化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討*

王良廣，馬 娟，杜 藝，程勁松

(安順學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州 安順 561000)

化工原理是化工專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課，起到從理論知識(shí)過渡到實(shí)踐應(yīng)用的作用，并且引導(dǎo)學(xué)生的思維方式從理論向工程轉(zhuǎn)變[1]?；ぴ韺?shí)驗(yàn)是對化工原理理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐化和實(shí)操訓(xùn)練的課程，該課程對學(xué)生加強(qiáng)對化工單元的理解和強(qiáng)化工程意識(shí)具有重要的作用，同時(shí)對學(xué)生思考、分析和解決問題能力的培養(yǎng)也起到一定的訓(xùn)練和培養(yǎng)[2-3]。自2017年全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽順利舉辦，該競賽受到了國內(nèi)高校的積極響應(yīng)，參加競賽的隊(duì)伍逐年增加。全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽的競賽內(nèi)容包括化工原理理論知識(shí)、實(shí)操實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)三部分，其考察的核心是學(xué)生實(shí)操的規(guī)范性和學(xué)生處理問題的能力，考核結(jié)果也反饋出了每個(gè)院校在化工原理實(shí)踐教學(xué)中存在的不足。我們在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生缺乏工程意識(shí)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將化工單元的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)操實(shí)驗(yàn)時(shí)存在較多的問題，這問題嚴(yán)重影響了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)[4]。結(jié)合化工類專業(yè)競賽和教學(xué)實(shí)踐，筆者對化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足之處提出一些改革思路和方法。

1 精簡實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的思考能力、動(dòng)手能力、分析解決問題的能力，這些能力的培養(yǎng)是建立在實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，因而一些人認(rèn)為實(shí)驗(yàn)數(shù)量越多學(xué)生的培養(yǎng)效果越好。然而，過多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，導(dǎo)致不以實(shí)驗(yàn)過程為目，而是以完成實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)為目的，不注重每個(gè)實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)的效果。因而，在制定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量時(shí)，不要貪得太多，要做到精而全、精而細(xì)，通過最少的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培訓(xùn)出最全面的應(yīng)用能力。我院在對化工原理課程和學(xué)生應(yīng)用技能分析的基礎(chǔ)上，將化工原理實(shí)驗(yàn)由原來的12個(gè)縮減為7個(gè)。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在內(nèi)容上涵蓋了化工原理主要的化工單元，包括流體輸送實(shí)驗(yàn)2個(gè)、傳熱實(shí)驗(yàn)1個(gè)、氣體吸收實(shí)驗(yàn)1個(gè)、精餾實(shí)驗(yàn)1個(gè)、非均相物系分離實(shí)驗(yàn)1個(gè)、固體干燥實(shí)驗(yàn)1個(gè)。按照每個(gè)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的層次不同，又將這7個(gè)實(shí)驗(yàn)分為演示型實(shí)驗(yàn)、能力訓(xùn)練型實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用能力考查型實(shí)驗(yàn)。演示型實(shí)驗(yàn)主要是通過化工單元仿真實(shí)驗(yàn)完成，這樣做既節(jié)約了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，又取得了良好的教學(xué)效果。

2 教學(xué)方式多樣化

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通常以教師為中心，通常采用教師講解-教師演示-學(xué)生實(shí)操的方式，這種方式對學(xué)生思考、分析和解決問題能力的培養(yǎng)不利，尤其是在應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求下，這種教學(xué)方式不能有效的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。我們通過多種嘗試，確定了多種教學(xué)模式相結(jié)合的教學(xué)方式。

2.1 問題引導(dǎo)式

該教學(xué)模式主要應(yīng)用在演示實(shí)驗(yàn)中。例如在雷諾演示實(shí)驗(yàn)中，我們通過以下三個(gè)問題啟發(fā)學(xué)生的思考能力。流體的流動(dòng)類型包括哪幾種，分別是什么樣的；在生產(chǎn)過程中無法看到管道內(nèi)的流體，如何判斷流體的流動(dòng)類型；生產(chǎn)任務(wù)需要改變流體的流動(dòng)類型，應(yīng)該如何操作，你認(rèn)為哪種操作最實(shí)際有效？這三個(gè)問題，即可幫助學(xué)生回顧相關(guān)理論知識(shí)，又可以逐步的啟發(fā)學(xué)生思考，從現(xiàn)象到思考分析，再到事物的本質(zhì)，最后到解決實(shí)際問題。該類實(shí)驗(yàn)的操作需要教師進(jìn)行示范，并且嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生的操作正確性。該類型實(shí)驗(yàn)的目的是在于培養(yǎng)學(xué)生思考和分析問題的能力，規(guī)范學(xué)生的操作。

2.2 學(xué)生主導(dǎo)式

在學(xué)生掌握了一定的思考和分析問題的能力后，即可采用學(xué)生主導(dǎo)的教學(xué)模式。該教學(xué)模式目的是訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立分析問題的能力，強(qiáng)化單元操作的規(guī)范性，該教學(xué)模式主要運(yùn)用于能力訓(xùn)練型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該類實(shí)驗(yàn)3個(gè)學(xué)生一組，在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和對裝置的了解基礎(chǔ)上，要求學(xué)生能夠獨(dú)立完成開車的操作和數(shù)據(jù)采集。在學(xué)生操作前，要求學(xué)生先講解操作步驟，并且對教師提出的問題進(jìn)行解答。這樣可以避免由于學(xué)生操作不當(dāng)引發(fā)問題。在學(xué)生實(shí)操中，指導(dǎo)教師要認(rèn)真觀察學(xué)生的操作是否規(guī)范，對于不規(guī)范的操作要及時(shí)指出。

2.3 解決問題式

該教學(xué)模式主要應(yīng)用于能力考查型實(shí)驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。該類實(shí)驗(yàn)通常采用解決某一問題或者某幾個(gè)問題引出任務(wù)，面對需要解決的任務(wù)，要求學(xué)生首先確定解決問題的方法，進(jìn)而制定出詳細(xì)的解決方案。指導(dǎo)教師需要對學(xué)生制定的方案進(jìn)行指導(dǎo)，針對本院現(xiàn)有條件無法實(shí)施的方案，要求學(xué)生修改方案。進(jìn)而教師根據(jù)學(xué)生制定的實(shí)驗(yàn)方案提前準(zhǔn)備所需的儀器或試劑，讓學(xué)生獨(dú)立通過實(shí)驗(yàn)解決問題。這種實(shí)驗(yàn)即可考察學(xué)生分析、思考和解決問題的能力，同時(shí)也考察了學(xué)生查閱資料和理論知識(shí)的運(yùn)用能力。

以濕物料的干燥實(shí)驗(yàn)為例。首先提出生產(chǎn)中需要解決的問題：某化工企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品含有水分，需干燥后才可包裝銷售；進(jìn)而讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)制定出合理的解決方案：請通過實(shí)驗(yàn)的方法確定該濕物料的干基含水量，確定該產(chǎn)品干燥需要的設(shè)備及干燥工藝參數(shù)(提示：工藝參數(shù)包括干燥溫度、熱氣體的流量、濕物料的量、干燥時(shí)間等)。學(xué)生可以根據(jù)學(xué)過的理論知識(shí)和查閱資料的方式制定出解決這一生產(chǎn)問題的可行方案，實(shí)驗(yàn)方案要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、使用的儀器設(shè)備、詳細(xì)的操作步驟、數(shù)據(jù)處理方法。通過學(xué)生的初次方案，可以看出學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的目的和原理比較清楚，這也說明了學(xué)生對課本理論知識(shí)的掌握比較牢固。學(xué)生在初次方案中擬采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括流化床干燥器、箱式干燥器、轉(zhuǎn)筒式干燥器、氣流干燥器等，這表明了學(xué)生能夠根據(jù)任務(wù)積極查閱資料。但是由于實(shí)驗(yàn)室能夠提供的干燥器只有箱式和流化床，因而選定了其它干燥設(shè)備的方案需要從新設(shè)計(jì)。修改后的設(shè)計(jì)方案主要在操作步驟和數(shù)據(jù)采集處理方面存在一些問題。在實(shí)驗(yàn)操作步驟方面，多數(shù)方案給出的操作步驟比較籠統(tǒng)，例如有些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作步驟是先打開空氣泵，再開啟空氣加熱器，然后開始記錄時(shí)間和數(shù)據(jù)。而在實(shí)際的操作過程中，開啟空氣泵后需要將氣體流量調(diào)到指定值，并且開啟空氣加熱器后需要干燥塔內(nèi)的溫度到達(dá)指定溫度才可計(jì)時(shí)。因而要求學(xué)生根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)室具體的裝置制定詳細(xì)的操作步驟，并且什么時(shí)候采集數(shù)據(jù)，采集哪些數(shù)據(jù)，采集多少組數(shù)據(jù)都要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)操作步驟中。學(xué)生在完成設(shè)計(jì)方案后可以獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作、數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的處理。對于實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的小問題，指導(dǎo)教師及時(shí)的指出并給出相應(yīng)的扣分；而對于實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)重大操作問題和數(shù)據(jù)記錄不完整的學(xué)生，要求他們在進(jìn)一步熟悉自己的設(shè)計(jì)方案后重新實(shí)驗(yàn)。這樣一來，每一位同學(xué)都能夠在分析問題和解決問題方面得到鍛煉和提升，并且能夠通過實(shí)踐進(jìn)一步加強(qiáng)對理論知識(shí)的理解。

3 靈活的成績評價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)評價(jià)方式主要依據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告評定成績。目前對學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的要求不斷提高，這種評價(jià)方式不能檢驗(yàn)出一個(gè)學(xué)生綜合實(shí)踐能力，同時(shí)也無法激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程的重視和熱情。我們對化工原理實(shí)驗(yàn)成績評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化，將化工原理實(shí)驗(yàn)的成績分為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)(10%)、自主實(shí)操(30%)、實(shí)驗(yàn)過程(30%)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告(30%)四個(gè)環(huán)節(jié)。除此外，我們還增添了附加成績，該成績是通過完成附加任務(wù)而獲得。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和自主實(shí)操均是檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是檢驗(yàn)學(xué)生通過預(yù)習(xí)是否明確了實(shí)驗(yàn)的原理、操作步驟的規(guī)范性以及數(shù)據(jù)的處理方法。自主實(shí)操則是檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，考察學(xué)生能否獨(dú)立完成化工裝置的正常開車和數(shù)據(jù)采集。通過制定自主實(shí)操考核成績，可以進(jìn)一步敦促學(xué)生們加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和安全意識(shí)。針對學(xué)生在自主實(shí)操中出現(xiàn)的問題，尤其是有關(guān)操作規(guī)范和安全的問題指導(dǎo)教師要及時(shí)指出。實(shí)驗(yàn)過程成績是對學(xué)生實(shí)操練習(xí)的態(tài)度、效果和數(shù)據(jù)采集是否完整的評價(jià)，讓學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)操作的練習(xí)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績除了對實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整性要求外，更加重視了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理過程和誤差處理。關(guān)于附加成績，每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)定兩個(gè)附加任務(wù)，共計(jì)10分，每位學(xué)生選擇性的完成一個(gè)即可獲得10分。我們制定的懸賞任務(wù)均是與化工生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)的內(nèi)容，例如在傳熱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，我們制定的兩個(gè)附加任務(wù)如下：通過實(shí)際調(diào)研或者資料查閱，分析在某一化工企業(yè)或行業(yè)中能量成本的比重；通過資料查閱分析目前化工企業(yè)提高熱能使用效率的主要手段有哪些，你認(rèn)為哪種最好？

4 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

教師的專業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師不僅需要具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還要做到不斷更新專業(yè)知識(shí)，掌握現(xiàn)代化工生產(chǎn)的狀況，并不斷提升教學(xué)技能水平。

(1)教師要加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，不斷更新理論知識(shí)、豐富知識(shí)面。通過培訓(xùn)的方式接受最新的實(shí)踐教學(xué)方法，及時(shí)改進(jìn)教學(xué)中存在的問題，做到教與學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一，使教的水平和方法不斷提升。

(2)教師要加強(qiáng)自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程能力的提升，通過與經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)師傅交流、深入到生產(chǎn)一線鍛煉等方式，提升教師自身的工程意識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以便在教學(xué)中向?qū)W生灌輸更多的實(shí)踐知識(shí)。

(3)教師要積極組織學(xué)生參加化工類競賽，尤其是全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽，通過參賽可以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己在學(xué)習(xí)中的不足，教師也可以向優(yōu)秀化工教師學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提升教學(xué)水平。

5 結(jié) 語

培養(yǎng)知識(shí)結(jié)構(gòu)全面、應(yīng)用能力強(qiáng)、善于解決實(shí)際生產(chǎn)問題的化工人才，需要做好、做強(qiáng)化工類實(shí)驗(yàn)對學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的效果，尤其是加強(qiáng)化工原理實(shí)驗(yàn)對學(xué)生工程意識(shí)和操作規(guī)范意識(shí)的培養(yǎng)。我們在繼承傳統(tǒng)教學(xué)方式優(yōu)點(diǎn)的前提下，要對其存在的問題進(jìn)行有效持續(xù)的改進(jìn)，將新的教學(xué)理念和教學(xué)手段運(yùn)用到教學(xué)中，改變教師的教學(xué)方式，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，

以競賽促進(jìn)教與學(xué)的協(xié)同發(fā)展，為我國化工行業(yè)培育更加優(yōu)秀的應(yīng)用型人才。