化工原理實驗課程改革與探索

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［摘要］基于工程認(rèn)證，結(jié)合化工原理實驗課程的特點，相應(yīng)改革措施相繼實施，包括創(chuàng)新教學(xué)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?；ぴ韺嶒炁c科學(xué)研究相結(jié)合，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、以工程理念解決問題的能力，提高學(xué)生對實驗技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用能力。

［關(guān)鍵詞］工程教育；化工原理實驗；教學(xué)改革

化工原理實驗課程是一門與工程技術(shù)密切相關(guān)的實踐性基礎(chǔ)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(shù)據(jù)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(chǎn)過程，因此該課程具有很強的工程性和實際應(yīng)用價值，對于培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能、科研能力及工程素養(yǎng)非常重要［1－3］。工程教育認(rèn)證起源于20世紀(jì)30年代的美國，目前是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，其中涉及的教育理念主要有三方面：一是以學(xué)生為中心；二是以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向；三是堅持持續(xù)改進［4］。我國于2005年啟動了工程教育專業(yè)認(rèn)證，我校高分子專業(yè)和化學(xué)工程與工藝專業(yè)接受了認(rèn)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(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，進行必要的改革和調(diào)整。我校實驗室教研組根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案的要求，針對授課過程中存在的學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果差、實驗操作過于依賴教師、創(chuàng)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(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及畢業(yè)要求，從創(chuàng)新實驗教學(xué)模式、強化科學(xué)研究和工程理念、夯實驗技能和實驗安全知識基礎(chǔ)、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(chuàng)新實驗教學(xué)模式的建立

在建立創(chuàng)新實驗教學(xué)模式的過程中，我們對化工原理實驗室進行了重新規(guī)劃，對原有老舊設(shè)備進行了更新，引進了一批綜合性實驗設(shè)備；同時為實驗室配備了信息化教學(xué)設(shè)施，如在實驗室安裝了投影儀、對實驗臺面及通風(fēng)櫥進行了升級改造等。新的實驗教學(xué)模式如圖1所示。圖1新的實驗教學(xué)模式新的實驗教學(xué)模式以工程教育專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)在線課程。在線課程主要包含實驗?zāi)康?、設(shè)備結(jié)構(gòu)與流程、設(shè)備操作規(guī)范、實驗注意事項、數(shù)據(jù)處理及擴展閱讀等方面的內(nèi)容。每一個實驗的實驗原理、實驗流程及實驗操作都實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)習(xí)和教材預(yù)習(xí)相結(jié)合。2．實施提問式教學(xué)。教師課前讓學(xué)生分組觀看實驗設(shè)備并討論儀表名稱，思考實驗操作步驟，采用提問式教學(xué)，引導(dǎo)并幫助學(xué)生強化對實驗設(shè)備及儀表的認(rèn)識，理解與掌握實驗步驟；通過講解實驗原理和操作規(guī)程，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對突發(fā)事故的能力和解決工程問題的能力，真正實現(xiàn)以學(xué)生為中心、以成果導(dǎo)向教育（OBE）為目標(biāo)的理念式教學(xué)。3．利用計算機軟件對實驗原始數(shù)據(jù)進行處理。學(xué)生歸納總結(jié)實驗數(shù)據(jù)的規(guī)律，并通過翻轉(zhuǎn)課堂的形式分析實驗數(shù)據(jù)，找出不合理的數(shù)據(jù)及其產(chǎn)生原因。4．通過網(wǎng)絡(luò)在線討論的形式，檢驗學(xué)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(yè)高校的化工原理實驗教材，針對不同專業(yè)培養(yǎng)要求，設(shè)定不同的實驗教學(xué)內(nèi)容；同時根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生需要，適當(dāng)增設(shè)了一些綜合選修實驗和仿真實訓(xùn)項目。

二、科學(xué)研究的強化

我們在化工原理實驗教學(xué)過程中，將一些實驗現(xiàn)象與實際化工生產(chǎn)結(jié)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(yīng)用教學(xué)環(huán)節(jié)，逐步引導(dǎo)學(xué)生進行科研創(chuàng)新實驗的設(shè)計，進而提高他們學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)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(xué)時，我們將大組的8人平均分成兩個小組，讓兩組學(xué)生分別對光滑管、粗糙管和局部阻力系數(shù)進行分工測試，這樣學(xué)生就有充足的時間對實驗結(jié)果進行處理，并分析層流、過渡流和湍流三種流動狀態(tài)下流體阻力大小的影響因素。實驗結(jié)束后，學(xué)生結(jié)合仿鯊魚皮泳衣設(shè)計原理，討論湍流減阻的原理，提高科研認(rèn)知水平。又如在洞道干燥實驗中，我們結(jié)合本校林業(yè)特色，引導(dǎo)學(xué)生把洞道干燥實驗應(yīng)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(zhì)結(jié)構(gòu)對干燥速率的影響，以培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合專業(yè)進行科研創(chuàng)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(xué)生自行設(shè)計溶劑法提取茶多酚的工藝流程，培養(yǎng)學(xué)生對實驗技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用能力，以及工程素養(yǎng)和科研水平。此外，我們結(jié)合網(wǎng)絡(luò)在線課程，增設(shè)擴展閱讀模塊，向?qū)W生推薦湍流減阻、傳熱、導(dǎo)熱溫度效應(yīng)、木材干燥相關(guān)機理、林產(chǎn)原料的水蒸氣蒸餾與溶劑提取等相關(guān)內(nèi)容的科技論文，引導(dǎo)學(xué)生注重化工原理理論知識的應(yīng)用，提高學(xué)生開展科技創(chuàng)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(fā)，有針對性地進行授課。如在離心泵性能實驗教學(xué)中，我們設(shè)置了一些操作障礙（如氣縛或氣蝕等），讓學(xué)生針對具體現(xiàn)象找出問題所在，并尋找解決問題的方法，以培養(yǎng)學(xué)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(xùn)設(shè)備，可以用來開展化工單元操作實訓(xùn)。在實驗過程中，學(xué)生通過操控設(shè)備中某個儀表或者改變某個流程，提高了工程素質(zhì)，鞏固了所學(xué)化工原理基礎(chǔ)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(shè)備，開展選修實驗，目的是強化學(xué)生綜合實驗技能的培訓(xùn)。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(shè)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(xué)生自行設(shè)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(yǎng)學(xué)生的綜合實驗技能，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)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(huán)節(jié)，必須得到重視。除了創(chuàng)造安全的實驗操作環(huán)境和制定正確的操作規(guī)程外，教師要特別注重學(xué)生安全意識的培養(yǎng)，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(guān)順序及狀態(tài)比較復(fù)雜，教師在實驗可采用提問和討論的方式，了解學(xué)生對該實驗操作順序的掌握程度，同時提前告知學(xué)生可能出現(xiàn)的異常情況，讓學(xué)生討論如何應(yīng)對。再如精餾實驗中用到可燃物質(zhì)乙醇，教師在實驗前必須讓學(xué)生了解并掌握易燃物質(zhì)的安全使用和操作規(guī)范。我們在編著教材時增加了實驗安全知識的內(nèi)容；在網(wǎng)絡(luò)課程中設(shè)置了安全知識講座板塊，并增設(shè)了與化工原理密切相關(guān)的安全知識視頻，同時在觀看過程中設(shè)置了安全知識測驗環(huán)節(jié)，讓學(xué)生理解安全操作的重要性，掌握設(shè)備的安全操作要點；在實驗室配套設(shè)置了醫(yī)療小藥箱，并在每個實驗室內(nèi)安裝了通風(fēng)櫥和洗眼器。在第一次實驗課時，授課老師會先帶領(lǐng)學(xué)生參觀實驗室的整體布局，讓學(xué)生了解實驗安全通道及醫(yī)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(xué)生的出勤情況得分和實驗報告得分構(gòu)成?；ぴ韺嶒瀸儆诠こ碳夹g(shù)范疇，實驗項目由學(xué)生分組完成，有些學(xué)生課前不預(yù)習(xí)、課上不進行實驗操作、課后抄寫實驗報告，傳統(tǒng)的實驗考核方式無法真正體現(xiàn)公平公正，無法真正實現(xiàn)對學(xué)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(gòu)成。平時成績考核依據(jù)包括出勤情況、預(yù)習(xí)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(jù)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(shù)據(jù)處理表、數(shù)據(jù)處理過程、結(jié)果分析和討論思考題等進行評定。數(shù)據(jù)處理由原來的手工計算、手工繪圖變?yōu)橛嬎銠C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(shù)據(jù)，寫出數(shù)據(jù)處理過程，這就避免了同學(xué)之間相互抄襲現(xiàn)象的發(fā)生，同時可以考查學(xué)生運用計算機繪圖的能力。我們還增加了數(shù)據(jù)結(jié)果分析和討論環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)、撰寫科學(xué)實驗報告及就復(fù)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(shè)計4類，實驗儀器儀表的使用和設(shè)備操作規(guī)范等內(nèi)容的比例也加大了。實驗設(shè)計題主要考查學(xué)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(xué)生通過實驗原理分析，比較并選出合理的單元操作，設(shè)計實驗過程并進行結(jié)果分析。這樣的考核方式有利于學(xué)生掌握實驗原理、儀表原理及儀器操作規(guī)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(chǔ)。

七、結(jié)束語

化工原理實驗是一門重要的理論與實踐相結(jié)合的課程，對于學(xué)生工程意識和實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常重要。本文結(jié)合工程認(rèn)證，引入在線課程的建設(shè)與使用，課前預(yù)習(xí)、課中提問、課后討論相結(jié)合的教學(xué)模式充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的宗旨，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；科學(xué)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(xiàn)了以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的OBE理念；同時考核方式改革有助于培養(yǎng)學(xué)生就復(fù)雜工程問題與業(yè)內(nèi)同行溝通和交流的能力，提高學(xué)生的實驗操作技能、科研能力及綜合素質(zhì)等，體現(xiàn)了持續(xù)改進理念。

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

參考文獻：

［1］姬登祥，張云，應(yīng)惠娟，等．工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下化工原理實驗教學(xué)探索［J］．教育教學(xué)論壇，2018（43）：265－267．

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［3］潘鶴林，黃婕，葉啟亮．基于OBE理念構(gòu)建化工原理課程教學(xué)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(yè)認(rèn)證背景下化工原理實驗教學(xué)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(xué)中化工安全意識培養(yǎng)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(yè)大學(xué)