化工原理實驗課程改革與探索

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［摘要］基于工程認證，結合化工原理實驗課程的特點，相應改革措施相繼實施，包括創新教學模式和方法、工程觀點強化、綜合實驗技能強化、實驗安全知識強化及考核方式改革等。化工原理實驗與科學研究相結合，有助于培養學生發現問題、以工程理念解決問題的能力，提高學生對實驗技術的創新和應用能力。

［關鍵詞］工程教育；化工原理實驗；教學改革

化工原理實驗課程是一門與工程技術密切相關的實踐性基礎課程，屬于工程實驗范疇。該課程涉及大量的工程實際問題和數據處理問題，一個實驗涉及一個完整的單元操作，而多個單元操作就組成了化工生產過程，因此該課程具有很強的工程性和實際應用價值，對于培養學生的實驗技能、科研能力及工程素養非常重要［1－3］。工程教育認證起源于20世紀30年代的美國，目前是國際通行的工程教育質量保障制度，其中涉及的教育理念主要有三方面：一是以學生為中心；二是以學生的學習產出為導向；三是堅持持續改進［4］。我國于2005年啟動了工程教育專業認證，我校高分子專業和化學工程與工藝專業接受了認證。作為具有較強工程理念的核心骨干課程之一，化工原理實驗需根據工程教育專業認證的要求，進行必要的改革和調整。我校實驗室教研組根據化學工程與工藝專業培養方案的要求，針對授課過程中存在的學生課前預習效果差、實驗操作過于依賴教師、創新能力和解決工程實際問題的能力差、實驗安全意識薄弱等問題，結合工程教育專業認證標準及畢業要求，從創新實驗教學模式、強化科學研究和工程理念、夯實驗技能和實驗安全知識基礎、改革考核體制等方面，對化工原理實驗課程進行了改革。

一、創新實驗教學模式的建立

在建立創新實驗教學模式的過程中，我們對化工原理實驗室進行了重新規劃，對原有老舊設備進行了更新，引進了一批綜合性實驗設備；同時為實驗室配備了信息化教學設施，如在實驗室安裝了投影儀、對實驗臺面及通風櫥進行了升級改造等。新的實驗教學模式如圖1所示。圖1新的實驗教學模式新的實驗教學模式以工程教育專業認證為導向，以多媒體為輔助，具有以下特征。1．建立了化工原理實驗網絡在線課程。在線課程主要包含實驗目的、設備結構與流程、設備操作規范、實驗注意事項、數據處理及擴展閱讀等方面的內容。每一個實驗的實驗原理、實驗流程及實驗操作都實現了網絡在線預習和教材預習相結合。2．實施提問式教學。教師課前讓學生分組觀看實驗設備并討論儀表名稱，思考實驗操作步驟，采用提問式教學，引導并幫助學生強化對實驗設備及儀表的認識，理解與掌握實驗步驟；通過講解實驗原理和操作規程，培養學生應對突發事故的能力和解決工程問題的能力，真正實現以學生為中心、以成果導向教育（OBE）為目標的理念式教學。3．利用計算機軟件對實驗原始數據進行處理。學生歸納總結實驗數據的規律，并通過翻轉課堂的形式分析實驗數據，找出不合理的數據及其產生原因。4．通過網絡在線討論的形式，檢驗學生對綜合技能的掌握程度。本教研組還專門編著了適用于林業高校的化工原理實驗教材，針對不同專業培養要求，設定不同的實驗教學內容；同時根據不同專業學生需要，適當增設了一些綜合選修實驗和仿真實訓項目。

二、科學研究的強化

我們在化工原理實驗教學過程中，將一些實驗現象與實際化工生產結合起來，通過具體的案例講解實驗涉及的理論；在工程實踐過程中增加了應用教學環節，逐步引導學生進行科研創新實驗的設計，進而提高他們學習的積極性和主動性，培養他們獨立思考、分析并解決問題的能力。如進行流體流動綜合實驗教學時，我們將大組的8人平均分成兩個小組，讓兩組學生分別對光滑管、粗糙管和局部阻力系數進行分工測試，這樣學生就有充足的時間對實驗結果進行處理，并分析層流、過渡流和湍流三種流動狀態下流體阻力大小的影響因素。實驗結束后，學生結合仿鯊魚皮泳衣設計原理，討論湍流減阻的原理，提高科研認知水平。又如在洞道干燥實驗中，我們結合本校林業特色，引導學生把洞道干燥實驗應用到木材干燥中，將濾布換成薄的小木板，測試濾布的干燥速率與小木板干燥速率的不同，進而分析被干燥物質結構對干燥速率的影響，以培養學生結合專業進行科研創新的能力和分析及解決問題的能力。再如在萃取實驗中，我們拓展了萃取工藝，以仿真實驗的形式讓學生自行設計溶劑法提取茶多酚的工藝流程，培養學生對實驗技術的創新和應用能力，以及工程素養和科研水平。此外，我們結合網絡在線課程，增設擴展閱讀模塊，向學生推薦湍流減阻、傳熱、導熱溫度效應、木材干燥相關機理、林產原料的水蒸氣蒸餾與溶劑提取等相關內容的科技論文，引導學生注重化工原理理論知識的應用，提高學生開展科技創新和思考工程問題的能力。

三、工程觀念的強化

化工原理實驗作為一門工程性強的必修課程，需要教師從解決實際工程問題的角度出發，有針對性地進行授課。如在離心泵性能實驗教學中，我們設置了一些操作障礙（如氣縛或氣蝕等），讓學生針對具體現象找出問題所在，并尋找解決問題的方法，以培養學生解決實際問題的能力。此外，實驗室引進了一臺流體流動綜合實訓設備，可以用來開展化工單元操作實訓。在實驗過程中，學生通過操控設備中某個儀表或者改變某個流程，提高了工程素質，鞏固了所學化工原理基礎知識，樹立了工程理念，提升了處理實際問題的能力。

四、綜合實驗技能的提升

我們引入綜合實驗設備，開展選修實驗，目的是強化學生綜合實驗技能的培訓。如目前大部分萃取實驗都是萃取煤油中的苯甲酸，由于煤油的味道很重，實驗室總是有很強烈的煤油刺激味，我們把該實驗設計成選用合適的萃取劑萃取水中的苯酚或重金屬離子。此外在精餾實驗中，除了全回流精餾總塔板效率測定外，我們讓學生自行設計精餾流程，完成部分回流單股進料或多股進料的總塔板效率或單板效率及分離效率的測定實驗，以培養學生的綜合實驗技能，增強學生的創新意識，提高學生的實踐能力。

五、實驗安全知識的強化

實驗室安全操作是化工原理實驗中非常重要的一個環節，必須得到重視。除了創造安全的實驗操作環境和制定正確的操作規程外，教師要特別注重學生安全意識的培養，增強其回避不安全因素的能力［5］。如在傳熱綜合實驗中，閥門的開關順序及狀態比較復雜，教師在實驗可采用提問和討論的方式，了解學生對該實驗操作順序的掌握程度，同時提前告知學生可能出現的異常情況，讓學生討論如何應對。再如精餾實驗中用到可燃物質乙醇，教師在實驗前必須讓學生了解并掌握易燃物質的安全使用和操作規范。我們在編著教材時增加了實驗安全知識的內容；在網絡課程中設置了安全知識講座板塊，并增設了與化工原理密切相關的安全知識視頻，同時在觀看過程中設置了安全知識測驗環節，讓學生理解安全操作的重要性，掌握設備的安全操作要點；在實驗室配套設置了醫療小藥箱，并在每個實驗室內安裝了通風櫥和洗眼器。在第一次實驗課時，授課老師會先帶領學生參觀實驗室的整體布局，讓學生了解實驗安全通道及醫療保健箱的安放位置等，然后再開展實驗。

六、考核方式的改革

化工原理實驗成績以往主要由學生的出勤情況得分和實驗報告得分構成。化工原理實驗屬于工程技術范疇，實驗項目由學生分組完成，有些學生課前不預習、課上不進行實驗操作、課后抄寫實驗報告，傳統的實驗考核方式無法真正體現公平公正，無法真正實現對學生綜合技能的考核。為此，我們改革了考核方式，考核成績由平時成績（20％）、實驗報告成績（40％）和考試成績（40％）構成。平時成績考核依據包括出勤情況、預習報告、課堂提問及在線討論、實驗操作四部分，如表1所示。實驗報告成績根據實驗原理、實驗流程圖（要求手繪）、實驗操作步驟、原始實驗記錄和數據處理表、數據處理過程、結果分析和討論思考題等進行評定。數據處理由原來的手工計算、手工繪圖變為計算機處理和繪制，且由每組4人分工完成。在實驗報告中，每人針對自己處理的數據，寫出數據處理過程，這就避免了同學之間相互抄襲現象的發生，同時可以考查學生運用計算機繪圖的能力。我們還增加了數據結果分析和討論環節，以培養學生歸納總結、撰寫科學實驗報告及就復雜工程問題與同行進行溝通和交流的能力。實驗考試題型包含選擇、判斷、簡答和實驗設計4類，實驗儀器儀表的使用和設備操作規范等內容的比例也加大了。實驗設計題主要考查學生對理論知識與實驗操作綜合技能的運用，如給出一個物料，讓學生通過實驗原理分析，比較并選出合理的單元操作，設計實驗過程并進行結果分析。這樣的考核方式有利于學生掌握實驗原理、儀表原理及儀器操作規范，鍛煉思考問題、分析問題和解決問題的能力，提高工程意識和實驗技能，為將來走上工作崗位打好基礎。

七、結束語

化工原理實驗是一門重要的理論與實踐相結合的課程，對于學生工程意識和實踐創新能力的培養非常重要。本文結合工程認證，引入在線課程的建設與使用，課前預習、課中提問、課后討論相結合的教學模式充分體現了以學生為中心的宗旨，培養了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力；科學研究、工程觀念、綜合實驗技能和實驗安全知識等方面的強化，充分體現了以學生學習產出為導向的OBE理念；同時考核方式改革有助于培養學生就復雜工程問題與業內同行溝通和交流的能力，提高學生的實驗操作技能、科研能力及綜合素質等，體現了持續改進理念。

總之，化工原理實驗課程教學改革不但有助于提高學生的學習熱情和科研興趣，而且能強化學生創新實踐能力和綜合實驗技能的培養。在工程認證理念的指引下，這門課程的學習還有助于提高學生的安全意識，為學生今后走上科研和工作崗位打下堅實的基礎。

參考文獻：

［1］姬登祥，張云，應惠娟，等．工程教育專業認證背景下化工原理實驗教學探索［J］．教育教學論壇，2018（43）：265－267．

［2］朱兆友，馬藝心，于聰，等．基于專業認證引領下的化工原理實驗教學改革［J］．教育教學論壇，2018（10）：273－274．

［3］潘鶴林，黃婕，葉啟亮．基于OBE理念構建化工原理課程教學模式的探索與實踐［J］．化工高等教育，2018，35（5）：25－31．

［4］陳京帥．工程教育專業認證背景下化工原理實驗教學改革探索［J］．廣州化工，2017（17）：163－164．

［5］劉艷，歐陽躍軍，陳迪釗，等．化工原理實驗教學中化工安全意識培養的探索與實踐［J］．化工高等教育，2017（4）：89－91．

作者:程倩 張繼國 陳欲曉 李勍 單位:東北林業大學