基于工程觀念培養(yǎng)的化工原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)探討

趙 帥，楊俊松，葉栩文，王 珊，陳明功

(1.蚌埠醫(yī)學(xué)院公共基礎(chǔ)學(xué)院，安徽蚌埠 233000；2.安徽理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，安徽淮南232000)

化工原理實(shí)驗(yàn)屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇，是化工制藥類及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和工程實(shí)踐能力的主要實(shí)踐課程[1]。學(xué)生可通過工程實(shí)驗(yàn)更有效、更直觀地掌握工程應(yīng)用方面的原理及操作，提高分析和解決工程實(shí)際問題的能力?；ぴ韺?shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，熟練掌握常用的工程實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)基本操作，分析并解決實(shí)際工程問題。同時，該課程有助于學(xué)生完成簡單工藝流程設(shè)計，為提高畢業(yè)生綜合素質(zhì)、拓寬就業(yè)打下堅實(shí)基礎(chǔ)[2-3]。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選定及預(yù)習(xí)

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選定

根據(jù)學(xué)科專業(yè)的特點(diǎn)和化工原理課程教學(xué)的要求，使學(xué)生在校能夠基本掌握各單元操作的原理、過程和注意事項等內(nèi)容，可選定部分典型實(shí)驗(yàn)，如流體流動阻力測定實(shí)驗(yàn)、離心泵特性曲線測定實(shí)驗(yàn)、恒壓過濾常數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、傳熱綜合實(shí)驗(yàn)、吸收與解吸實(shí)驗(yàn)、精餾實(shí)驗(yàn)及干燥速率曲線測定實(shí)驗(yàn)等作為實(shí)驗(yàn)課程的主要內(nèi)容。另外，可以針對不同專業(yè)、不同層次的教學(xué)對象，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以調(diào)整[4]。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)多為基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計型實(shí)驗(yàn)不多，自主研究型實(shí)驗(yàn)尤其缺乏，很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、分析和解決實(shí)際工程問題的目的[5]。

1.2 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的過程至關(guān)重要，應(yīng)盡量杜絕學(xué)生把實(shí)驗(yàn)教材的相關(guān)內(nèi)容照搬到預(yù)習(xí)報告中的現(xiàn)象。教師可提前引導(dǎo)學(xué)生思考下一次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提出實(shí)驗(yàn)中涉及的關(guān)鍵問題。教師可在課前開放實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓學(xué)生初步熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作方法及注意事項等環(huán)節(jié)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。也可采用模擬仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，讓學(xué)生在計算機(jī)上進(jìn)行動態(tài)模擬仿真實(shí)驗(yàn)。

2 教學(xué)模式的改進(jìn)

2.1 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識包括教學(xué)環(huán)節(jié)及要求、各類安全知識、實(shí)驗(yàn)研究方法、設(shè)計方法、實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計、誤差的估算與分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法和常見測量儀表的使用等。這些基礎(chǔ)知識是順利完成實(shí)驗(yàn)課程的根本保障。在實(shí)驗(yàn)課程開始前講述正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計法、誤差分析等常用實(shí)驗(yàn)技巧。

2.2 分階段教學(xué)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師在講述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后演示實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生真正掌握的內(nèi)容不多，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程意識的效果。在學(xué)生充分預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，可將每個實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為五個階段[6]：第一階段,教師詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理，讓學(xué)生聽得明白，這是順利完成整個實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。第二階段,教師引導(dǎo)學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)的具體流程、操作方法及注意事項，要求學(xué)生認(rèn)真聽講、記錄并隨機(jī)抽取學(xué)生復(fù)述或提問。第三階段,學(xué)生根據(jù)前述內(nèi)容進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)的裝置流程，按要求畫出實(shí)驗(yàn)裝置流程的示意圖。第四階段,學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，過程中如遇到問題，由教師現(xiàn)場分析解答，同時要及時發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生的錯誤或不當(dāng)操作，避免發(fā)生危險。另外，教師可以創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題，并運(yùn)用基本原理分析問題、解決問題，以增強(qiáng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化基本原理和工程觀念[7]。第五階段,完成實(shí)驗(yàn)報告時，在達(dá)到基本要求的基礎(chǔ)上，學(xué)生用AutoCAD、origin等繪圖工具繪制實(shí)驗(yàn)裝置PID圖和所測曲線圖。

2.3 教學(xué)時間的調(diào)整

化工原理理論課程學(xué)時較長，導(dǎo)致理論課和實(shí)驗(yàn)課不同步，造成實(shí)驗(yàn)課時學(xué)生對單元操作的原理記憶淡薄，直接影響實(shí)驗(yàn)課程效果[8]。實(shí)驗(yàn)課時間不宜過長，這樣能充分發(fā)揮理論指導(dǎo)實(shí)踐的作用，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。

2.4 開設(shè)模擬仿真實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，模擬仿真實(shí)驗(yàn)比真實(shí)實(shí)驗(yàn)有諸多獨(dú)特的優(yōu)勢，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理和操作流程的掌握程度。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)可以最大程度地熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，避免損壞實(shí)驗(yàn)裝置。模擬仿真實(shí)驗(yàn)對學(xué)生熟悉DCS自動控制系統(tǒng)有重要的啟發(fā)作用。模擬仿真實(shí)驗(yàn)對提高整體的教學(xué)效果非常明顯，但不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，只有將這兩類實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合才能達(dá)到最佳的教學(xué)效果。另外，模擬仿真實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生掌握控制系統(tǒng)的投運(yùn)技術(shù)，提高對復(fù)雜控制過程的分析和決策能力，對培養(yǎng)學(xué)生工程觀念有積極作用[9]。

2.5 課堂的延伸

為培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，可積極組織和學(xué)生參加課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究，鼓勵學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請專利等。引導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生制藥工程設(shè)計大賽、大學(xué)生化工設(shè)計大賽和化學(xué)化工創(chuàng)新作品競賽等活動，以賽促教、以賽促學(xué)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用和延伸[10]。

3 考核方式的改革

化工原理實(shí)驗(yàn)考核方式的改革應(yīng)在適應(yīng)學(xué)校學(xué)科特點(diǎn)的同時做到科學(xué)公正。因此，考核改革的內(nèi)容應(yīng)將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、操作過程、實(shí)驗(yàn)態(tài)度和實(shí)驗(yàn)報告質(zhì)量等結(jié)合起來[11]，或?qū)?shí)驗(yàn)報告改成小論文的形式，提升論文寫作能力。新的考核方式主要包括學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)報告或小論文的撰寫等方面，使考核成績能最大程度地反映出學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)?zāi)芰途C合運(yùn)用知識的能力[12-13]。改革后的考核方法強(qiáng)化了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作方法和技能的掌握以及發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際工程問題的能力[14]。

4 結(jié)語

改革后的課程模式能夠充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前能認(rèn)真查閱相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作步驟及其注意事項；實(shí)驗(yàn)過程中，能認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，對過程中出現(xiàn)的部分現(xiàn)象和問題也能加以分析和解決。另外，建立了全面有效的實(shí)驗(yàn)課程考核體系，使實(shí)驗(yàn)效果得到明顯改善。對工科學(xué)生來講，在接受課程理論知識傳授的同時更應(yīng)該注重工程觀念和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生綜合素質(zhì)及能力得到全面提高，為其深造學(xué)習(xí)或者就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。