化工原理实验教学方法探讨

郑建东

(滁州学院化学与生命科学系,安徽滁州239012)

化工原理实验教学方法探讨

郑建东

(滁州学院化学与生命科学系,安徽滁州239012)

化工原理实验课属于专业基础实验课,是理论与实践密切结合、培养学生动手能力和创新能力的重要环节。本文结合实验教学中存在的问题对化工原理实验教学方法进行了探讨,提出了“重视实验前预习,注重动手能力培养和实验报告编写”的改革措施,以提高实验教学质量,适应创新和应用型人才培养的需要。

化工原理;实验;教学方法

0 引言

化工原理是一门工程学科,是化学工程与工艺、应用化学及相近专业必修的一门主干课,其强调工程观点、定量计算、实验技能和设计能力的训练,在基础课和专业课之间起着承上启下、由理及工的桥梁作用。而化工原理实验是学生学习化工原理必修的(化工原理、化工原理课程设计以及化工原理实验课)三大环节之一。其基本任务是使学生加深理解和巩固化工原理课程中所阐述的理论,让学生亲自动手去操作一些化工生产设备,培养学生解决实际化工过程中所容易出现的问题,要求他们在实际操作过程中熟悉实验流程、对实验方案提出有指导性的异议、注意观察一些实验现象,提高分析问题和解决问题的能力。特别是在培养学生实际动手能力、创新能力和开发学生智力等方面发挥着重要的作用[1-4]。本人结合自己多年来化工原理的实验教学实践,对该实验课的教学方法提出了自己的看法,以提高教学质量。

1 重视实验前的准备工作

1.1 教师的准备工作

每一次实验课之前,指导教师应做好充分的准备工作。实验前的准备工作是保证实验质量,提高实验效率的有效保障。首先,作为指导教师必须写出富有启发性的指导提纲,总结本次化工原理实验的内容。就本次实验所涉及的相关理论知识做详细简要总结,整理出基本概念和基本理论、重点和难点及相关理论。其次,教师必须对所指导的实验做好充分的预备工作。由于化工原理实验装置接近化工实际,经常遇到温度、压力、流量、浓度等各种测量仪表和仪器的操作问题,还涉及到水、电、泵、风机和钢瓶的使用等,一旦实验过程出现错误操作就容易导致实验结果失败,甚至发生事故。例如,我们实验室流体阻力测试和流量计校核实验中在启动电机之前一定要注意压差计的平衡阀打开,否则就容易导致U型管压差计中的指示剂水银冲出。为此,指导教师在实验前必须检查所要用到的所有水电气是否完全畅通,逐一核查实验时要使用的仪器和设备的完好性,做到及时修理、更换,保证实验顺利进行。对于实验中极易出现问题的一些细节操作过程,在实验过程中一定要给学生讲明。同时对于新进的实验装置一定要进行认真调试,并写出完整的调试报告,以便在实验课上掌握主动权,从而对于实验中出现的问题胸有成竹。

1.2 学生的准备工作

实验的目的在于使学生了解理论产生的测试手段、过程,培养学生运用学过的知识,通过动手、动脑去验证已知的理论,进一步探索未知,训练学生掌握科学思维方法,同时还要熟悉实验装置、仪器设备及其性能。化工原理实验与其他实验(如有机和无机实验等)不同,它的特点是具有工艺性和工程性,也是学生第一次接触工程装置的实验。学生刚进入化工原理实验室对于所看到的装置往往会感到既新鲜又好奇,但一旦面对实验装置,要求进行实验时往往会觉得无从下手,因而化工原理实验前的预习对于学生来说就显得特别重要。学生在进入实验室前一定要对实验讲义进行认真的预习,了解实验所要验证的理论知识,对实验装置图有一定的了解,同时对实验的注意事项和操作步骤做简要的了解。强调实验前的预习有利于学生复习课堂教学已经学过的理论知识,同时有利于锻炼学生逻辑思维和构思组织能力。学生进入实验室后(可以提前到实验室),对照装置图逐一查明实验装置的每一部分,熟悉实验流程,按照讲义熟悉操作步骤,对于装置中一些阀门的开关和注意事项要完全掌握,不明白的要请教老师。在开始实验之前一定弄清楚实验要测量的数据,千万不要稀里糊涂地着急开始做实验,以免出现问题时才手忙脚乱。

因此,对于化工原理实验教学,指导教师不但自己要做好实验前的准备工作,而且要强调学生做好充分的预习工作。经验告诉我们,做好实验前的准备工作是指导好一次实验课的关键。

2 注重学生动手能力和创新能力的培养

化工原理实验不同于基础实验,在实验操作过程中要接触到实际的工程问题和一些大型的实验装置,是培养学生实际动手能力及创新能力的专业基础实验。

2.1 动手能力的培养

学生进入实验室之后,教师先要求学生做短暂的熟悉过程,对实验装置有一定的感性认识,了解实验步骤和注意事项。然后老师要做简单的讲解,用较短时间做知识上的补充,并提出实验的要求。不要过多的重复理论知识部分,主要强调实验注意事项,同时老师不要演示实验过程,否则学生会过分依赖老师,不会独立思考进行个人能动性的发挥,要让学生去发现、去思考问题。同时,应提醒学生实验中可能出现的问题及解决办法。但这绝对不是重复和补充理论知识,指导教师的主导作用就是在“怎样”和“为什么这样”的启发诱导中有意识地把实验目的、设计原则、采取手段、程序要求等以问题的形式当面给学生提出,让学生给回答,从而检查他们的预习情况。教师也可以进行一些启发引导。一旦学生看到利用自己所学知识能解决一个实际问题时就会产生探求究竟的欲望,这对提高学生的自信是很有好处的。指导教师讲解之后,每组(2-3人)到自己的实验装置前,再对装置进行熟悉,之后开始实验。指导教师要做到放手不放眼,勤于观察,注意各组学生的实验效果,对于一些错误的操作要立即指出进行纠正(尤其是阀门的开关)。当然为了加深学生对于一些理论知识的理解和认识,我们对某些实验步骤可以进行误导性的操作(不影响实验结果),例如,离心泵特性曲线测定实验中,我们可以先不灌泵,直接启动电机,然后打开出口调节阀,可以看到没有流体出来,发生了气缚现象,必须灌泵。这样可以使学生更深刻的理解了气缚现象,同时加深了记忆。指导教师要具有高度的责任心,要求每组学生都要亲自动手轮流操作,在实验过程中要集中精力,观察实验现象,认真地读取数据,决不允许学生编造实验结果,每组学生的原始实验数据,指导教师都应该进行核查,签字方可有效。

2.2 创新能力的培养

化工原理实验大多是一些对理论知识的验证,但是有时对于同一个实验可以验证更多的理论知识,因此可以对学生进行启发性诱导,用同样的实验数据进行多个理论的验证,达到培养学生的创新能力。例如,我们实验室流体阻力实验测试中,阻力测试包括了直管阻力和局部阻力两部分,在实验过程中我们只要求学生改变出口流量调节阀,来测试这两部分阻力。因此我们可以诱导学生在出口流量调节阀不变的情况下,调节局部阻力元件(闸阀)的开度大小,来验证局部阻力随着阻力元件(闸阀)的开度大小如何发生变化。还有在对流传热实验中我们只要求学生读出冷流体水的进出口温度t1和t2,以及热流体空气的进出口温度T1和T2,同时在实验过程中改变热流体的流量并读数。处理数据时只要求计算冷热流体间的总传热系数K,这样对于学生其实很简单,因此可以在实验过程中启发学生,在该传热过程中,由于热流体空气的对流传热膜系数αi远小于冷流体水的传热膜系数αo,因此我们可以近似认为传热管内的空气对流传热系数近似等于冷、热流体间的总传热系数,即然后我们根据流体在管内作强制湍流时的准数关联式其中努塞尔准数Nu、雷诺准数Re和普兰特准数Pr都可以计算出),这样通过实验确定不同流量下的Re与Nu,然后用线性回归方法确定A和m的值。这样做不但加深了学生对理论知识的掌握,而且可以培养学生的创新能力,提高他们学习的兴趣。

3 强调课后总结和实验报告的书写

学生做完实验,决不能一走了之,指导教师一定要重视实验结束后的总结。课后总结是检查实验质量的一面镜子,是培养学生分析问题和解决问题能力非常重要的一环。总结可以根据具体情况,最好是师生双方共同进行。最好是以讨论的形式进行,对于实验中出现的问题和学生不清楚的问题,指导教师要给予认真的解答。同时老师可以启发式的诱导学生对实验的创新提出自己的看法,老师要做出一定的答复。指导教师对实验过程中易出现问题的环节要进行检查,做到及时维修和管理,以备下次实验顺利开展。

在过去对实验报告的批改过程中我们会发现,大多数同学的都是应付形式,多数都是按照实验讲义的内容,抄袭现象极为严重。甚至有些同学的实验结果正确与否都没有看直接交上来了。我们知道实验报告是对实验过程的总结,是实践环节中不可缺少的一个重要组成部分,是反映学生归纳总结、分析问题和编写的能力。因此,我认为我们可以要求学生按照自己的想法去编写实验报告,当然前提条件是应尊重实验事实,确保原始数据的真实性。对于实验目的和实验步骤,完全可以用自己的话来叙述,要求报告中有计算实例,附有指导教师签名的“原始数据表”,以防学生篡改实验数据。这样可以培养学生养成实事求是的科学态度,同时对于处理结果不理想的实验数据,要学会合理的舍取,并对与理论值相差较大的数据在尊重实验事实的基础上,仔细检查原因,用心进行分析,从中可得到有益的科学结论。对于实验讲义中的思考题要进行认真的解答,最好是要求学生每次在实验报告中都写上自己对于本次实验的实验心得。

4 结束语

以上就是针对多年来我们化工原理实验教学所存在的问题提出的自己的看法。相信在我们师生的共同努力下,我校化工原理实验教学的质量一定可以迈向一个新的台阶,学生做实验的兴趣和积极性会大大提高,其能力也会得到全面提高。

[1] 周锡堂,郑秋霞,邹纲明.化工原理实验教学中的几个问题[J].化工高等教育,2007,95(3):45-47.

[2] 周爱东,王庆.仿真技术应用于化工原理实验教学的创新实践[J].实验技术与管理,2007.24(3):84-85.

[3] 李 微,施小芳,林述英.关于化工原理实验教学方法内容改革的若干实践[J].化工高等教育,2006,92(6):60-62.

[4] 王洪海,李春利,方 静,等.化工原理实验七步连环教学法[J].化工高等教育,2008,100(2):85-86.

On the Experimen t Teaching Methods of Principles of Chem ical Engineering

Zheng Jiandong
(Department of Chemistry and Life Science,Chuzhou College,Chuzhou 239012,China)

The experiment subject of p rincip lesof chemical engineering is the core course of the chemical majo rs.It can develop students’hands-on and innovative abilities as it usually puts theory into p ractice. The experiment teaching method of p rincip lesof chemical engineering was discussed in term sof the existing teaching p roblem s in the paper.Themeasuresof asking students to make p reparations for the experiment and cultivating their hands-on and laboratory report w riting skillswere put forward in order to raise the teaching quality and meet the needs of cultivating the innovative and app lication-typed talents.

p rincip les of chemical engineering;experiment;teaching methods

book=0,ebook=101

O6-3

A

1673-1794(2010)02-0123-03

郑建东(1971-),男,博士,研究方向:催化燃烧。

滁州学院院级教研项目(2009jyy048)

2009-08-27