)值，所以一定要根據(jù)工程性化學(xué)實驗中的儀表的準(zhǔn)確度決定實驗數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù).其中，學(xué)生讀取實驗數(shù)據(jù)的方法正確與否，是準(zhǔn)確記錄實驗數(shù)據(jù)的保證.若實驗操作過程中，由于時間有限，可以先記在原始數(shù)據(jù)記錄表格里.同時，需記錄的實驗數(shù)據(jù)較多時，此原始數(shù)據(jù)記錄表格宜作為附錄放在報告的后面.

通過以上幾點工程性化學(xué)實驗報告中的規(guī)范書寫，既突出了工程性化學(xué)實驗報告有別于基礎(chǔ)化學(xué)實驗報告，同時又體現(xiàn)了工程性化學(xué)實驗報告自身工程設(shè)計的特點.

4 工程性化學(xué)實驗中創(chuàng)新思維的培育

作為醫(yī)學(xué)院校，面臨著工程性化學(xué)實驗薄弱的現(xiàn)實，怎樣適應(yīng)新的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)既定的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)同學(xué)們的工程設(shè)計觀念，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)工程性化學(xué)實驗的積極性，這些都需要通過創(chuàng)新來完成.由于工程性化學(xué)實驗是制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)，因此在工程性化學(xué)實驗教學(xué)中的創(chuàng)新思維的培育顯得尤為重要[4,5].

例如：在對流傳熱實驗中，實驗教師可以要求各實驗小組同學(xué)分別讀出不同溫度區(qū)間冷流體水的進(jìn)出口溫度t1和t2，以及熱流體空氣的進(jìn)出口溫度T1和T2，同時在實驗操作過程中改變熱流體的流量并讀取數(shù)據(jù).而最后，全班同學(xué)都可以一邊觀摩展評，一邊接收別人評價的信息，學(xué)生之間的交互性更強(qiáng)，則有利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng).這是用大屏幕投影儀和傳統(tǒng)的電腦室所無法達(dá)到的.

通過諸如以上在具體工程性化學(xué)實驗課程教學(xué)中的一系列創(chuàng)新，制藥工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生的相關(guān)學(xué)習(xí)成績普遍提高，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，挖掘了學(xué)生潛力，發(fā)展了學(xué)生個性，較全面提高了制藥工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì).

5 堅持綠色工程性化學(xué)實驗

在工程性化學(xué)實驗中，因為實驗用品用量普遍較基礎(chǔ)化學(xué)實驗用量多，所以對有安全綠色環(huán)保工程性化學(xué)實驗創(chuàng)新思想的學(xué)生予以加分和表揚，以此加強(qiáng)學(xué)生的工程性化學(xué)安全和綠色意識.我們還向?qū)W生提出了綠色工程性化學(xué)實驗的原則——循環(huán)實驗，其內(nèi)容是遵循綠色工程性化學(xué)實驗原則，即本實驗室除普通垃圾外無化學(xué)試劑類廢棄物，設(shè)計綠色工程性化學(xué)實驗工藝來完成這一目標(biāo).

綜上所述，作為醫(yī)學(xué)院校如何辦好像制藥工程、食品質(zhì)量與安全等工程類專業(yè)，為了彌補(bǔ)工程性化學(xué)實驗教學(xué)相對薄弱的現(xiàn)狀，必須進(jìn)行一系列的工程性化學(xué)實驗教學(xué)改革，創(chuàng)新教學(xué)方法，從工程性化學(xué)實驗的預(yù)習(xí)、實驗操作過程中的注意事項、工程性化學(xué)實驗報告的規(guī)范書寫等方面，對學(xué)生提出不同于基礎(chǔ)化學(xué)實驗的要求，以培養(yǎng)制藥工程、食品質(zhì)量與安全等工程類專業(yè)學(xué)生的工程設(shè)計理念，提高工程設(shè)計、解決實際問題的能力，從而達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo).

〔1〕李南薇.化工原理課程設(shè)計改革初探[J].廣西輕工業(yè)，2011（3）：130～135.

〔2〕王學(xué)榮，王飛，周玲，等.食品工程原理課程設(shè)計的改革與實踐[J].中國輕工教育，2007（3）：50～52.

〔3〕陳芳芳.關(guān)于化工原理課程設(shè)計教學(xué)改革的幾點體會[J].職業(yè)教育研究，2008（3）：144～145.

〔4〕丁貞喬.改革考試方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].化學(xué)教育，2001，22（5）：11～12.

〔5〕郭慶豐，彭勇，余立新，等.在化工原理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力[J].化工高等教育，2004（1）：45～47.

G434

A

1673-260X（2017）02-0188-03

2016-12-25

安徽省教育廳資助項目（KJ2015A167,gxyqZD2016157,201510367009,201610367019,2015zytz032）；蚌埠醫(yī)學(xué)院資助項目（BYKY1413ZD,jyxm1508）