师范类院校《化工基础》实验教学探讨

刘莹莹，孙文东

(东北师范大学 化学学院，吉林 长春 130024)



师范类院校《化工基础》实验教学探讨

刘莹莹，孙文东

(东北师范大学 化学学院，吉林 长春 130024)

摘要《化工基础》实验教学作为化工课程的重要环节，对课堂的理论教学内容起到验证和深化的作用.该实验教学过程在培养学生建立工程观念和动手能力等方面起着重要作用.本文结合师范院校《化工基础》实验教学过程存在的不足，从强化实验前预习、更新实验设备、加强实验过程指导等方面论述了化工实验教学改革的思路.

关键词化工基础；实验教学改革；实验教学

《化工基础》作为师范院校化学专业的一门重要理论课程，阐述了化工生产过程中共同性操作规律等问题[1,2].《化工基础》实验教学是化工课程的重要环节，该实验教学不同于其它类别的普通化学实验，是联系理论教学与工程实践的纽带，其实验装置是实际化工生产过程设备的缩影[3].例如，在化工实验过程中常常会涉及各种仪器和仪表的操作，也经常遇到风机、离心泵等的使用，因此，可以说每一个《化工基础》实验装置都相当于一个小型的化工厂[4].通过《化工基础》实验过程的动手操作，学生们可以很好地理解理论课程的相关知识点，熟练掌握先进的实验测试手段和相应的计算机控制技术在化工生产过程中的应用等.从而引导学生逐渐形成工程观念，养成分析问题、理解问题和解决实际问题的能力[5,6].

师范类院校的化学专业有别于工科院校，工科院校开设的工程学科较多，学科相互联系紧密，学生的实践基础较扎实，学生容易形成工程思维和养成实践动手能力.对师范院校的化学专业来说，无论在师资力量还是实验条件，乃至工程类课程的开设数目上都相对薄弱，使学生在《化工基础》的理论课学习中常常产生诸多理解上的障碍.通过强化《化工基础》的实验教学来提高学生对理论课的理解能力至关重要，而针对该实验课程的特点建立归纳出一套完整的以“授课”“分享”和“联系”为核心的实验教学模式显得尤其重要[7,8].

1《化工基础》实验教学过程中的不足之处

早期的《化工基础》实验装置自动化程度偏低，这在一定程度上与现代自动化程度较高的化工生产过程相脱节，这是实验教学过程中存在的问题之一；不断更新实验装置的自动化程度是适应现代化化工生产实践的需要，同时也能更好地把现代的实际生产过程关联起来.在长期的实验教学过程中我们发现学生在面对大型的实验装置的时候常常会对实验操作产生畏难感.另外，在实验教学的过程中发现部分学生实验课前预习不充分，从而影响实验教学的预期值.此外，在以往的实验教学过程中，在每次实验课上，都是指导教师详细介绍实验原理、操作步骤、实验操作流程、实验数据记录和数据处理等，学生只是被动接受的成份较多，在实验过程中缺少主动的思维训练过程.再次，《化工基础》实验与实际生产联系紧密，仪表多且实验设备大，学生们从未接触过，若理论掌握不扎实很容易发生操作故障[9].

2实验教学改革方案

根据多年的教学实践，并结合当前师范院校实验教学的特点，我们针对《化工基础》实验教学存在的若干不足和问题，尝试开展了系列的实验教学改革.

2.1更新实验装置，增加电脑动画模拟辅助实验教学

实验仪器的现代化程度是与实际化工生产过程相匹配的重要环节，也是实验教学质量的保障[10].另外，实验题目的设置既要充分考虑课程的内容，也要与师范院校人才培养目标相适应.基于这样的考虑，我们近几年来全面更新了《化工基础》实验装置，在充分保留原有的典型验证性实验的同时，引进了部分研究型实验.2010年以来，我们逐步引进了多套新的研究型实验装置，淘汰了自动化程度低的和老化的实验装置，初步完成了《化工基础》实验仪器的自动化和系列化.目前，经过更新后的实验装置，在教学内容上涵盖了“热量传递动、动量传递和质量传递”过程中的一些典型单元操作.在实验类型上力争多样性，实现验证型实验和研究型实验共存与互补，并将体现基本原理的仪器、仪表与电脑自动控制相结合.更新后的多样化、系列化和自动化的实验装置不仅开拓了学生的视野，也为相应的实验教学在内容和方法上的改革提供了思路.

在新装置的设置中还特别注重装置的开放性、先进性和多功能性.实验装置的多功能性主要体现在其不但可以用于本科生实验教学，也可用于科研.例如我们设置的“膜分离净化水实验”装置除了用于《化工基础》的实验教学外，也在用于纯净水和超纯水的生产，来满足全院本科生和研究生实验用水需求，这种类型实验的设置大大激发了学生对《化工基础》实验课的兴趣.

另外，还增加了电脑动画模拟实验作为辅助教学，通过模拟实验让学生了解模拟实验全过程，分析实验过程中可能出现的问题，有效避免了实际操作中由于错误操作带来的不良后果，培养了学生分析问题和解决问题的能力.同时也加深了学生对实验操作科学性、规范性的认识，增强了学生对实验原理的理解.

2.2加强课前预习

在学习新知识之前常常做好课前预习，这样对新知识的理解可以达到事半功倍的效果[11].《化工基础》实验是一门实践性较强的课程，充分做好预习是实验前必不可少的.我们在化工实验过程中，提前布置预习提纲，使学生对流程、原理等有充分了解，做到强化学生预习，在做好充分预习的基础上进行的实验操作.这种有针对地进行预习充分发挥了学生主观能动性，变被动学习为主动学习，提高了学生的学习兴趣.另外，我们还在电脑上提供了动态实验流程，加强了学生对流程的理解.例如：在精馏实验中，学生们在实验室看到的几乎是精馏塔装置的外观，对里面的详细构造了解有限，于是我们在课件上提供了动态的板式塔构造图，以及何种操作会引起液泛、漏液等异常现象.在雷诺实验的教学中，我们提供了流体流动速度增大的模拟动画，让学生对“层流-过渡流-湍流”有一个初步的感官认识；在实验课中，再针对具体实验讲解流程设计、主要内容、操作安全注意事项、数据处理的有关公式和方法等，通过这样的过程学生既对实验内容有了总体认识，又能在操作中熟悉仪器设备及内部构造，有效避免了错误操作.这些实验教学环节的融入，调动了学生学习的主观积极性，一定程度上达到了预期的教学效果.

2.3增加拓展实验，改进教学模式

在《化工基础》实验教学中，尝试增加了部分相关的“拓展实验”.这些“拓展实验”丰富了实验教学内容，也满足了学生进一步学习的需求.例如：过去的流体综合实验内容主要是对粗糙管、光滑管及局部阻力管摩擦阻力系数λ的测定，从实验内容看比较单一.因此，根据过去的教学启示增加了离心泵特性的初步测定、孔板流量计的性能测定以及流体流动形态与摩擦阻力系数的关系等相关实验作为新的拓展实验；再如，以往的精馏实验内容主要以测定全回流及部分回流下的全塔效率与单板效率为主，在新的拓展实验中增加了改变回流比对分离能力的影响以及改变进料浓度对分离能力的影响等相关实验.

对于《化工基础》实验教学来说，其教学目的和教学模式有别于其它化学实验，《化工基础》更加侧重学生在理论联系实际过程中实践能力的培养，以及提升学生动手操作的能力[12].传统的《化工基础》实验教学模式往往是学生按照教材给定的实验步骤“照方抓药”，在实验的过程中学生缺少主观思考的成份.因而，我们尝试改进了教学模式，在实验教学过程中，教师首先对仪器设备的构造和功能进行简单介绍，然后给学生示范性地演示实验仪器的操作，再让学生独立完成操作，加强了学生在实验操作过程中逐步思考和理解实验的过程.在此基础上，再通过对实验内容的拓展，引导和启发学生尝试设计实验方案，达到了举一反三的效果，使学生进一步理解了化工基础单元操作与实验设备的关系，同时也增强了学生的工程意识，提高了其分析和解决问题的能力[13].

传统教学模式侧重于促进学生掌握典型单元操作过程的规律和机理，对学生的实践性和创造性的培养方面略显不足.通过这些拓展性实验的开展，有机地将学生的动手能力、分析问题和解决问题的思想融入到了实验中，从而以高起点的实验内容培养了学生综合运用知识的能力.

2.4强化实验过程指导

在化工实验过程中以教师指导为辅，以学生操作为主，观察学生的实验操作，及时更正学生的错误操作，引导他们认真分析产生错误操作的原因，使学生能够吸取教训，正确地掌握实验操作技能.在化工实验教学的指导过程中，还根据学生实验中存在的某些现象或问题进行提问，形成师生互动，以启发式教学法引导和鼓励学生勤于动手和动脑，下意识培养学生善于思考的能力，积极调动学生学习的主观能动性，提高学生的实验动手能力，熟练掌握实验技能[14].

此外，要求学生在实验过程中认真地读取数据、认真观察实验现象.例如：在膜分离的实验中，为了使学生更好地理解压力驱动的膜分离原理，合理安排好时间，使得每位学生都能进行动手调试制备.再如：柏努利方程实验结果受多种因素的影响，对每个小组的原始实验数据都认真进行核查，及时分析错误和误差产生原因，有利于学生的正确测定.

2.5改进评价方式

《化工基础》实验课更加侧重考察学生的实验技能和观察问题、分析问题及解决问题的能力，其考核的方式也有别于其它实验课的考核形式[15].《化工基础》实验课的考核摒弃了传统上仅依靠实验报告来评定实验成绩的做法，把学生学习的态度和实验操过程也纳入到了成绩评定中，突出对学生学习的过程性评价.从而，我们将《化工基础》实验成绩的评定分为以下几个部分：预习、科学态度、实验技能和实验报告(结果分析与讨论)，并合理分配权重.经过上述实验考核方式的改进，客观地反映出学生的实际实验情况，并有效调动了学生学习的积极性，提高了化工实验教学的质量.

3结论

《化工基础》实验课作为一门实践性较强的课程，在培养学生创新能力和综合素质方面发挥着重要的作用.近年来，我们在《化工基础》实验教学上做了一些探索性的教学改进，以此来提高师范类化学专业学生的综合素质和动手能力，与以往的实验教学相比，一定程度上改进了教学效果.在接下来的化工实验教学中，结合当前中学化学教材和教学中涉及到的化工生产内容，并针对师范生的专业特点，进一步开发适合能在中学教学中尝试开展的化工实验.另外，还要逐步完善实验室开放制度，通过开放实验室来最大限度发挥学生在实验教学中的积极性和创造性.

参考文献

[1] 宋连香,夏烈文.关于化工原理实验教学的几点思考[J].乐山师范学院学报,2014(29):116-118.

[2] 翟怡.“化工原理”课程教材及教学资源研究[J].课程教学研究,2014(9):206-207.

[3] 刘军.化工原理课程教学改革初探[J].职业技术教育:教学版,2006(14):41-43.

[4] 袁光辉.化工原理实验教学中的问题与改革探讨[J].广东化工,2010(8):209-210.

[5] 吕占霞,高珍,贺维军.对理科化学专业化工基础实验教学的思考与建议[J].大学化学,2013(28):14-16.

[6] 李晋.化工原理课程“教学做”一体化的研究与实践[J].课程与教材,2012(2):118-119.

[7] 仇明华,黄念东.化工原理课程建设与教学实践[J].当代教育理论与实践,2014(6):76-78.

[8] 施云芬,李强,张延林.提高化工原理实验教学质量的探索与实践[J].东北电力大学学报,2009(29):40-43.

[9] 郭庆丰,彭勇,余立新,等.在化工原理实验教学中培养学生综合素质及创新能力[J].化工高等教育,2004 (1):45-47.

[10] 蔡秀兰,曾琦华,刘蕤.化工原理教学内容及方法改革初探[J].广东化工,2014(41):257-258.

[11] 郭华,侯冬岩,刁全平,等.有机化学实验教学中学生科研能力的培养[J].鞍山师范学院学报,2014，16(2):59-61.

[12] 王金玉,王治红.化工基础实验教学改革初探[J].实验科学与技术,2011(9):100-102.

[13] 安娅,陈卓,秦好丽,等.《化工基础》课程教学改革的探索与实践[J].化学试剂,2010(32):762-764.

[14] 王婕.高等师范院校化工基础实验课程改革的探索与实践[J].课程教育研究,2014(13):248-249.

[15] 陈祎平,张岐,李嘉诚,等.以绿色化学理念贯穿精细化工专业课教学[J].大学化学,2014(29):22-15.

(责任编辑：陈欣)

Discussion on experimental teaching course of foundations of chemical engineering in normal university

LIU Yingying,SUN Wendong

(Department of Chemistry,Northeast Normal University,Changchun Jilin 130024,China)

AbstractThe experimental teaching of foundations of chemical engineering is an important part of the chemical engineering course.This experimental course plays an important role in verifying and deepening the contents of theory teaching.Also,it acts as a significant role in cultivating students’ ability to establish engineering concepts and practical ability.In view of the problems existing in the experimental teaching of chemical engineering in normal university,we raised the experimental teaching reform of chemical engineering from the aspects of improving the experimental equipment,strengthening the teaching mode as well as strengthening the experimental process.

Key wordsfoundations of chemical engineering;reformation of experimental teaching;experimental teaching

收稿日期2016-01-11

作者简介刘莹莹(1977-),女,吉林松原人,东北师范大学化学学院副教授,硕士生导师,博士,主要从事《化工基础》理论课与实验课教学.

中图分类号TQ0-4;G642

文献标识码A文章篇号1008-2441(2016)02-0065-04