專業(yè)認(rèn)證背景下化工原理實驗的教學(xué)改革與實踐

馮艷艷，楊 文，王桂霞，劉 崢

(桂林理工大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

開展工程教育專業(yè)認(rèn)證工作是規(guī)范我國高等學(xué)校工程教育專業(yè)、提高工程教育質(zhì)量的重要舉措，同時專業(yè)認(rèn)證作為質(zhì)量保障手段之一，在我國高等學(xué)校教育中正日益發(fā)揮其獨特的作用[1]。桂林理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)于2019年6月通過了工程教育專業(yè)認(rèn)證，作為化工專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程與重要的工程實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，在2018年11月專家組進(jìn)校時化工原理實驗受到了高度重視。本文以桂林理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)為切入點，針對實驗過程中學(xué)生學(xué)習(xí)主動性低、對教師過度依賴、創(chuàng)新能力弱和實驗動手能力差的現(xiàn)象，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求，對課程的實驗項目、仿真實驗、實驗操作過程、實驗報告及成績評定等進(jìn)行完善，構(gòu)建了新的更為充實的教學(xué)體系。

1 教學(xué)大綱和實驗項目內(nèi)容的充實和完善

化工原理實驗是化工原理課程教學(xué)中一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解各個化工單元操作的原理、流程，掌握實驗設(shè)備的特點、性能和基本操作，加深對化工原理基礎(chǔ)理論、基本知識的理解；提高學(xué)生聯(lián)系實際分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求是的科學(xué)態(tài)度。化工原理是學(xué)生初次接觸的專業(yè)基礎(chǔ)課，而化工原理實驗是學(xué)生初次接觸的專業(yè)基礎(chǔ)實驗裝置，開展哪些實驗項目，如何對課程考核評價，這是實驗指導(dǎo)老師必須認(rèn)真思考的問題。我校在專業(yè)認(rèn)證前期準(zhǔn)備過程中不斷修改完善教學(xué)大綱體系，采用理論、仿真與實驗相結(jié)合的方法，循序漸進(jìn)地提高學(xué)生的動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力[1-3]。

為完善和豐富實驗教學(xué)體系，提高學(xué)生的實驗興趣、實驗積極性以及動手操作能力，在原有化工原理實驗課時的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校的整體教學(xué)工作和教學(xué)進(jìn)度安排情況，適當(dāng)?shù)卦黾踊ぴ韺嶒炚n時。對于化工原理實驗而言，長期以來以驗證性實驗為主，需要學(xué)生利用已知實驗結(jié)果驗證，以加深對所學(xué)理論知識的理解。但這種形式的教學(xué)限制了學(xué)生綜合能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，所以，我?；I(yè)將化工原理實驗劃分為基礎(chǔ)實驗、設(shè)計實驗兩個不同的層次。基礎(chǔ)實驗是指常規(guī)開設(shè)的驗證性實驗，如離心泵特性曲線測定、流體流動阻力測定、過濾實驗等，這類實驗需要學(xué)生熟練掌握化工單元操作方式、工作原理，能夠獨自完成實驗操作和實驗數(shù)據(jù)的處理與分析討論。而設(shè)計實驗是指換熱器傳熱系數(shù)的測定、精餾綜合實驗、吸收與解吸實驗等。和原有教學(xué)內(nèi)容及方式相比，此類實驗要求學(xué)生能夠根據(jù)實驗?zāi)康淖灾髟O(shè)計實驗方案，獨立完成實驗操作和實驗數(shù)據(jù)的處理，強(qiáng)化學(xué)生對理論知識的綜合運用能力。

此外，基于專業(yè)認(rèn)證的能力要求，充實完善實驗教學(xué)大綱，將原有化工原理實驗內(nèi)容中離心泵特性曲線測定、管道的沿程阻力與局部阻力測定、過濾實驗、傳熱實驗、精餾實驗、干燥實驗、萃取實驗、吸收實驗有機(jī)結(jié)合，增加柏努利方程演示實驗和雷諾演示實驗，增設(shè)16學(xué)時的化工原理仿真實驗，培養(yǎng)學(xué)生的理論知識與實踐結(jié)合的能力和解決實際工程問題能力，完善實驗教學(xué)大綱并充實實驗項目內(nèi)容，形成一套完整的教學(xué)大綱體系[4,5]。該體系建立了化工原理實驗課程專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求指標(biāo)點與課程教學(xué)目標(biāo)之間的支撐關(guān)系，明確了每個實驗的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容，對實踐教學(xué)發(fā)揮有效的指導(dǎo)作用[1]。

2 仿真實驗平臺的建設(shè)與應(yīng)用

計算機(jī)的高速發(fā)展使得高校教師的教學(xué)方式和內(nèi)容發(fā)生一定的變化，對于化工原理實驗，則主要體現(xiàn)在教學(xué)方式、實驗方式、實驗內(nèi)容、實驗結(jié)果等方面。自2017年開始，我?；I(yè)的化工原理實驗增設(shè)16學(xué)時的仿真實驗，分別為離心泵特性曲線的測定、流體流動阻力的測定、液固分離實驗、換熱器傳熱系數(shù)的測定、氣體吸收和解吸實驗、精餾分離實驗、萃取分離實驗、洞道式干燥曲線的測定等8個實驗項目。通過仿真軟件的學(xué)習(xí)，學(xué)生身臨其境地感受各個化工單元操作的操作原理和操作程序，加深對實驗原理的理解，強(qiáng)化學(xué)生的安全意識和工程意識，為后續(xù)實體裝置實驗做好鋪墊。

仿真實驗平臺的建設(shè)旨在引導(dǎo)學(xué)生掌握基本實驗技能和方法，體會化工原理實驗與理論知識的結(jié)合和應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。對比我?；I(yè)近四年化工原理實驗的成績，發(fā)現(xiàn)：增設(shè)仿真實驗后，學(xué)生的化工原理實驗成績有所上升，原因就在于：增加的仿真實驗使學(xué)生能夠更好的預(yù)習(xí)實驗操作過程，從而使得在實際操作中學(xué)生的獨立操作能力有所提高。所以，以實體裝置實驗為主導(dǎo)，設(shè)置相對應(yīng)的仿真實驗，以一種可視化、動態(tài)化的方式將古板、枯燥的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為靈活、生動的主動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐結(jié)合的能力[1-2]。

3 成績評定方法的改革和完善

化工原理實驗是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)必修課。為確保本課程對專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)成果的貢獻(xiàn)，所有的教學(xué)活動都在圍繞課程學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行。而為了更好地完成課程教學(xué)目標(biāo)，就需要構(gòu)建科學(xué)合理的課程評價體系。因此，基于專業(yè)認(rèn)證的要求，結(jié)合我?；ぴ韺嶒灥膶嶋H授課情況，對化工原理實驗的成績考核和評價方法進(jìn)行了完善，以引起學(xué)生對化工原理實驗的重視，提高學(xué)生的實驗動手能力，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識[5-6]。本?；ぴ韺嶒灥某煽冇蓪嶒灣煽兒推谀┛荚噧蓚€部分組成，即課程成績=實驗成績×70%+期末考試成績×30%。其中，期末考試主要考查學(xué)生對實驗內(nèi)容、實驗原理、實驗關(guān)鍵步驟等的理解及掌握程度，實驗成績則包括預(yù)習(xí)成績、仿真成績、操作成績和報告成績四部分，具體的考核指標(biāo)如下：

(1)實驗預(yù)習(xí)的考核(10%)。每個實驗項目都要求完成預(yù)習(xí)報告才能開展實驗。預(yù)習(xí)報告的完整度、課前提問或抽查情況，作為該部分成績的主要依據(jù)。

(2)仿真實驗的完成情況(15%)。每個實驗項目都有相應(yīng)的仿真實驗。仿真實驗要求一個同學(xué)一組，學(xué)生要在2個學(xué)時內(nèi)完成實驗操作、實驗數(shù)據(jù)的處理與分析，最終向?qū)嶒炛笇?dǎo)教師提交仿真實驗報告。仿真實驗結(jié)束后才進(jìn)行實體裝置的實驗，所以該環(huán)節(jié)至關(guān)重要。仿真實驗的成績主要依據(jù)仿真操作中實驗操作的熟練程度、數(shù)據(jù)記錄及處理的完整性和合理性、提交作業(yè)等。

(3)實驗操作的規(guī)范性(30%)。實驗過程中的操作評價是實驗課程的重要組成部分。結(jié)合實驗過程中學(xué)生的實驗態(tài)度、實驗操作的規(guī)范性、實驗記錄的完整性和規(guī)范性等對學(xué)生實驗操作過程進(jìn)行評價。

(4)實驗報告的完成情況(45%)。實驗報告是學(xué)生對實驗內(nèi)容的總結(jié)。所以，實驗教師可以從實驗報告的完成情況來了解學(xué)生對實驗內(nèi)容的掌握程度。實驗報告的評價主要依據(jù)學(xué)生實驗報告書寫的規(guī)范性和完整性、數(shù)據(jù)處理的正確性和真實性、結(jié)果討論的充分性、繪圖的規(guī)范性等。

給出學(xué)生的化工原理實驗成績后，教師會結(jié)合學(xué)生的成績及實驗過程中學(xué)生對實驗內(nèi)容的掌握程度進(jìn)行歸納總結(jié)，進(jìn)而提出課程下一年的教學(xué)改進(jìn)措施。比如，通過對我校近兩年化工專業(yè)化工原理實驗的成績進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)：大部分學(xué)生對化工單元操作的掌握能力較好，但部分學(xué)生的操作能力較弱，對專業(yè)知識的運用較弱。因此，要加強(qiáng)學(xué)生對化工原理知識與設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步提高學(xué)生獨立完成實驗操作和實驗數(shù)據(jù)的能力。

綜上所述，充實合理的實驗教學(xué)大綱、豐富的教學(xué)資源、適宜的課程評價體系，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)熱情，強(qiáng)化對化工原理理論知識的理解，提高學(xué)生的實踐操作能力和工程意識，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭能力。