化工基礎(chǔ)實驗改革研究與探索

熊瑛

（貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001）

化工基礎(chǔ)實驗是師范院?；瘜W(xué)專業(yè)必修的一門專業(yè)核心課程[1]。其開設(shè)目的是通過實驗驗證化工過程中三傳一反的基本理論（三傳指質(zhì)量傳遞、動量傳遞和熱量傳遞，一反指化學(xué)反應(yīng)過程），使學(xué)生加強化工基礎(chǔ)知識的理解，并掌握相應(yīng)的實驗操作技能。通過化工單元過程實驗現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析討論來培養(yǎng)學(xué)生思考問題、解決問題的能力。同時培養(yǎng)學(xué)生安全意識和工程意識、培養(yǎng)團隊合作能力及學(xué)生解決實際問題和處理突發(fā)問題的能力。在此基礎(chǔ)上，我們對化工基礎(chǔ)實驗的教學(xué)方法、教學(xué)模式以及實驗考核形式內(nèi)容進行了改革和實踐 [2,3]。

一、教學(xué)改革背景及存在的問題

師范院校培養(yǎng)本科人才過程中，非常重視基礎(chǔ)理論知識的教學(xué)，實踐課程教學(xué)課時設(shè)置相對較少[4]。目前本院已開展的化工基礎(chǔ)實驗如表1 所示。根據(jù)課程設(shè)置和教學(xué)計劃安排，化學(xué)班流體流動形態(tài)及臨界雷諾數(shù)的測定為演示實驗，其他六個實驗為必做實驗。在實驗過程中采用分組輪流實驗，平均6～8 個學(xué)生共用一臺設(shè)備。管路流體阻力的測定和離心泵特性曲線的測定共用一臺設(shè)備，設(shè)備存在嚴(yán)重老化問題，實驗過程中經(jīng)常出現(xiàn)漏水滲水問題；精餾實驗裝置購買年限已久，在實驗中經(jīng)常出現(xiàn)抽補上液體及加熱不穩(wěn)定的情況。綜上所述，化工基礎(chǔ)實驗課程存在的主要問題是儀器設(shè)備簡單陳舊。目前儀器設(shè)備只能基本滿足實驗教學(xué)工作的開展。實驗條件受限，實驗設(shè)備臺套數(shù)少，每個實驗的儀器臺套數(shù)基本維持在1～2 臺，多人共用一臺儀器，嚴(yán)重影響學(xué)生參與實驗的積極性。另外部分學(xué)生不重視化工基礎(chǔ)實驗課。由于化學(xué)專業(yè)學(xué)生是師范生，大部分學(xué)生們就業(yè)去向主要是初高中化學(xué)教師而不是化工企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，學(xué)生對化工基礎(chǔ)實驗的學(xué)習(xí)認識不夠。

表1 已開展實驗及現(xiàn)有設(shè)備情況

二、改革方法

（一）逐步增加對化工基礎(chǔ)實驗設(shè)備的投入

針對現(xiàn)有實驗設(shè)備臺套數(shù)不足的情況，積極爭取實驗配套設(shè)備的采購，逐步增加對化工設(shè)備的投入力度。充分利用現(xiàn)有資源，將學(xué)院前期采購的化工單元仿真系統(tǒng)和合成氨工藝仿

真系統(tǒng)充分利用起來。通過化工過程仿真模擬，學(xué)生可以直觀地看到化工過程中傳動、傳熱和傳質(zhì)的變化，將整個化工過程簡單化。

（二）加強教學(xué)組織管理，提高實驗教學(xué)質(zhì)量

1.仿真教學(xué)輔助實驗操作

在實驗教學(xué)開展前，先開展仿真實驗。學(xué)生可以通過仿真軟件對化工基礎(chǔ)單元操作裝置進行仿真操作。以傳熱實驗為例：傳熱實驗仿真流程如圖2 所示，蒸汽是熱流體，水是冷流體。水進入換熱器內(nèi)管后與套管環(huán)隙中蒸汽進行換熱。通過流量控制閥調(diào)節(jié)冷水流量大小，水流量、冷水進、出口溫度和管壁溫度直接從表盤上讀取。操作步驟依次如下（局部放大按鈕如圖2）：啟動水泵，打開進水閥，打開蒸汽發(fā)生器，打開放汽閥，讀取水的流量，讀取溫度，記錄數(shù)據(jù)，計算結(jié)果。實驗結(jié)束后，先關(guān)蒸汽發(fā)生器，再關(guān)進水閥。

仿真操作能實時模擬化工過程，操作簡單便捷。學(xué)生們在模擬操作過程中，一旦出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會及時報警。有利于學(xué)生在錯誤的操作過程中找出問題所在，并及時解決問題。在預(yù)習(xí)過程中充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)化工單元仿真的積極性和主動性，通過不斷的調(diào)試模擬，熟練操作，熟悉工藝流程[5]。

2.強化現(xiàn)場操作教學(xué)指導(dǎo)

實驗教學(xué)中采用提問的方式組織教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生認識儀器和儀表，掌握實驗原理和操作方法。例如：傳熱實驗中，對流傳熱系數(shù)α 值的測定。以提問的形式引導(dǎo)熱量傳遞的推動力是什么？引出溫差，并對表盤上空氣進出口溫度和蒸汽進出口溫度進行讀數(shù)，從而計算逆流傳熱過程的Δtm。

實驗過程中，嚴(yán)格按實驗流程操作，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識，不亂動亂摸，養(yǎng)成好習(xí)慣。為后期化工生產(chǎn)實習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

實驗結(jié)束后，指導(dǎo)老師檢查實驗數(shù)據(jù)是否正確，引導(dǎo)學(xué)生針對數(shù)據(jù)結(jié)果如何有效開展分析討論，按時提交實驗報告。

3.考核形式

化工基礎(chǔ)實驗考核內(nèi)容包括預(yù)習(xí)報告質(zhì)量（20%）、實驗過程中小組合作情況（10%）、動手操作技能掌握程度（20%）和實驗報告質(zhì)量（50%），其中實驗報告主要考查實驗數(shù)據(jù)處理方法、實驗結(jié)果分析及討論等。

三、結(jié)語

通過加強教學(xué)組織管理，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。同時緊貼當(dāng)前化工專業(yè)人才的市場需求，通過化工單元仿真單元操作輔助實驗操作來提高化工工程意識、加強實際操作能力，提升專業(yè)技能，培養(yǎng)化工應(yīng)用型人才。