基于化工實驗大賽的化工原理實踐教學(xué)改革探索

魏 竭 易美桂 程遠(yuǎn)貴 王袁隆

(四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川成都，610065)

化工原理是高?；ゎ惗鄠€專業(yè)工程教育認(rèn)證的必須課，擔(dān)負(fù)著由理論到工程、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁和紐帶作用[1，2]，對化工及相近學(xué)科的發(fā)展有著重要支撐作用。從2017年開始的全國大學(xué)生化工實驗大賽是教育部高等學(xué)?；ゎ悓I(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會與中國化工教育協(xié)會聯(lián)合主辦的一項賽事，涵蓋了化工原理理論、化工單元仿真操作和化工原理實驗三部分，是對學(xué)生綜合素質(zhì)的一次全面檢驗。該項賽事不僅給高?；ゎ悓I(yè)的學(xué)生提供了很好的動手實踐機(jī)會和交流學(xué)習(xí)平臺，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)，而且為各參賽院校教師提供了一個相互交流學(xué)習(xí)的平臺，有效地促進(jìn)了化工原理理論和實踐教學(xué)改革[3-8]，對化工類專業(yè)核心課程教學(xué)質(zhì)量的提高具有重要意義。

從首屆全國大學(xué)生化工實驗大賽開始，四川大學(xué)便積極響應(yīng)，組隊參賽，并取得了較優(yōu)異的成績。通過化工實驗大賽，我們發(fā)現(xiàn)了學(xué)生在理論知識運(yùn)用、實踐動手及臨場應(yīng)變能力等方面存在不足。為此，四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院本著“以賽促建、以賽促教、賽教融合”的思路，通過改進(jìn)化工原理實驗設(shè)備、優(yōu)化化工原理實驗教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)、構(gòu)建課堂與社團(tuán)相結(jié)合的教學(xué)模式以及組織校級化工實驗大賽等方式，力爭為學(xué)生提供一流的實踐平臺，強(qiáng)化學(xué)生的工程實踐能力。

1 改進(jìn)化工原理實驗設(shè)備，優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

實驗室裝置設(shè)備是化工原理實驗開設(shè)的基礎(chǔ)。作為一門基礎(chǔ)工程性實驗，四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的化工原理實驗面向化工、生工、制藥和高分子等專業(yè)上千名學(xué)生開設(shè)，學(xué)院十分重視相關(guān)實驗室及實驗設(shè)備的建設(shè)，經(jīng)過多年的持續(xù)建設(shè)，已建成流體力學(xué)實驗裝置、傳熱實驗裝置、精餾實驗裝置、吸收實驗裝置和干燥實驗裝置等數(shù)十套，且所有實驗設(shè)備均為自主研發(fā)。

在參賽過程中，通過參觀各高?；ぴ韺嶒炘O(shè)備及與各參賽隊伍指導(dǎo)教師之間的交流研討，我們也意識到已有實驗設(shè)備在遠(yuǎn)程控制、測量精度等方面有待改進(jìn)。近年來，學(xué)院以雙一流建設(shè)及化工實驗大賽為契機(jī)，對化工原理實驗設(shè)備進(jìn)行了升級改造，并依托新建的卓越工程師訓(xùn)練中心，力爭為學(xué)生提供一流的實驗實踐教學(xué)平臺，如淘汰了老舊的吸收實驗設(shè)備，新建了吸收-解吸實驗裝置，并配套了自動滴定儀測定水相中CO2的含量，以提高檢測精度；傳熱實驗裝置中每個換熱器均換為了卡套連接，方便更換拆卸換熱器，通過拆卸過程提高學(xué)生的實際動手能力[9]；同時逐步對現(xiàn)有實驗設(shè)備進(jìn)行自動化控制改造，使之達(dá)到可遠(yuǎn)程實驗的水平；增加了實驗設(shè)備臺套數(shù)，擴(kuò)大了實驗室容量，既為化工實驗大賽的順利開展提供了保障，也為學(xué)生的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等提供了良好的實踐平臺。

除了實驗設(shè)備的升級改造外，我們對實驗教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了拓展。重點(diǎn)是在原有的動手實驗操作的基礎(chǔ)上增加了化工原理仿真實驗，將仿真模擬與實驗操作相結(jié)合，讓學(xué)生能夠更好地認(rèn)識化工單元操作的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)；此外，將化工單元仿真、實驗仿真等內(nèi)容與教學(xué)實驗裝置聯(lián)系起來，實現(xiàn)化工原理教學(xué)“虛實結(jié)合”的目標(biāo)，不僅提升了實驗教學(xué)的效果，同時還加深了學(xué)生對單元操作不同工況的理解，為實現(xiàn)解決復(fù)雜工程問題能力的人才培養(yǎng)目標(biāo)提供幫助。

2 提升師資隊伍的綜合能力

化工實驗大賽涉及到理論、實驗及仿真三方面的內(nèi)容，是對學(xué)生理論知識運(yùn)用能力及實踐動手能力的綜合考察，這就要求競賽指導(dǎo)教師不僅要具有較好的理論知識水平，而且還需要具有較強(qiáng)的實踐能力和協(xié)調(diào)組織能力[4]。為此，學(xué)院以具有豐富教學(xué)經(jīng)驗的《化工原理》課程教師為班底，通過以老帶新的方式，組建了一支老中青結(jié)合的指導(dǎo)教師團(tuán)隊。

為提升教師的綜合能力，學(xué)院一方面鼓勵任課教師積極參與化工實驗大賽的指導(dǎo)，并帶隊參賽，通過競賽發(fā)現(xiàn)自身的不足，同時利用化工實驗大賽搭建的平臺，與各參賽高校的教師互相交流，借鑒先進(jìn)的教學(xué)理念，促進(jìn)化工原理教學(xué)質(zhì)量的提升；另一方面，為加強(qiáng)任課教師的理論和實踐綜合能力的提升，學(xué)院打破了以往的理論課與實驗課分別由不同教師擔(dān)任的情況，鼓勵化工原理的理論任課教師也參與到實驗教學(xué)。目前已有多位中青年教師既擔(dān)任化工原理理論課的教學(xué)又擔(dān)任實驗課的教學(xué)，這既有利于教師本身綜合實踐能力的提升，同時也能通過實驗課程更好地考察學(xué)生們運(yùn)用理論所學(xué)知識解決實際問題的能力，及時了解學(xué)生對理論知識的掌握及運(yùn)用情況，并以此為基礎(chǔ)促進(jìn)化工原理理論及實踐教學(xué)改革。除此以外，學(xué)院還鼓勵任課教師積極參加全國化工原理課程教學(xué)研討暨師資培訓(xùn)會議等，通過會議交流及培訓(xùn)，了解國內(nèi)各高校的化工教育動態(tài)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)方法，提升自身的教學(xué)綜合能力。

3 課堂與社團(tuán)相結(jié)合，拓展實踐空間

化工原理是一門實踐性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，雖然該門課和實際生活聯(lián)系較緊，但由于學(xué)生往往缺乏工程知識，聽起課來感覺枯燥、空洞，難以掌握[10]；作為化工原理課程體系中重要的實踐環(huán)節(jié)，化工原理實驗課由于實驗學(xué)時數(shù)等的限制，實驗過程中往往是教師講，學(xué)生照方案執(zhí)行，有限的實驗室資源、教學(xué)空間及時間不利于學(xué)生進(jìn)行實驗的拓展和延伸，也不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個性化的發(fā)展[11]。針對上述問題，四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院根據(jù)不同專業(yè)和不同層次學(xué)生的需求，通過新增選修課和成立化工原理研學(xué)社，構(gòu)建了課堂與社團(tuán)相結(jié)合的模式，課內(nèi)外結(jié)合，為同學(xué)們提供更多的學(xué)習(xí)實踐資源和空間。

從2019年開始，我院便連續(xù)開設(shè)了化工實驗大賽培訓(xùn)選修課，該門課程將化工原理理論、實驗及仿真相結(jié)合，主要面向的是有化工原理理論和實驗操作基礎(chǔ)，且有意參加化工實驗大賽或是深入學(xué)習(xí)化工原理相關(guān)知識的同學(xué)，不分專業(yè)及年級。在正式開課之前，任課教師們會首先調(diào)研下同學(xué)們想要鞏固的知識點(diǎn)或是感興趣的工程問題，然后再有針對性地進(jìn)行備課，在鞏固已學(xué)基礎(chǔ)知識的同時重點(diǎn)拓寬化工原理知識的深度和寬度，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用化工原理相關(guān)理論知識解決實際工程問題的能力。實驗部分采取任務(wù)驅(qū)動的方式，由教師提出實驗任務(wù)及相關(guān)要求，學(xué)生自主組隊設(shè)計方案并完成實驗，既充分鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神。連續(xù)兩年的教學(xué)實踐表明：該課程提高了同學(xué)們對化工原理基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用，同時也為有志于繼續(xù)深造的同學(xué)提供了一個提前復(fù)習(xí)專業(yè)課程的好機(jī)會。

課外，學(xué)院專門成立了化工原理研學(xué)社，將學(xué)有余力且對工程問題感興趣的同學(xué)匯聚到社團(tuán)，加強(qiáng)交流溝通。社團(tuán)一方面根據(jù)調(diào)研收集同學(xué)們感興趣的問題，邀請專業(yè)老師開展相關(guān)講座，為同學(xué)們答疑解惑；同時也共享成員或是老師們推薦的學(xué)習(xí)資料。另一方面，社團(tuán)組織同學(xué)們積極參與科研工作，申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目等，為同學(xué)們提供更多的實踐動手機(jī)會；同時也積極組織策劃校內(nèi)化工實驗大賽等活動，激發(fā)同學(xué)們對化工原理相關(guān)知識的學(xué)習(xí)熱情。

4 組織校級化工實驗大賽，激發(fā)學(xué)生的工程實踐創(chuàng)新熱情

由于化工實驗大賽的賽制規(guī)則，每年能進(jìn)入賽區(qū)決賽乃至全國總決賽階段的隊伍有限(目前，西南賽區(qū)每所高校不超過3支隊伍進(jìn)入賽區(qū)決賽；賽區(qū)決賽后推薦到全國總決賽的每個學(xué)校不超過1支隊伍)，大部分同學(xué)只能參加僅有理論競賽板塊的西南賽區(qū)初賽。為了提高競賽的影響力，吸引更多的同學(xué)參加化工實驗大賽，激發(fā)其工程實踐創(chuàng)新熱情，同時也讓更多同學(xué)得到理論、仿真和實驗的全方位訓(xùn)練，我院依托化工原理教研室和工程實驗教學(xué)中心組織籌辦了全校范圍的化工實驗競賽，吸引了我校化學(xué)工程學(xué)院、高分子科學(xué)與工程學(xué)院及輕工科科學(xué)與工程等學(xué)院的百余位同學(xué)參加。

在2019年我校舉辦首屆校級化工實驗大賽后，參加化工實驗大賽西南賽區(qū)初賽的同學(xué)從2018年的39名增加到了54名，學(xué)生們的參賽成績也明顯提高。在2019年的西南賽區(qū)決賽中，參賽團(tuán)隊除獲得了賽區(qū)特等獎、一等獎外，還在實驗、理論及仿真各個單項上都取得了不錯的成績，分別獲得賽區(qū)實驗單項獎、理論單項獎及仿真單項獎。在全國總決賽中，2017年獲得了總決賽二等獎，2018年及2019年連續(xù)兩年都獲得了總決賽一等獎的好成績。實踐表明：校級化工實驗大賽的舉辦，不僅吸引了更多同學(xué)關(guān)注全國大學(xué)生化工實驗大賽，為后續(xù)的賽區(qū)及全國大賽優(yōu)秀參賽同學(xué)的選拔奠定了基礎(chǔ)，更是促進(jìn)了同學(xué)們工程素養(yǎng)和團(tuán)隊協(xié)作能力的提升。

5 結(jié)語

作為新工科建設(shè)的重要舉措，全國大學(xué)生化工實驗大賽不僅培養(yǎng)了學(xué)生實踐創(chuàng)新能力，也檢驗了各高校的化工理論與實踐教學(xué)水平，為各高校搭建了相互交流學(xué)習(xí)的平臺，有利于化工類教學(xué)質(zhì)量的提高[3]。四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院以化工實驗大賽為契機(jī)，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，積極探索促進(jìn)化工原理及其實驗等化工類專業(yè)核心基礎(chǔ)課程教學(xué)質(zhì)量提高的方法。通過優(yōu)化改進(jìn)化工原理實驗設(shè)備及實驗教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)、構(gòu)建課內(nèi)外結(jié)合教學(xué)模式等方式，對化工原理實踐教學(xué)體系進(jìn)行了改革探索，取得了較好的教學(xué)效果。今后將依托學(xué)科競賽等平臺，借鑒各高校先進(jìn)的教學(xué)理念及實驗設(shè)備等，不斷深入化工原理等核心基礎(chǔ)課程的實踐教學(xué)改革，培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)和新工業(yè)發(fā)展需要的復(fù)合型化工人才。