化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探討

王永剛，齊承剛

（齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，山東 濟(jì)南 250353）

化工原理實(shí)驗(yàn)具有工藝性、工程性的特點(diǎn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)類似于化工生產(chǎn)中的一個(gè)基本單元操作，研究對(duì)象是真實(shí)復(fù)雜的工程問題，具有綜合性、交叉性、多樣性、復(fù)雜性特點(diǎn)［1］。封閉保守的實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)作模式已經(jīng)無法滿足學(xué)生對(duì)工藝性工程性實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知學(xué)習(xí)，更無法滿足新時(shí)代培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要。建設(shè)化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室是大勢(shì)所趨，順應(yīng)了高等教育發(fā)展的潮流。

1 建設(shè)化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的必要性

1.1 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室有利于初涉工程類課程的學(xué)習(xí)［2］

化工原理課程的開設(shè)一般放在大學(xué)二年級(jí)進(jìn)行。通過大學(xué)一年級(jí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)得到了加強(qiáng)與提高，也完成了基礎(chǔ)化學(xué)的無機(jī)分析實(shí)驗(yàn)及大學(xué)物理部分實(shí)驗(yàn)，具備了基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。但是化工原理與其他基礎(chǔ)課不同，不再是單一知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，具有綜合性、工程性、探究性的特點(diǎn)，而學(xué)生的認(rèn)知水平還停留在基礎(chǔ)知識(shí)的思維模式中，不能形成對(duì)新知識(shí)思維模式的轉(zhuǎn)變?；ぴ黹_放式實(shí)驗(yàn)室以開放的姿態(tài)面對(duì)學(xué)生，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，親近儀器設(shè)備熟悉化工工藝過程，開拓學(xué)習(xí)思路與學(xué)習(xí)方法。所以，對(duì)化工原理這樣初涉工程類的課程學(xué)習(xí)，開放式實(shí)驗(yàn)室非常必要。

1.2 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生把深?yuàn)W的理論知識(shí)落實(shí)到活生生的儀器設(shè)備上提供方便

化工原理難講難學(xué)，它涵蓋的知識(shí)面很廣，涉及到化學(xué)、化工、物理、數(shù)學(xué)、電工、制圖等深層次的知識(shí)內(nèi)容，學(xué)生需要通過艱苦的自主學(xué)習(xí)才能跟上學(xué)習(xí)步伐。理論學(xué)習(xí)中涉及到儀表工具儀器等，如果能聯(lián)系到實(shí)物，對(duì)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)大大有益。開放的化工原理實(shí)驗(yàn)室可以提供這樣的機(jī)會(huì)，學(xué)生可以在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，來到實(shí)驗(yàn)室把課本知識(shí)落實(shí)到活生生的儀器設(shè)備上，能更深刻理解實(shí)驗(yàn)工藝的內(nèi)涵，提高理論知識(shí)水平。

1.3 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室可以打破學(xué)生與大型儀器設(shè)備間的障礙［3］

化工原理實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備與基礎(chǔ)化學(xué)大學(xué)物理等實(shí)驗(yàn)設(shè)備有了本質(zhì)的不同，儀器設(shè)備體積龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儀表閥門貫穿其中?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的是實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，而化工原理實(shí)驗(yàn)所介紹是工業(yè)技術(shù)，是有生產(chǎn)能力的較大的機(jī)器設(shè)備。這種實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變化需要學(xué)生有較長的適應(yīng)消化過程，面對(duì)一個(gè)個(gè)高大冰冷的儀器，畏懼心理占了上風(fēng)，不敢動(dòng)手害怕失誤，這無疑是化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大屏障。解決的辦法只有實(shí)施實(shí)驗(yàn)室開放，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，親近并融入到儀器設(shè)備中去。

1.4 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室符合化工原理實(shí)驗(yàn)的探索性需要

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了用來檢驗(yàn)或驗(yàn)證理論知識(shí)外，更為重要的是對(duì)理論知識(shí)的綜合應(yīng)用，以提高學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)的綜合能力，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力與設(shè)計(jì)能力?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)是理論的、嚴(yán)密的，實(shí)驗(yàn)對(duì)象也是簡(jiǎn)單的基本的甚至是理想的，而工程實(shí)驗(yàn)面對(duì)的是復(fù)雜的實(shí)際工程問題。工程實(shí)驗(yàn)的困難在于變量多，涉及的物料千變?nèi)f化，設(shè)備大小懸殊?；ぴ黹_放式實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)了課程探索性的需要，可以為學(xué)生提供探索研究的空間。

2 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)原則

開放式實(shí)驗(yàn)室不能簡(jiǎn)單理解為，實(shí)驗(yàn)室沒有實(shí)驗(yàn)課時(shí)可以對(duì)外開放［4］。有的學(xué)校為了政績(jī)或是趕潮流，推行所謂開放式實(shí)驗(yàn)室，只是把實(shí)驗(yàn)室大門打開，歡迎學(xué)生參觀學(xué)習(xí)，一學(xué)期下來也沒有幾個(gè)學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室自主學(xué)習(xí)，這是嚴(yán)重的形式主義。開放式實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生提供學(xué)習(xí)探索的平臺(tái)，既要把學(xué)生吸引到實(shí)驗(yàn)室來，又要讓他們能靜下心來研究學(xué)習(xí)，不是走過場(chǎng)。

2.1 突出學(xué)生主體地位

建設(shè)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)的化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中要摒棄守舊的理念，徹底改變教學(xué)思路與管理觀念，樹立一切為學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)。學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的主體，實(shí)驗(yàn)室是塑造創(chuàng)新性人才的場(chǎng)所，我們的實(shí)驗(yàn)室要讓學(xué)生有家的感覺，覺得這就是他們學(xué)習(xí)探索的地方，而不應(yīng)該給他們?cè)O(shè)置不應(yīng)有的障礙，限制他們的思維與發(fā)展。給學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供優(yōu)質(zhì)的發(fā)展平臺(tái)，應(yīng)是我們工作的目標(biāo)。

2.2 實(shí)驗(yàn)室管理體系應(yīng)適應(yīng)化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的需要

舊的實(shí)驗(yàn)室管理體系已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，一個(gè)人管理一個(gè)或幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室，從衛(wèi)生到實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備一人全責(zé)。這種實(shí)驗(yàn)室全責(zé)的管理模式看似責(zé)任到人，實(shí)際上是責(zé)任的形式主義，什么都管實(shí)際上什么都管理不到位。開放式的實(shí)驗(yàn)室管理應(yīng)該是立體的，既有縱向的管理又有橫向的管理。采購、維修、藥品管理、廢物處理都就有專人負(fù)責(zé)。更應(yīng)該有高級(jí)人才負(fù)責(zé)課程的設(shè)置，儀器設(shè)備的研究改進(jìn)。還要有一套完善的學(xué)生開放式學(xué)習(xí)和管理系統(tǒng)等。所有這些都是優(yōu)質(zhì)開放式實(shí)驗(yàn)室的制度保障。

3 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)規(guī)劃［5-6］

優(yōu)質(zhì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃是開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基礎(chǔ)。要做好開放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，首先要做好實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃設(shè)計(jì)，做到科學(xué)合理又高度人性化，將有限的實(shí)驗(yàn)資源、教學(xué)空間以及有限的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行拓展和延伸，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和潛能的充分發(fā)揮，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化發(fā)展。

3.1 化工原理實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課

大多高校沒有把化工原理實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課，化工原理實(shí)驗(yàn)只是化工原理課程的一部分，這就極大限制了化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。因?yàn)閺膶儆诶碚摻虒W(xué)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間無法得到保障，更無法對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行大力度改革。因此要建設(shè)真正的化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室，化工原理實(shí)驗(yàn)必須單獨(dú)設(shè)課，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高到與理論教學(xué)同高的地位，這樣可以從容地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室科學(xué)規(guī)劃，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定良好基礎(chǔ)。

3.2 建設(shè)不同層次的實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)多層次學(xué)習(xí)需要

化工原理實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課后，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與項(xiàng)目整合優(yōu)化，分為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)二個(gè)層次。

基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，切合主要知識(shí)點(diǎn)，鞏固所學(xué)理論知識(shí)及其基本的操作訓(xùn)練。以傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，教學(xué)目標(biāo)重在掌握典型單元操作過程的機(jī)理和規(guī)律，以及完成實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、儀器的使用等基本訓(xùn)練。演示實(shí)驗(yàn)有：雷諾、柏努力、板式塔水力學(xué)實(shí)驗(yàn)、流線演示等。基本單元操作實(shí)驗(yàn)有：流體阻力測(cè)定、傳熱、離心泵特性測(cè)定、干燥、填料吸收塔實(shí)驗(yàn)、板式精餾塔實(shí)驗(yàn)等；

綜合性實(shí)驗(yàn)，是提高學(xué)生素質(zhì)增強(qiáng)學(xué)生科研能力的重要手段，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以掌握基本的科學(xué)研究過程，提高提出問題解決問題的能力。綜合性實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備為大型多功能性設(shè)備，能完成某項(xiàng)單元操作的幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。學(xué)生可以充分利用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，經(jīng)過理論分析然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)論分析等最后形成科技論文。綜合性實(shí)驗(yàn)有：傳熱綜合實(shí)驗(yàn)、板式塔精餾、反應(yīng)精餾、膜分離實(shí)驗(yàn)等。

4 建設(shè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)探索［7］

利用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況考核評(píng)估。通過掃碼登錄，哪個(gè)同學(xué)使用了哪臺(tái)儀器，使用了多長時(shí)間，查詢了什么問題，觀看了哪些視頻講座，關(guān)心了哪些問題等等都有跡可查，也大致能反映這位同學(xué)的學(xué)習(xí)情況。通過實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室開放狀況做出評(píng)估?？纯从卸嗌偃送ㄟ^實(shí)驗(yàn)室開放自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)了多長時(shí)間，使用了哪些儀器設(shè)備，在這些儀器設(shè)備上進(jìn)行了怎樣的學(xué)習(xí)探索。尋找發(fā)現(xiàn)同學(xué)們最關(guān)心的是什么，重視他們的學(xué)習(xí)反饋，改進(jìn)我們的工作。

5 開發(fā)多種輔助教學(xué)手段助力開放式實(shí)驗(yàn)室［8］

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)儀器設(shè)備的深入認(rèn)識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，化工原理儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積龐大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能通過書本或仿真軟件等渠道了解。我們充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)用房，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)?zāi)＞哒故?，開發(fā)多種輔助教學(xué)手段助力開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

5.1 重視實(shí)驗(yàn)?zāi)＞?/h3>

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用有人認(rèn)為模具已經(jīng)落伍了，早已被時(shí)代淘汰，流行的是仿真虛擬技術(shù)。我們認(rèn)為模具永遠(yuǎn)不會(huì)過時(shí)，應(yīng)該重新認(rèn)識(shí)與定位其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的輔助作用。虛擬仿真做得再好也只是屏幕上看到的，擺在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備是真實(shí)的但不能分解。實(shí)驗(yàn)?zāi)＞甙汛蟮脑O(shè)備做得象玩具一樣精美，可以欣賞可以把玩，可以拆解也可以組裝。一件做工精良的模具擺在面前時(shí)，會(huì)吸引學(xué)生的眼球，好奇心會(huì)引導(dǎo)學(xué)生愛上實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。通過對(duì)模具的研究，儀器的構(gòu)造、工作原理一目了然，能把抽象的問題具體化。

5.2 充分利用各種資源為學(xué)生提供實(shí)物展示

化工原理實(shí)驗(yàn)，同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)x器設(shè)備，不同的生產(chǎn)商產(chǎn)品差別很大。雖然實(shí)驗(yàn)原理一樣，但設(shè)計(jì)思路卻有很大不同，難免有設(shè)計(jì)不合理之處。為了能讓學(xué)生了解更多的儀器型號(hào)，開拓視野，我們利用各種機(jī)會(huì)廣泛收集儀器儀表等，供學(xué)生學(xué)習(xí)觀摩。例如化工用泵、閥門、管件、流量計(jì)、風(fēng)機(jī)、攪拌裝置、換熱器部件、填料、塔板、膜組件及儀表等。把報(bào)廢的實(shí)驗(yàn)裝置上可利用的零部件拆卸下來，供學(xué)生課后進(jìn)行實(shí)物觀摩。

通過多種輔助教學(xué)手段，學(xué)生可以進(jìn)一步了解化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)工作原理等，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)。

6 小結(jié)

化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)過程中會(huì)遇到很多困難與阻力，有資金方面人手方面，更重要的是創(chuàng)新意識(shí)缺失。通過不懈的工作，化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室給化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了活力與動(dòng)力，為學(xué)生提供了更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，滿足了學(xué)生對(duì)實(shí)踐的渴望和需求，學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力、思維縱橫擴(kuò)散能力、創(chuàng)新能力等得到了有效訓(xùn)練與提高。