化工原理實(shí)驗(yàn)課程在新形勢(shì)下的教學(xué)改革與實(shí)踐*

向文軍，鄧春曉

(四川文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川 達(dá)州 635000)

化工原理是所有化工相關(guān)課程的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是基礎(chǔ)理論向工程轉(zhuǎn)變的“橋梁”[1]?；ぴ韺?shí)驗(yàn)同化工原理相輔相成，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程意識(shí)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)化工人才的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

化工原理實(shí)驗(yàn)不同于四大基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入大，實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)數(shù)少，操作復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理繁瑣，帶有一定的危險(xiǎn)性。學(xué)生剛剛接觸該門工程實(shí)驗(yàn)，往往不知所措，興趣不濃[2]。因此，我們要利用新形勢(shì)下的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇，不斷對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)改革和探索，為國(guó)家和企業(yè)培養(yǎng)能夠?qū)W以致用的化工人才。

1 合理調(diào)整化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

1.1 分專業(yè)設(shè)置不同的教學(xué)內(nèi)容

化工原理實(shí)驗(yàn)涉及單元操作較多，而學(xué)時(shí)數(shù)往往不足，這時(shí)候片面的追求面面俱到，反而得不到應(yīng)有的效果。應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)需求，設(shè)置不同的教學(xué)內(nèi)容，有點(diǎn)實(shí)驗(yàn)作為重點(diǎn)，有的實(shí)驗(yàn)放在開放性實(shí)驗(yàn)中供學(xué)生自己思考、練習(xí)[3]。例如干燥對(duì)制藥工程專業(yè)就是重點(diǎn)內(nèi)容。

1.2 適當(dāng)增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

目前，很多高校的化工原理實(shí)驗(yàn)課程中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示性較多。學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，創(chuàng)新性和獨(dú)立思考能力沒有得到應(yīng)有的培養(yǎng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備組合開展一些綜合性實(shí)驗(yàn)，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又激發(fā)了他們的創(chuàng)新性；通過(guò)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目和參加教師科研項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)室開放讓學(xué)生自行做一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力和動(dòng)手能力，又為學(xué)生今后走向科研打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 教學(xué)時(shí)間安排做一定的調(diào)整

2.1 由集中開設(shè)變?yōu)榉稚㈤_設(shè)

由于化工原理實(shí)驗(yàn)的特殊性、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、師資等原因，化工實(shí)驗(yàn)課程往往集中幾周開設(shè)，這樣前面的理論知識(shí)太久忘記了，后邊的可能沒有學(xué)到，效果不佳[4]。新形勢(shì)下，實(shí)驗(yàn)條件已大大改善，師資更為充實(shí)，實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)與理論單元操作相對(duì)應(yīng)，實(shí)驗(yàn)課程分散、及時(shí)開設(shè)。這樣學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)既加深了理論的理解，又充分了解實(shí)驗(yàn)的目的和原理，效果更好。

2.2 調(diào)整見習(xí)時(shí)間

化工見習(xí)是學(xué)生實(shí)地了解工廠，建立工程意識(shí)的一門重要課程。過(guò)去，很多高校將化工見習(xí)安排在大三學(xué)年，這時(shí)候化工原理和實(shí)驗(yàn)課程已學(xué)完，等他們意識(shí)到化工原理實(shí)驗(yàn)的重要性的時(shí)候已經(jīng)來(lái)不及了。將化工見習(xí)提前到化工原理實(shí)驗(yàn)課程開始的時(shí)候，學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性更強(qiáng)。

3 引入虛擬3D仿真技術(shù)輔助化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

3.1 3D仿真技術(shù)的逼真和趣味性

以圖1東方仿真的甲醇3D工藝仿真為例，3D仿真跟人置身真實(shí)工廠一樣，形象而逼真，而全局性相比更好，閥門的可操作性和全程來(lái)回巡演更有趣味性[5]。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更濃，學(xué)習(xí)效果更好。在企業(yè)實(shí)習(xí)，往往由于企業(yè)對(duì)于安全的考慮，很少容許學(xué)生動(dòng)手操作，更多的是看一看、熟悉熟悉，而3D仿真工藝可給與學(xué)生極大地自由度，充分發(fā)揮其潛能，更好的提升了學(xué)生的動(dòng)手能力。

圖1 甲醇3D工藝圖Fig.1 Methanol 3D process diagram

3.2 3D仿真技術(shù)突破了真實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間的限制

化工原理實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備大而且占用空間大，不可能做到一人一臺(tái)設(shè)備訓(xùn)練，勤奮的人鍛煉的更多，玩的人心不在焉什么也沒學(xué)到。3D仿真不受時(shí)間和空間的限制，人人可以操作，除了在教師監(jiān)督下完成規(guī)定任務(wù)外，隨時(shí)可根據(jù)自己興趣選擇性操作。

3.3 3D仿真技術(shù)的容錯(cuò)性

化工原理試驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)最令學(xué)校和企業(yè)惱火的是操作嚴(yán)格，容易出現(xiàn)事故。一方面要訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力，一方面又怕學(xué)生動(dòng)手。而3D仿真不僅可以允許操作出錯(cuò)，正是這樣的錯(cuò)誤操作，還可以觀察到錯(cuò)誤操作帶來(lái)的后果，這是不可替代的。

4 引入動(dòng)畫、音頻技術(shù)加強(qiáng)講解效果

傳統(tǒng)化工原理實(shí)驗(yàn)是老師先講解怎么做，學(xué)生再一步步去操作，設(shè)備工作原理不清楚，更不知道為什么這樣操作，步驟多了更是忘記后邊這樣操作，效果很不好[6]。引入動(dòng)畫、音頻技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)講解，例如圖2離心泵的工作原理通過(guò)動(dòng)畫，同學(xué)們2分鐘就清楚了解其工作原理，并理解應(yīng)該怎么操作。通過(guò)音頻講解，可以反復(fù)播放，保證操作不會(huì)因記錯(cuò)而帶來(lái)失誤，因而引發(fā)不必要的事故。

圖2 離心泵的工作原理Fig.2 How the centrifugal pump works

5 以實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽帶動(dòng)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

近幾年，全國(guó)和西南地區(qū)開展了化工原理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽和化工設(shè)計(jì)大賽。通過(guò)競(jìng)賽，加強(qiáng)了高校之間、校企之間的合作和交流，提升了教師的能力和水平；同時(shí)也鍛煉了學(xué)生們的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力；也進(jìn)一步提升了創(chuàng)新思維能力。全國(guó)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽更注重新技術(shù)的應(yīng)用、新產(chǎn)品的開發(fā)、新工藝和新設(shè)備的應(yīng)用，相比書本更接近實(shí)際生產(chǎn)，真正做到學(xué)以致用[7]。競(jìng)賽促進(jìn)了教學(xué)，也改變了教學(xué)，過(guò)去驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占絕對(duì)比重，現(xiàn)在加大了綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比重，也更注重了學(xué)生為主體的教和學(xué)。

6 引入控制技術(shù)和計(jì)算軟件改進(jìn)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)化工原理實(shí)驗(yàn)更多是手動(dòng)操作，而企業(yè)是DCS控制系統(tǒng)，為了與企業(yè)結(jié)合更為緊密，引入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手操和機(jī)操結(jié)合?；ぴ韺?shí)驗(yàn)對(duì)同學(xué)們來(lái)說(shuō)，困難的不是實(shí)際操作，最難的是后期數(shù)據(jù)處理和繪圖。使用 AspenPlus 軟件應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理，提高了設(shè)計(jì)計(jì)算的效率，同時(shí)促使在掌握工藝設(shè)計(jì)計(jì)算原理的基礎(chǔ)上，充分利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。同時(shí)，要加強(qiáng)AutoCAD、Origin的教學(xué)，通過(guò)化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)會(huì)使用這些軟件，提升實(shí)踐應(yīng)用能力[8]。

7 結(jié) 語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)已跟不上時(shí)代的步伐，滿足不了企業(yè)的用人要求，正是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革帶來(lái)了機(jī)遇和提供了技術(shù)支持。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)工具、教學(xué)手段的改革和實(shí)踐，以及充分利用各類競(jìng)賽平臺(tái)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)符合時(shí)代要求的應(yīng)用型人才。