新工科背景下化工專業(yè)化工原理實驗教學(xué)改革的研究與探索

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(吉林化工學(xué)院 石油化工學(xué)院，吉林 吉林 132022)

化學(xué)工程與工藝專業(yè)高等教育為化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫(yī)藥等部門，在工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)管理和科學(xué)研究等方面培養(yǎng)了大量的工程技術(shù)人才，為國家經(jīng)濟建設(shè)做出了巨大貢獻。目前，為了主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，教育部積極推進新工科建設(shè)[1]。在當(dāng)前新工科的背景下，化學(xué)工程與工藝專業(yè)傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，己不能適應(yīng)當(dāng)前社會及高等工程教育自身發(fā)展的需要。因此，需要圍繞實驗體制、實驗?zāi)Ｊ胶蛯嶒瀮?nèi)容等進行一系列改革[2]。

實驗教學(xué)是學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生實踐和科研能力等綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，是應(yīng)用型大學(xué)實施素質(zhì)教育不可分割的重要內(nèi)容。我校作為地方型本科高校，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為己任，積極向應(yīng)用型高等學(xué)校轉(zhuǎn)型，重點對實驗教學(xué)進行深化改革。同時，作為以工科為主的院校，在當(dāng)前“新工科”形式下，更應(yīng)該以此為發(fā)展契機，加強實驗教學(xué)的創(chuàng)新和升級，不斷創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教育模式，以滿足當(dāng)今社會對實用創(chuàng)新人才的需求[3]。

1 當(dāng)前化工原理實驗課程的突出問題

1.1 教學(xué)模式問題

化工原理實驗課程與理論課程不同步，或超前或滯后，嚴重影響理論指導(dǎo)實踐。傳統(tǒng)的實驗課堂，學(xué)生通過老師對實驗?zāi)康?、流程的講解，依據(jù)課本上操作步驟進行操作，對實驗過程中出現(xiàn)問題或異?，F(xiàn)象無法分析和做出相應(yīng)的處理，心理上過于依賴老師，造成學(xué)生接受性學(xué)習(xí)，無法培養(yǎng)學(xué)生獨立分析觀察問題的能力，無法培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。

1.2 學(xué)習(xí)積極性問題

每次實驗之前，學(xué)生不會主動去預(yù)習(xí)整個實驗流程，進入實驗室后對實驗?zāi)康?、原理、過程一無所知。同時，絕大部分學(xué)生重理論輕實踐，認為實驗過程根本不重要，實驗結(jié)束后能夠會處理實驗報告就可以。在具體分組實驗過程中，由于實驗臺套數(shù)的限制，一般是每組4人團隊合作，使得部分同學(xué)有等靠心理，不認真進行實驗，實驗過程敷衍了事。

1.3 考核制度問題

目前我校還是采用傳統(tǒng)的考核方式，實驗報告作為主要的考核依據(jù)。由于當(dāng)前生師比較高，不能充分考核到每個學(xué)生的操作能力，同時實驗報告重復(fù)率較高，根據(jù)實驗報告成績不能很好地反映學(xué)生具體的實驗過程，因此，單憑一紙報告書不能全面反映問題[4]。

2 化工原理實驗課程改革的思考和設(shè)計

2.1 整合實驗教學(xué)內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)生工程思維

現(xiàn)行的實驗內(nèi)容見表1。

表1 實驗教學(xué)內(nèi)容

通過修改實驗學(xué)時分配，將仿真實驗并入流體流動阻力測定實驗等實驗過程，仿真實驗不單獨分配學(xué)時；同時增加泵拆裝訓(xùn)練實驗，要求每個學(xué)生動手拆泵裝泵，認識各種化工用泵的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)。經(jīng)整合后，按專業(yè)功能將實驗內(nèi)容分為4個教學(xué)層次：訓(xùn)練實驗、基礎(chǔ)實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗，如圖1所示。

圖1 實驗層次結(jié)構(gòu)圖

常規(guī)精餾實驗是在一定回流比下測定精餾塔的全塔效率，通過改進，要求學(xué)生會分析塔內(nèi)的溫度、濃度變化及分離要求一定時回流比的選擇，以考察回流比對分離效果的影響。經(jīng)過上述安排和整合，基本上化工過程常用的單元操作學(xué)生都能得到訓(xùn)練，并且從易到難，學(xué)生的實驗技能逐步增強，工程觀點逐步樹立[5]。

2.2 改進實驗教學(xué)方法，實施多層次教學(xué)

2.2.1 實行開放式實驗教學(xué)，變被動參與為主動探討

將實驗課程時間安排由預(yù)先排課變?yōu)轭A(yù)約實驗，在學(xué)完實驗課程相關(guān)的理論知識后，實驗教師自主安排實驗時間，改變理論課與實驗課不同步現(xiàn)象，達到理論聯(lián)系和指導(dǎo)實踐的目的。實驗室預(yù)約開放，保證每組實驗人數(shù)不多于3人，實驗中彼此協(xié)調(diào)合作，每個同學(xué)充分參與到實驗操作和報告處理過程。

改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實驗操作部分由學(xué)生團隊合作完成。每個學(xué)生通過課前預(yù)習(xí)和仿真實驗了解實驗流程，分組討論實驗原理、操作步驟及注意事項等，分工協(xié)作完成實驗。如果實驗過程有設(shè)備損壞或故障，由教師指導(dǎo)學(xué)生自己找出故障和原因，實驗過程出現(xiàn)的各種問題都由學(xué)生自己討論解決，并作為實驗的一部分進行考核。

2.2.2 利用設(shè)備模型和實物輔助教學(xué)

將實驗相關(guān)的設(shè)備模型、各種廢舊化工設(shè)備(包括廢棄的管件、閥門、泵、塔件、換熱器等)陳列于實驗室的展示區(qū)。通過對化工設(shè)備的直觀感性認識，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，理論內(nèi)容也更易于理解。比如空氣對流傳熱系數(shù)測定實驗采用的設(shè)備是套管式換熱器，通過講解陳列的列管換熱器和板式換熱器模型，讓學(xué)生對不同換熱器的結(jié)構(gòu)及換熱過程有更直觀認識和比較。同時利用現(xiàn)有大型中試設(shè)備，讓學(xué)生繪制工藝流程，認識單元操作設(shè)備。

2.3 加強實驗過程管理，規(guī)范考試考核標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)的實驗成績考核主要是依據(jù)實驗報告給出，而實驗操作過程成績的比重較小，同時實驗報告抄襲現(xiàn)象十分嚴重，甚至每組所有同學(xué)的實驗報告幾乎雷同，使得實驗成績不能真實客觀的反應(yīng)學(xué)生對實驗過程的認識和掌握。為全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和實踐技能，采取分項考核記分的方式，綜合評定學(xué)生各個實驗環(huán)節(jié)的成績[6]，尤其突出實驗過程的表現(xiàn)成績比例。

表2 考核成績評定分解表

3 結(jié)語

通過對化學(xué)工程與工藝專業(yè)化工原理實驗教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及課時安排等進行整合研究，探索建立適應(yīng)當(dāng)前“新工科”背景下的化工原理實驗課程體系，促進實驗教學(xué)改革，對加強高校創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有重要意義。