化工實(shí)驗(yàn)大賽對(duì)化工原理教學(xué)的影響

于 瀅

（南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京 211816）

《化工原理》是一門以單元操作為背景的化工及相近專業(yè)的主要專業(yè)課，擔(dān)負(fù)著從理論到工程、從基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁重任。為在全國高校營造更濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新能力、安全意識(shí)和責(zé)任意識(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)校際交流，2017年由教育部高等學(xué)?；ゎ悓I(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)和中國化工教育協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦了“全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽”（后簡稱化工實(shí)驗(yàn)大賽）。近年來，各高校逐漸重視大學(xué)生學(xué)科競賽在人才培養(yǎng)中的促進(jìn)作用，參加全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽的院校逐年增多，角逐更加激烈。

1 化工實(shí)驗(yàn)大賽簡介

化工實(shí)驗(yàn)大賽自2017年開始，先后在天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、大連理工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、四川大學(xué)成功舉辦五屆，2023年決賽將在北京化工大學(xué)舉辦[1]。大賽以《高等學(xué)校本科化工類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求為主要依據(jù)，由理論筆試、化工原理實(shí)驗(yàn)和單元仿真三部分組成，其分值占比為4 ∶4 ∶2。比賽時(shí)，需三名學(xué)生組隊(duì)，經(jīng)區(qū)賽選拔后參加國賽。區(qū)賽分為東北、華北、華東、西北、西南、中南六個(gè)賽區(qū)。而為保證比賽的參與度，每個(gè)學(xué)校僅一支隊(duì)伍能夠入選全國總決賽[2]。

理論筆試，每個(gè)隊(duì)員獨(dú)立完成，以化工原理主要的單元操作流體流動(dòng)、流體輸送機(jī)械、傳熱及設(shè)備、吸收、蒸餾、氣液傳質(zhì)分離設(shè)備和干燥為考試內(nèi)容。而考試題目，既有基礎(chǔ)性試題，考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)的扎實(shí)程度；又有靈活性強(qiáng)、難度高或計(jì)算量大等難題，考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和靈活應(yīng)用能力。

化工原理實(shí)驗(yàn)通常為現(xiàn)場考試，疫情防控 期間，為保障師生安全而在線上進(jìn)行。考試內(nèi)容包括四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別為流體流動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)、傳熱綜合實(shí)驗(yàn)、精餾實(shí)驗(yàn)、吸收實(shí)驗(yàn)。每個(gè)參賽隊(duì)賽前隨機(jī)抽取一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由三名隊(duì)員通過配合在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，重點(diǎn)考查學(xué)生的靈活性、創(chuàng)新性，以及對(duì)實(shí)際工程問題的解決能力等[3]。

化工單元仿真操作由每個(gè)隊(duì)員獨(dú)立完成，通過在電腦中模擬各生產(chǎn)場景，考查學(xué)生對(duì)化工廠危險(xiǎn)源識(shí)別能力和傳質(zhì)分離（塔）設(shè)備（吸收解吸單元、精餾單元）的冷態(tài)開車、正常停車、事故處理及穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)，以及化工原理實(shí)驗(yàn)室安全虛擬、液液萃取、恒壓過濾3D、流化床干燥的3D 仿真等操作能力。這種在虛擬仿真中考查學(xué)生的操作和實(shí)踐能力，不再流于形式，更能充分考查學(xué)生在實(shí)際工廠場景及具體生產(chǎn)工藝過程中的工程實(shí)踐能力，對(duì)學(xué)生的安全意識(shí)等也提出了極高的要求[4]。

2 化工實(shí)驗(yàn)大賽對(duì)《化工原理》教學(xué)的推動(dòng)作用

高要求才有高質(zhì)量，高質(zhì)量就能促發(fā)展?；?shí)驗(yàn)大賽對(duì)學(xué)生、教師和學(xué)校企業(yè)不僅提出了高要求，同時(shí)也推動(dòng)了各方的發(fā)展[5-8]?；ぴ碚n程是大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門工程性課程。因此，學(xué)生往往“重理論輕實(shí)踐”“重原理輕設(shè)計(jì)”，普遍存在工程實(shí)踐能力匱乏的問題。而對(duì)于教師而言，講授化工原理這門課程是一項(xiàng)較為艱巨的任務(wù)，除課程本身難度大、公式多以外，還需在教學(xué)過程中著重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)?；?shí)驗(yàn)大賽正好彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的短板，以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促建，持續(xù)推動(dòng)化工原理教學(xué)的開展。

2.1 以化工實(shí)驗(yàn)大賽為平臺(tái)，強(qiáng)化學(xué)生的工程能力、創(chuàng)新能力和綜合意識(shí)

《化工原理》課程在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工原理課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握單元操作的過程與設(shè)備原理，旨在提高學(xué)生分析問題和解決復(fù)雜工程問題的能力。然而在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生習(xí)慣于傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，普遍缺乏自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力；在學(xué)習(xí)本課程前，接觸到的都是基礎(chǔ)課程，導(dǎo)致學(xué)生“重理論輕實(shí)踐”“重原理輕設(shè)計(jì)”，無法根據(jù)實(shí)際任務(wù)需求“串聯(lián)”單元操作，融會(huì)貫通，學(xué)以致用，普遍存在工程實(shí)踐能力匱乏的問題。此外，在實(shí)現(xiàn)““雙碳”目標(biāo)”的背景下，傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排是重中之重，創(chuàng)新則是必經(jīng)之路。學(xué)生僅學(xué)習(xí)了傳統(tǒng)化工中單元操作的基本原理和設(shè)備，創(chuàng)新意識(shí)且創(chuàng)新能力極大不足，不利于化工創(chuàng)新性發(fā)展和服務(wù)社會(huì)等。

化工實(shí)驗(yàn)大賽過程中，理論題目靈活，可提高學(xué)生“串聯(lián)”兩個(gè)或多個(gè)單元操作的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生融會(huì)貫通；題目深度深、重設(shè)計(jì)、重計(jì)算，可以有效提高學(xué)生工程能力。此外，實(shí)驗(yàn)過程和仿真操作更能考察并提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力?，F(xiàn)階段，由于自主設(shè)計(jì)或者設(shè)計(jì)制造廠家的不同，國內(nèi)高等院校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不盡相同。參賽學(xué)生面對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，根據(jù)所學(xué)基本知識(shí)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，安全完成實(shí)驗(yàn)操作并靈活正確地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。這充分鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力、解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、安全意識(shí)和經(jīng)濟(jì)意識(shí)。實(shí)驗(yàn)大賽的安全仿真和單元仿真進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)踐能力、解決問題能力和安全意識(shí)。

化工實(shí)驗(yàn)大賽正好彌補(bǔ)了教學(xué)過程中的不足，行而有效地強(qiáng)化了學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，為化工創(chuàng)新性發(fā)展和服務(wù)社會(huì)培育人才。并且，學(xué)生參加全國賽事也豐富了其大學(xué)生活、提升其自信心、開闊其眼界，而參加全國比賽的寶貴經(jīng)驗(yàn)也將在其今后學(xué)習(xí)、工作和生活中產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。

2.2 以化工實(shí)驗(yàn)大賽為契機(jī)，提升教師專業(yè)素質(zhì)和能力

比賽中學(xué)生起主體作用，但在比賽前準(zhǔn)備過程中指導(dǎo)教師就要起到不可替代的輔導(dǎo)和指導(dǎo)的作用，因此，指導(dǎo)教師的專業(yè)素質(zhì)和能力對(duì)比賽結(jié)果也至關(guān)重要。為了讓學(xué)生在比賽中取得優(yōu)異成績，指導(dǎo)老師在比賽前必須對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面指導(dǎo)，一方面，在認(rèn)真授課的同時(shí)領(lǐng)導(dǎo)學(xué)生無死角地學(xué)習(xí)，為學(xué)生打好扎實(shí)的理論基礎(chǔ)；另一方面，面對(duì)理論考試試題越來越靈活多變的現(xiàn)狀，指導(dǎo)學(xué)生的過程中還要培養(yǎng)其應(yīng)用理論解決工程實(shí)際問題的能力。因此，在備賽和比賽的過程中，指導(dǎo)教師要在學(xué)期末和假期中投入大量的時(shí)間和精力，要有奉獻(xiàn)精神，同時(shí)也要有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和過硬的實(shí)驗(yàn)技能，為學(xué)生在大賽取得好成績提供保障。此外，為取得好成績，指導(dǎo)老師須認(rèn)真鉆研化工原理理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，積極尋求獲得好成績的教學(xué)方法和方式，積累比賽經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)比賽教訓(xùn)，進(jìn)而不斷提升自己的教學(xué)能力和專業(yè)水平。

而對(duì)于青年教師而言，參與指導(dǎo)學(xué)生參加大賽是一個(gè)提升自身專業(yè)素質(zhì)和能力的快速并且有效的途徑。面對(duì)大賽的高要求，老師會(huì)清楚看到自身不足，汲取知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)而快速成長，并且在今后的教學(xué)中也會(huì)更加注重培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，因而教師的教學(xué)素質(zhì)和能力也會(huì)有所提升。并且，在輔導(dǎo)學(xué)生過程中，師生交流相較于日常教學(xué)來說更加緊密，這會(huì)使老師更加了解學(xué)生水平和情況，更能因材施教，也有利于開展日常的教學(xué)工作。與有經(jīng)驗(yàn)的老師們一起輔導(dǎo)比賽時(shí)，青年教師也可以近距離學(xué)習(xí)到教學(xué)方法和策略，這與參加授課培訓(xùn)等方式相比，更有利于自身成長。

所謂教學(xué)相長，指導(dǎo)比賽對(duì)教師而言，尤其是青年教師，也是一個(gè)不可多得的學(xué)習(xí)和提高的機(jī)會(huì)。

2.3 以化工實(shí)驗(yàn)大賽為載體，促進(jìn)校際的交流和高校化工學(xué)科的建設(shè)

比賽時(shí)，各地高校的教師、學(xué)生和企業(yè)也會(huì)親臨現(xiàn)場，這也就有了現(xiàn)場交流、互相學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

（1）學(xué)生之間可以互相交流學(xué)習(xí)心得和體會(huì)以及未來打算等。參賽學(xué)生一般為大三下學(xué)期的學(xué)生，這正值決定保研、考研或工作去向的關(guān)鍵時(shí)刻。在這迷茫時(shí)期，與不同學(xué)校的同學(xué)交流，既有助于學(xué)生緩解內(nèi)心壓力，又可以交換信息，減弱信息差，更加有利于做出未來去向的決定。

（2）各高校老師也可以利用這個(gè)平臺(tái)溝通交流教學(xué)問題和經(jīng)驗(yàn)。而對(duì)于青年教師而言，這也是與外校優(yōu)秀老師交流，完善自身不足，進(jìn)而快速成長的好機(jī)會(huì)。各參賽院?；I(yè)學(xué)科建設(shè)情況有所不同，借助參加化工實(shí)驗(yàn)大賽的機(jī)會(huì)，老師們積極交流溝通，不斷改善教學(xué)和實(shí)驗(yàn)條件，為以后開展合作，促進(jìn)教學(xué)改革與學(xué)科建設(shè)的方向提供了有利條件。

（3）比賽也促進(jìn)了校企之間的交流與合作。大賽仿真軟件由東方仿真、歐倍爾兩家公司提供贊助、大賽實(shí)驗(yàn)裝置有的由萊帕克公司提供。學(xué)生和老師通過仿真軟件和實(shí)驗(yàn)裝置，自己能力提到了提升，同時(shí)，使用后的反饋信息也促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展。因此，企業(yè)在參與競賽過程中，也在不斷學(xué)習(xí)創(chuàng)新，與化工建設(shè)共進(jìn)步，為化工類專業(yè)教育創(chuàng)造價(jià)值，與高校合作共創(chuàng)化工新未來。

以舉辦大賽為契機(jī)，以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促建，提升高校本科化工專業(yè)的建設(shè)。大賽已經(jīng)成為化工類專業(yè)新工科建設(shè)、人才培養(yǎng)及參賽教師教學(xué)交流的重要平臺(tái)。

3 實(shí)驗(yàn)大賽的發(fā)展建議

面對(duì)化工實(shí)驗(yàn)大賽對(duì)化工原理教學(xué)的促進(jìn)作用，廣大學(xué)生和老師應(yīng)積極主動(dòng)參加大賽，追求自身能力和素質(zhì)的提升。然而，目前，化工實(shí)驗(yàn)大賽仍有學(xué)生和教師的積極性不高、學(xué)校的重視程度不夠及大賽的影響力不足等問題。針對(duì)這些問題，提出以下發(fā)展建議[9-10]。

對(duì)學(xué)生和老師來說，一方面應(yīng)該端正態(tài)度，積極參加，充分清楚認(rèn)識(shí)到參加實(shí)驗(yàn)大賽的經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)對(duì)自身能力和素質(zhì)的提高有益效果。尤其是對(duì)擬考研的學(xué)生和青年教師，參加化工原理實(shí)驗(yàn)大賽是難能可貴的提升機(jī)會(huì)。另一方面，教師組還應(yīng)健全選拔和分組的方式和制度，提高參賽學(xué)生質(zhì)量，制定訓(xùn)練方案，為學(xué)生獲得好成績打好基礎(chǔ)。

從學(xué)校角度來看，學(xué)校對(duì)比賽的重視程度往往直接影響參賽隊(duì)伍最終成績，鼓勵(lì)和支持學(xué)生和老師參加比賽有利于學(xué)校的學(xué)科建設(shè)、教學(xué)質(zhì)量和知名度的提升等，因此學(xué)校應(yīng)從多角度、多層次來激勵(lì)學(xué)生和老師參加比賽，如提高獎(jiǎng)勵(lì)措施和學(xué)科競賽經(jīng)費(fèi)等。

從大賽層面上來說，通過擴(kuò)大大賽的影響力來進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生、教師和學(xué)校的參賽積極性，強(qiáng)化大賽對(duì)化工原理的促進(jìn)作用。面對(duì)逐年增多的參賽學(xué)生、老師和學(xué)校，大賽的比賽內(nèi)容需要在豐富性、靈活性及實(shí)用性方面也要隨之加強(qiáng)。此外，實(shí)驗(yàn)比賽中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同、難度不同為學(xué)生成績評(píng)定增加了難度，因此，規(guī)范大賽制定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范成績評(píng)定及獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)置，為各參賽隊(duì)伍提供公平的比賽環(huán)境，讓參賽隊(duì)伍賽出風(fēng)采、賽出真水平。

4 結(jié)束語

全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽綜合考察同學(xué)的理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐和仿真模擬能力，既能使學(xué)生可以更系統(tǒng)地掌握化工理論知識(shí)，又著重培養(yǎng)學(xué)生工程能力、創(chuàng)新能力和綜合意識(shí)；提升了教師專業(yè)素質(zhì)和能力，尤其有助于青年教師快速成長；同時(shí)，促進(jìn)了校際的交流和高?；W(xué)科、實(shí)驗(yàn)室和仿真軟件的建設(shè)，為培養(yǎng)工程型、創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)，持續(xù)推動(dòng)課程高質(zhì)量建設(shè)，構(gòu)筑化工專業(yè)教育新形態(tài)！因此，希望更多的學(xué)生、老師、學(xué)校和企業(yè)參加全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽，這不僅有利于提高自身水平、促進(jìn)自身發(fā)展，同時(shí)也能使大賽的內(nèi)容越來越豐富、賽制越來越完善，從而進(jìn)一步擴(kuò)大賽事影響力，提高對(duì)化工原理教學(xué)的有益效果。