基于“兩性一度”的化工原理實驗課程“金課”建設(shè)的探索與實踐

秦莉曉 譚蕓妃 董立春 劉作華

(重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331)

2018年8月，教育部《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》(教高函〔2018〕8號)中要求：“各高校要嚴(yán)格梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”，合理提升教學(xué)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、切實提高課程教學(xué)質(zhì)量?！薄敖鹫n”具有“兩性一度”的特點，即：高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。高階性是指知識、能力、素質(zhì)的有機融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維，教學(xué)過程中不僅是傳授知識，也是能力和思維培養(yǎng)的過程；創(chuàng)新性指的是課堂內(nèi)容有前沿性和時代性，教學(xué)形式體現(xiàn)先進性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個性化；挑戰(zhàn)度是指增加課程難度、拓展課程深度，對教師備課和學(xué)生課下有較高要求[1]。

1 化工原理實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀

化工原理實驗是化工類及其他相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)技術(shù)課程，是化工原理課程的一個重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，該課程具有工程性、實踐性強等特點。通過本課程的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生進一步鞏固和加深對化工原理課程基本理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生觀察問題、分析問題和解決工程實踐問題的能力，提高學(xué)生從事科學(xué)研究的水平和創(chuàng)新能力[2-4]。

化工原理實驗教學(xué)過程中普遍存在以下幾方面問題：

(1) 實驗項目以驗證性實驗為主，類型單一。驗證性實驗雖然對學(xué)生掌握課堂理論知識具有一定的強化作用，但無法充分調(diào)動學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新性思維，在培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和素質(zhì)、化工過程工藝及設(shè)備設(shè)計的能力等方面存在一定的不足。

(2) 學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果不佳。大部分學(xué)生只是毫無目的的對照實驗指導(dǎo)書抄寫實驗?zāi)康?、實驗原理及實驗步驟，很少深入思考實驗中需要采集哪些數(shù)據(jù)、觀察什么現(xiàn)象、遇到問題如何處理或為什么采用相應(yīng)的方式解決。因此，教師在實驗課堂上提問時，學(xué)生互動效果差，實驗過程中遇到問題立刻求助指導(dǎo)教師，不會自己想辦法解決。這主要有兩方面的原因：一是學(xué)生預(yù)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)資料不足?；ぴ韺嶒炑b置與基礎(chǔ)化學(xué)實驗常用的小型玻璃器皿不同，與實際化工設(shè)備接近，更復(fù)雜、抽象，在沒有看到實際實驗裝置的情況下，學(xué)生只能對照課本上的實驗裝置示意圖來想象大致操作步驟，理解起來有一定難度。二是學(xué)生對實驗過程中所運用的理論知識理解不夠透徹，不能很好的做到理論結(jié)合實際。

(3) 課堂教學(xué)以傳統(tǒng)的“保姆式”、“灌注式”為主，這種不以學(xué)生為主體的教學(xué)方式阻礙了學(xué)生獨立分析問題、解決問題能力的鍛煉，不利于對學(xué)生“科學(xué)創(chuàng)新”精神的培養(yǎng)。同時，單一的授課方式也嚴(yán)重影響了課堂教學(xué)效果的有效性。

(4) 實驗成績通常根據(jù)實驗報告評定，考核方式單一，無法避免實驗報告的抄襲現(xiàn)象。這種評定方式很難做到客觀、公正，在一定程度上制約了學(xué)生上課的積極性。

2 化工原理實驗課程“金課”建設(shè)策略

根據(jù)“金課”“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我?；ぴ韺嶒炚n程教學(xué)現(xiàn)狀，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與手段和實驗考核與成績評定體系等方面，對化工原理實驗課程的“金課”建設(shè)進行探索與實踐。具體建設(shè)內(nèi)容如下。

2.1 體現(xiàn)高階性，合理整合實驗教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計上，以經(jīng)典實驗項目為基礎(chǔ)，與時俱進，突破傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的限制。豐富設(shè)計性、綜合性實驗項目。一方面，在保留“流體流動阻力測定實驗”、“傳熱實驗”、“離心泵特性曲線測定實驗”等傳統(tǒng)驗證性實驗的基礎(chǔ)上，將部分實驗項目由單一的驗證性實驗改進為具有一定設(shè)計性的實驗。如，傳統(tǒng)的“恒壓過濾常數(shù)的測定實驗”實驗過程中，學(xué)生只是測定出恒壓過濾常數(shù)，至于“溫度如何影響？”、“餅層厚度如何影響？”，學(xué)生都沒有深刻的印象，操作性和設(shè)計性不強，沒有完全滿足學(xué)生的好奇心和動手能力?？勺寣W(xué)生自行設(shè)計實驗，考察物料溫度對過濾速率的影響，研究溫度對過濾常數(shù)的影響，對不同溫度的實驗結(jié)果加以比較分析，解釋原因，得出結(jié)論。另一方面，將化工行業(yè)的新知識、教師的科研融入到實驗教學(xué)中，開發(fā)綜合研究性實驗項目。如開設(shè)“檸檬片厚度對其干燥特性及品質(zhì)的影響”實驗項目，學(xué)生通過實驗，可體會到干燥過程與干燥結(jié)果，對干燥相關(guān)的知識點有很深入的理解。同時，打破傳統(tǒng)單元操作的固定框架，增設(shè)新的單元操作。如引入膜分離技術(shù)這一新型單元操作，以電廠污水處理為背景，在六級膜分離過濾系統(tǒng)上進行實驗設(shè)計，探討適宜分離膜的選擇、操作參數(shù)與操作模式，完成污水的純化處理。

通過整合實驗內(nèi)容，合理地、有梯度地設(shè)置基礎(chǔ)性實驗、綜合設(shè)計性實驗、研究性實驗等不同層次的實驗項目，體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的高階性。培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)基本理論自主設(shè)計實驗，以提高學(xué)生分析問題、解決實際工程問題的能力，并且注重學(xué)生創(chuàng)新思維的開拓和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2 突出創(chuàng)新性，探索多元化的教學(xué)方法、教學(xué)手段

采用“線上”和“線下”、“虛”和“實”相結(jié)合的思路，分兩個階段實施實驗教學(xué)，第一階段：線上實驗教學(xué)資源+虛擬仿真實驗，第二階段：布置實驗任務(wù)書+以學(xué)生為主體的實驗操作模式。

2.2.1 利用線上教學(xué)資源和虛擬仿真實驗軟件，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，強化預(yù)習(xí)效果

2.2.1.1 建設(shè)與實施“線上”數(shù)字化實驗教學(xué)資源

為滿足互聯(lián)網(wǎng)+時代的教師講授和學(xué)生學(xué)習(xí)需求，團隊教師建設(shè)了“線上”數(shù)字化教學(xué)資源，并依托SPOC線上教學(xué)平臺，開展線上教學(xué)。

根據(jù)實驗內(nèi)容的難易程度，將教學(xué)微視頻資源分為“現(xiàn)象演示”和“基本操作”兩大類型?！艾F(xiàn)象演示”類視頻針對演示性實驗項目，將重要概念、抽象知識點通過微視頻進行直觀闡述，如在板式塔流體力學(xué)演示實驗操作前，讓學(xué)生觀看漏液、液泛、霧沫夾帶等現(xiàn)象。“基本操作”類視頻針對驗證性和綜合設(shè)計性實驗項目。此類實驗教學(xué)視頻分為三部分：(1)實驗?zāi)康呐c實驗原理的講解；(2)實驗裝置的結(jié)構(gòu)與流程介紹；(3)實驗操作過程中的重點、難點及注意事項的講解。

實驗課開始前，學(xué)生按照教師要求在規(guī)定時間內(nèi)在線上教學(xué)平臺對相應(yīng)的實驗內(nèi)容進行針對性學(xué)習(xí)。同時，學(xué)生相互之間、學(xué)生與教師之間也可以根據(jù)預(yù)習(xí)過程中的疑問在平臺上進行互動交流。這樣不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也可以加深學(xué)生對相關(guān)知識點的理解，熟悉實驗裝置，幫助學(xué)生在現(xiàn)場實驗操作過程中抓住重點內(nèi)容，進行正確實驗操作。

2.2.1.2 引入化工原理虛擬仿真實驗系統(tǒng)

將化工原理實驗虛擬仿真系統(tǒng)引入實驗教學(xué)過程中?；ぴ硖摂M仿真由于形象逼真生動、簡單易懂，便于學(xué)生在較短時間內(nèi)了解實驗單元的操作方法和操作技巧[5]。在進入實驗室進行實驗操作前，要求學(xué)生模擬實驗操作全過程，包括實驗?zāi)康?、實驗原理、仿真操作、實驗?shù)據(jù)采集和處理，并對學(xué)生的操作質(zhì)量進行分析和評價。學(xué)生可以利用電腦、手機APP隨時隨地進行模擬練習(xí)，達到良好的預(yù)習(xí)效果。

2.2.2 發(fā)布實驗任務(wù)書，實施以學(xué)生為主體的實驗操作模式

2.2.2.1 發(fā)布實驗任務(wù)書

通過線上教學(xué)資源的學(xué)習(xí)和仿真實驗軟件的訓(xùn)練，學(xué)生對實驗原理、實驗?zāi)康挠辛烁畹恼J識和理解，對實驗裝置的操作過程也有一定的掌握。在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師針對每個實驗的教學(xué)要求，精心布置實驗任務(wù)書，要求學(xué)生自由組隊，2～3人/組，選擇實驗任務(wù)書，在動手操作實驗前擬定滿足實驗任務(wù)的可行方案。教師在該階段及時搜集并解決學(xué)生的各種問題，并協(xié)助各小組完善實驗方案。學(xué)生需要將擬定好的最終實驗方案提交至網(wǎng)上，教師提前批閱各小組的實驗方案，重點考察實驗方案現(xiàn)有實驗裝置的條件下是否具有可行性，對于實驗方案可行的小組準(zhǔn)許進入實驗操作階段，否則需要對實驗方案進行修改至可行為止，實驗方案也作為實驗考核的一部分。

2.2.2.2 實施以學(xué)生為主導(dǎo)的實驗操作模式

在實驗課堂環(huán)節(jié)，各小組先提出預(yù)習(xí)過程中遇到的問題與難點，教師組織大家進行討論，并補充答疑。之后，學(xué)生根據(jù)擬定的實驗方案自主進行實驗操作，教師主要進行安全性監(jiān)控及提供技術(shù)指導(dǎo)。通過這種方式，提高學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率，充分發(fā)揮他們的個性特長，促進個性化學(xué)習(xí)，提高工程實踐能力。

2.3 增加挑戰(zhàn)度，創(chuàng)新成績評定體系與方法

2.3.1 實驗論文

打破傳統(tǒng)的實驗報告通常只包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗過程、實驗結(jié)果及討論分析等內(nèi)容的模式，我們要求學(xué)生在實驗結(jié)束后，按照科研論文的格式從實驗背景、實驗原理、實驗方案設(shè)計思路、如何處理實驗中遇到的問題、實驗方案能否進一步優(yōu)化、實驗數(shù)據(jù)處理及分析等幾個方面完成實驗論文。

2.3.2 考核方式

改變以往過于注重實驗報告完整性和實驗結(jié)果準(zhǔn)確性而忽視實驗操作過程的評定方式，建立實驗仿真操作、實驗方案設(shè)計、實驗過程、實驗論文等綜合評價體系，側(cè)重對學(xué)生在設(shè)計實驗的創(chuàng)新思維能力、運用理論知識解決實際問題的能力，以及正確處理實驗數(shù)據(jù)能力的考核。

3 結(jié)語

基于“金課”“兩性一度”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)團隊整合實驗教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置了不同層次的實驗項目；采用“線上”和“線下”、“虛”和“實”相結(jié)合的思路，分階段實施實驗教學(xué)；構(gòu)建了更具客觀性、建設(shè)性、科學(xué)性的綜合性評價體系。通過“金課”建設(shè)，同學(xué)們自主學(xué)習(xí)的積極性、分析與解決實際工程問題的能力和創(chuàng)新能力有了顯著的提高。在“第十三屆全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽全國總決賽”和“第三屆全國大學(xué)化工實驗大賽全國總決賽”中，我校教師所指導(dǎo)的學(xué)生團隊分別獲得特等獎和二等獎的好成績。