基于學(xué)生分組循環(huán)模式的化工原理實驗教學(xué)實踐

趙永超，姜 松

(聊城大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東 聊城 252059)

化工原理課程是化工及其相關(guān)專業(yè)的必修專業(yè)課，該課程一般分為兩部分：化工原理理論課程和化工原理實驗課程。化工原理作為一門應(yīng)用性極強的課程，實驗課程在對學(xué)生知識掌握方面的促進作用是非常明顯的，結(jié)合化工原理理論課和實驗課一起學(xué)習(xí)，能起到事半功倍的效果[1]，能對該課程知識體系和具體的知識點更好的融會貫通。

化工原理實驗是涉及到較大的實驗裝置的實驗，不像有機化學(xué)、無機化學(xué)實驗，可以采用玻璃四口瓶等小型裝置，可以一人單獨完成整個實驗?；ぴ韺嶒灻總€實驗項目都需要專門的設(shè)備，設(shè)備占地面積較大，設(shè)備價格較高，一般1人難以完成，需要分組完成該實驗，而且實驗需要專門的精通該實驗的相關(guān)理論知識和熟悉該專門設(shè)備的具有實踐知識的指導(dǎo)教師進行指導(dǎo)[2]。

1 化工原理實驗不同的開展模式—傳統(tǒng)模式與學(xué)生分組循環(huán)模式

化工原理實驗在一些老牌的化工院校采用的與理論課類似的同一個班同時上同一個實驗的傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ剑缣旖虼髮W(xué)化工學(xué)院、青島科技大學(xué)化工學(xué)院(更名前為青島化工學(xué)院)、河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院(合并前所在校區(qū)為河北輕化工學(xué)院)。這些院校每個實驗項目都擁有多套同樣的裝置，可供一個班級同時上課?；久總€實驗都需要占用一個實驗室，10來個實驗要占用10來個實驗室，這樣教學(xué)需要多個實驗室。與此不同的是一些近些年建設(shè)化工專業(yè)的實驗室，或者化工專業(yè)不是該校的優(yōu)勢專業(yè)，專業(yè)發(fā)展緩慢的院校，采用了節(jié)省經(jīng)費和實驗室的辦法，采用的是“學(xué)生循環(huán)式實驗方法”?！皩W(xué)生循環(huán)式實驗方法”是將全部實驗同時開出，每個實驗只采購 1～2套裝置，每個班學(xué)生分為多個組，每個組的學(xué)生一次做一個實驗。由于設(shè)備采購少了很多，這樣多個實驗設(shè)備放在同一個實驗室，總計2～3個實驗室可完成實驗教學(xué)工作，既節(jié)省經(jīng)費，又節(jié)省實驗室[3-4]。只是指導(dǎo)老師更加費心，因為指導(dǎo)老師要同時指導(dǎo)多個不同的實驗。例如，聊城大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)開設(shè)化工原理實驗12個，共24套裝置。每個班學(xué)生分12組，每組采用1套或兩套裝置(根據(jù)人數(shù)和實驗的復(fù)雜程度)，每組每次課完成一個實驗，12次完成12個實驗。對于指導(dǎo)教師，原來師資力量緊張的時候每個教師指導(dǎo)6組不同的實驗，隨著近些年新的教師的不斷引進，教師緊張局面有所改進，目前每個教師指導(dǎo)3組不同的實驗。

2 化工原理實驗課程與理論課程先后順序的討論

化工原理實驗課在大三的下半年開設(shè)，這時學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)完化工原理理論課上冊的內(nèi)容，正在學(xué)習(xí)下冊。實驗課一般開學(xué)第二周開始上課，中間有節(jié)假日順延，第14～15周結(jié)束。這樣學(xué)生在做實驗的時候有的章節(jié)的理論課還沒有學(xué)，如精餾、吸收、干燥等下冊的章節(jié)還沒有學(xué)。

至于理論課和實驗課誰先學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為應(yīng)該先學(xué)習(xí)理論知識，再學(xué)習(xí)實驗課程。但從我國著名教育家、思想家陶行知先生改名的故事我們很難斷論誰先誰后。陶行知原名陶文浚，后認(rèn)為 “知是行之始”，改名“陶知行”，先知后行；后認(rèn)識到凡事都等知道了再做，其實是來不及的，很多情況下，是先做起來，然后邊做邊學(xué)、邊做邊改、邊做邊完善，直到徹底解決問題，為“行而后知”，又改名“陶行知”，先行后知。這樣，部分學(xué)生先做實驗，再學(xué)習(xí)理論課程也未嘗不可。而且目前的實驗教材有完整的實驗?zāi)康摹嶒炘砑皩嶒灢襟E，教材本身具有相對的獨立性。先做實驗, 可以使學(xué)生在實驗過程中初步掌握理論知識, 有利于加深對理論知識的理解[5,6]。只是，這樣對對指導(dǎo)教師的要求更多一些，作為合格的指導(dǎo)教師，既要熟悉理論知識，又要熟悉實驗操作和數(shù)據(jù)計算處理，以解決學(xué)生先接觸該實驗對原理和公式計算方面的疑惑。

3 如何更好的開展“學(xué)生分組循環(huán)模式”實驗教學(xué)

3.1 注重實驗教師的培養(yǎng)或引進，建立適合實驗教師發(fā)展的環(huán)境

“學(xué)高為師”，實驗教師自身專業(yè)技術(shù)水平要過硬，才能教出好的學(xué)生。但現(xiàn)在有一種普遍的錯誤的看法，認(rèn)為實驗教師的水平十分有限。這從任課指導(dǎo)教師安排和一些教師的言談中可以看出，認(rèn)為實驗教學(xué)可有可無，那么實驗教師的水平就可高可低，造成了實驗教師的素質(zhì)和水平參差不齊。十多年前畢業(yè)于本校的同事介紹該當(dāng)年學(xué)習(xí)化工原理實驗時候，有的指導(dǎo)老師臨時從其它專業(yè)轉(zhuǎn)過來的，只能照本宣科，講講實驗步驟。這樣學(xué)生學(xué)到的知識是片面的和孤立的，不能看到知識之間的脈絡(luò)與聯(lián)系。實驗過程中一旦出現(xiàn)與教材或理想條件不符合的現(xiàn)象，或?qū)W生發(fā)現(xiàn)實驗中深一步的問題，指導(dǎo)教師自己沒有這方面的知識，沒有辦法解答，這不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)；與此相反，具有深厚的專業(yè)技術(shù)背景以及豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗指導(dǎo)教師可以給學(xué)生進行實驗自身知識、工業(yè)應(yīng)用情況和設(shè)備運行原理等全方面的解析，可幫助學(xué)生梳理化工原理相關(guān)的知識脈絡(luò)，有助于學(xué)生對化工原理相關(guān)知識有清晰的認(rèn)識[7]。

近些年，化工原理實驗都是由新引進的具有工學(xué)博士學(xué)位的教師進行指導(dǎo)，這些教師理論知識扎實。帶課前先經(jīng)老教師指導(dǎo)把實驗設(shè)備實驗步驟掌握熟練，考核合格后才可以上崗，這樣實踐知識也是合格的。目前化工原理實驗的教學(xué)面貌和十幾年前相比已經(jīng)煥然一新了。

由于實驗采用的“學(xué)生分組循環(huán)”的模式，每個班12組，每個教師指導(dǎo)3組，這樣需要的教師數(shù)量或每個教師的上課次數(shù)是比較多的。再加上其它的科研教學(xué)任務(wù)，指導(dǎo)教師的教學(xué)任務(wù)工作量是很巨大的。教師需要認(rèn)真?zhèn)湔n，但有的教師每周給安排40多節(jié)課，每天上下午連著，有時甚至晚上連著，如何備課，如何學(xué)習(xí)，如何發(fā)展？現(xiàn)在專職實驗教師屬于教學(xué)輔助系列，被認(rèn)為是輔助的幫助教學(xué)的人員，不屬于主系列。而且部分高校在教學(xué)任務(wù)和人事考核方面缺乏連貫性，一方面分派給教師過多的教學(xué)任務(wù)，考核又基本不看教學(xué)工作量，而是看項目、文章、基金。學(xué)生感受到教師應(yīng)付差事和兢兢業(yè)業(yè)兩個不同的態(tài)度，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是有很大的影響的。因此，在實驗教師發(fā)展環(huán)境方面現(xiàn)在不容樂觀，需要制定完善政策環(huán)境，建立健全發(fā)展平臺，讓實驗教師樂教敬業(yè)、安心教學(xué)，用“工匠精神”培養(yǎng)好的學(xué)生。

3.2 指導(dǎo)教師講解要能夠“解惑”，學(xué)生可相互指導(dǎo)

我們作為教師，剛接觸實驗設(shè)備的時候也會感到困惑，不知道設(shè)備的各個部分是做什么的，不知道設(shè)備是怎樣運行的，這些都是新教師的“困惑”，學(xué)生做實驗都是初次接觸實驗設(shè)備，雖然有課前預(yù)習(xí)，對設(shè)備的了解是很有限的，這樣學(xué)生做實驗前同樣是有一些“困惑”的。我們在講解的時候就要能夠“解惑”，深入思考總結(jié)，把學(xué)生不容易理解的地方和重點的地方講解清楚。除了講解主要的設(shè)備組成和物料流程，對一些學(xué)生應(yīng)該知道但極可能不知道的地方，要明確指出，進行講解。如精餾實驗控制箱里“塔頂溫度”是由塔頂?shù)囊粋€熱電阻測量得到的，我們講解的時候就要明確的指出這個熱電阻的位置及連接線，告訴學(xué)生“塔頂溫度”就是由這個熱電阻測量得到的。其它的各個儀表顯示的數(shù)據(jù)是測量的哪里的，如渦輪流量計、壓差變送器等化工原理理論課不曾講到的內(nèi)容，也要講解給學(xué)生。再例如，精餾實驗過程中經(jīng)常有學(xué)生問回流比是如何設(shè)定的，我們就要在實驗講解的時候給學(xué)生講解或演示回流回流罐、回流泵、采出泵是如何的運行情況。由于理論課知識只是簡但學(xué)習(xí)回流比的數(shù)學(xué)公式R=L/D，不學(xué)習(xí)具體的操作和用到的裝置，所以這個與理論課不同的地方也要重點講解。

學(xué)生方面，在大一的有機化學(xué)、無機化學(xué)的基礎(chǔ)實驗屬于“帶著走”的實驗；化工原理實驗屬于專業(yè)課實驗，可以“看著走”[8]。由于是循環(huán)實驗，指導(dǎo)教師在指導(dǎo)三個實驗的第一周，會一次性講解三個實驗的設(shè)備構(gòu)成、操作步驟和注意事項等重點內(nèi)容。第二周和第三周，就可以“看著”學(xué)生走了，學(xué)生可相互講解上次的實驗，通過講解，講解和聽講的學(xué)生都可以加深對該實驗的內(nèi)容有學(xué)習(xí)和理解。這是教育學(xué)中 “復(fù)述策略”的應(yīng)用，可促進陳述性知識學(xué)習(xí)。經(jīng)近幾年的實踐檢驗，效果不錯。

講解和聽講過程中，學(xué)生有什么不確定的內(nèi)容可隨時詢問指導(dǎo)教師。指導(dǎo)教師也要求巡回指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生有遺漏或錯誤的地方及時指出。

3.3 實驗教材本土化，針對本院的實驗實際編寫相應(yīng)的教材

化工原理實驗教材編寫和有機化學(xué)、無機化學(xué)實驗是完全不同的。有機化學(xué)和無機化學(xué)實驗裝置采用的是玻璃儀器，而且一般是標(biāo)準(zhǔn)的磨口儀器，使用很方便，可以根據(jù)某一本教材的實驗裝置圖組裝成，可以先有教材，再進行實驗。而化工原理實驗是以設(shè)備為主導(dǎo)的，實驗由幾個到十幾個“單元操作”組成，每個“單元操作”都需要一個價值幾萬元至十幾萬元的設(shè)備來完成。每個學(xué)校選的“單元操作”可能大致相同，但具體步驟，特別是所用的實驗裝置極有可能是不同的，實驗全部裝置的組合更不可能是相同的。如我院化工原理實驗中傳熱實驗采用的是北京化工大學(xué)的實驗裝置，精餾采用的是天大北洋公司的實驗裝置，而干燥實驗采用的浙江中控的實驗裝置等等。而且這些實驗設(shè)備的采購時間相差有20年，設(shè)備有新有舊。而且不同院校同一個名稱的實驗，由于所用的設(shè)備不同，物料的流程，操作的方式會有很大的差異。這就要求化工原理實驗根據(jù)具體的設(shè)備和操作步驟編寫相應(yīng)的教材[9]。現(xiàn)在我院共開設(shè)12個實驗，現(xiàn)有的出版的教材沒有一本是完全適合我院的實際情況的，這樣就要求我們自己編寫切合我院實際的化工原理實驗教材，將教材本土化，以切合我院的實驗及實驗裝置的組合。

目前的教材為自編講義，根據(jù)實驗設(shè)備廠家給定的資料編寫，基本能滿足教學(xué)的需要。近期正在組織化工原理實驗的相關(guān)教師逐字逐句、逐個圖表修改，爭取早日完成出版為正式教材，讓帶實驗的教師和做實驗的學(xué)生用上更專業(yè)、規(guī)范、適用的指導(dǎo)書。

3.4 “學(xué)生分組循環(huán)模式”需要合理安排不同實驗的組合

需要在實驗安排時對同一個指導(dǎo)教師所指導(dǎo)的多個實驗進行合理的組合，將實驗所需時間長短不同的實驗在一起指導(dǎo)。一個指導(dǎo)教師同時指導(dǎo)3個實驗，應(yīng)該是不同的時間結(jié)束。這樣的組合可以在實驗結(jié)束后給學(xué)生講解實驗當(dāng)中問題、實驗的數(shù)據(jù)處理方法和解答學(xué)生在實驗中的疑問。如果實驗組合安排不好，實驗時間基本相同的實驗由同一個教師指導(dǎo)，多個實驗一起結(jié)束，講解和答疑擠到了一起，沒有時間給學(xué)生進行詳細(xì)的講解，效果較差。

3.5 期末成績評定方式對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響分析

化工原理實驗成績評定目前采用“實驗報告+操作考試”的方法，效果不錯，但也有待改善的地方。

該課程最初由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的實驗報告和在實驗課上的表現(xiàn)來評定，沒有實驗操作考試。現(xiàn)在部分院?；虿糠謱I(yè)還采用該辦法，我院的另一門實驗課就采用該辦法。但實驗報告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，同時由于學(xué)生人數(shù)較多，一則學(xué)生不能都有展示操作技能的機會；二則教師不可能對每一位學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)都有較客觀的記錄和評價。因此實驗成績不夠科學(xué)。一般成績偏高，普遍90分以上，有的95分甚至滿分。

近幾年，我院實驗成績均采用“實驗報告+操作考試”，方式。實驗報告主要考核學(xué)生對待實驗的態(tài)度、實驗數(shù)據(jù)計算分析的過程。操作考試主要考核學(xué)生對設(shè)備的組成和流程掌握情況以及獨立操作實驗設(shè)備的能力，操作過程中監(jiān)考教師會提問流程、注意事項、原理等實驗相關(guān)問題。通過實驗報告和操作考試，可以從平時和總體兩個方面的對學(xué)生進行考核，從而引起學(xué)生的重視[9-10]。

考試前會開放實驗室，學(xué)生按照班級有序進到實驗室進行復(fù)習(xí)。從近幾年的實踐情況來看，這是教學(xué)或考核方式的一個亮點，學(xué)生積極性很高。由于是 “學(xué)生循環(huán)”的教學(xué)模式，每次課每個實驗都有同學(xué)在做，這樣最后做某一個實驗的同學(xué)由于記憶深刻，可以給早期做該實驗的同學(xué)講解，這也是“學(xué)生循環(huán)模式”的一個優(yōu)點。通過開放實驗室，學(xué)生之間相互交流或再向指導(dǎo)老師詢問，實驗知識得到了鞏固和提高。

目前我院的考核方式未涉及到筆試?；ぴ硎腔I(yè)的考研初試專業(yè)課之一，有的院校明確提出“化工原理(含實驗)”，如江南大學(xué)科目802化工原理(含化工原理實驗)，重慶大學(xué)858化工原理(含化工原理實驗)，天津大學(xué)在《化工原理》考研考試大綱中也明確寫出包含“化工原理實驗”。這里的實驗都是指的筆試。筆試可以考核學(xué)生對實驗原理、數(shù)據(jù)處理、實驗注意事項等的掌握情況。但由于我院教學(xué)傳統(tǒng)、師資狀況、監(jiān)考考場等原因一直未開展筆試考試相關(guān)事宜，有待進一步提高。

4 結(jié) 語

化工原理實驗教學(xué)的“學(xué)生分組循環(huán)模式”，可通過師資優(yōu)化、政策支持、教材選編、合理組合實驗項目、期末成績綜合評定等方面的努力發(fā)揮該模式的優(yōu)勢、提高教學(xué)效果。