化工原理实验教学模式的研究与探索

曾明荣， 韩媛媛， 赵 鹏

(华侨大学 基础化学化工实验中心，福建 厦门 361021)



化工原理实验教学模式的研究与探索

曾明荣， 韩媛媛， 赵 鹏

(华侨大学 基础化学化工实验中心，福建 厦门 361021)

化工原理实验教学通过建设各类基础平台、改进实验教学方法及方式、注重实验教学团队建设等，结合我校化工原理实验室现状条件，在经过多年实验教学经验总结的基础上，提出一套贯穿化工原理实验教学全过程的实验教学模式，即“化工原理实验教学模式——1234法”。经过实践检验，证明该模式具有良好的适应性和可操作性，对培养学生工程兴趣、提高学生分析工程问题和解决工程问题的能力具有促进作用。

化工原理实验； 实验教学模式； 实验教学方法； 实验队伍建设

0 引 言

实验教学活动是对理论教学中相关理论进行检验或对理论知识进行应用，也是学生实践创新能力培养的重要途径之一，是激发学生学习兴趣、自主探索研究的基础实践教学活动。加强对实验教学方法、实验教学手段、实验教学形式等研究和探索，满足学生自主探索、自主实践、自主创新的需求，促进和提高实验教学的质量。

各高校都非常重视培养自己特色的人才，即“博学型专家”、或“通用型人才”、或“综合型人才”、或“专业型人才”等。且在人才培养的过程中都十分重视实验教学在培养人才过程中的特殊作用，不断强化实验教学环节，加大实验课学时数，加强实验室硬件建设，由此不难看出实验教学与人才培养的重要关系。

在高等教育中，实验教学在综合能力和创新能力培养中，起着理论教学不可替代的特殊作用；学生通过实验课的实践训练，可以掌握实验操作技能和知识应用技能，在他们毕业走向社会后，这些知识和技能与所学到的理论知识一样重要，有的则比理论知识更早、更快地发挥作用；通过实验教学可以开拓学生的思路，激发探索精神，培养学生分析间题、解决间题的能力和归纳综合的能力[1-3]；通过实验教学可以训练学生从事科学研究的能力；实验教学使学生在不同程度上接触与科学技术相关联的社会各方面，使他们正确对待和解决与科学技术的关系上有一定的思想准备，这对学生走出校门后能较快地适应社会形势的要求有积极的作用；同时实验教学也可以消除或减轻学生对科学研究的幻想，使学生对科技事业的艰苦性和平凡性有一定的思想准备。

1 化工原理实验教学模式的建立

1.1 化工原理实验教学模式建立的重要性

实验教学模式是依据一定的教学理论和知识结构，为完成教学目标规定的教学任务，对实验教学活动全过程中的计划、大纲、教材、教师、学生、仪器设备、场地、时间等因素进行综合优化设计和组合，从而形成相对稳定的内在组织结构及程序和方法的教学形式。化工原理实验是化工、制药、生物、材料、应化等专业的学生接触工程类实验的第一门实验课，对学生今后接触工程类实践的影响至关重要。因此应充分利用现有的实验条件，充分挖掘和改善软件条件，培养学生工程意识、提高学生动手能力、扩展学生思维创新。因此，建立一个完善的实验教学模式，改善实验教学手段、探索实验教学方法，最大限度地发挥好实验教学过程中的每一个环节，不断提高化工原理实验的教学质量，为培养工程类人才做出贡献，具有现实的重要意义。

1.2 化工原理实验教学模式的结构设计[4]

根据化工原理实验室的现有实际情况，制定一套贯穿实验教学全过程(网络教材预习—仿真实验训练—现场预习互动—现场实践操作—典型操作单元竞赛)的“化工原理实验教学模式——1234法”；建立一个完整的实验教学手段体系——多媒体硬件设备和多媒体软件课件；不断充实不断完善实验教学方法——模型零件与现场实物相结合、现场预习与现场互动交流相结合、仿真实验训练与实际操作训练相结合等。因此，应该认真对待实验教学过程的每一个环节，让学生获得最大化的知识和实践经验。

“化工原理实验教学模式——1234法”主要内容：

(1) 一条主线。以提高学生工程意识、提高学生实践操作能力和解决实际问题能力为主线，贯穿化工原理实验教学全过程。

(2) 二个动力。通过不断改革创新，以实现化工原理实验教学体系的可持续为动力，以提高化工原理实验教学质量为动力。

(3) 三种方式。实施多层次教学法(仿真实验、实验操作、典型操作单元竞赛)、开展开放式教学法(利用现有的实验装置，采取预约方式进行计划外教学)、自主开发创新研究法(学生自己或在导师的指导下开展科研活动)，充分发挥学生主体的主动性和创造性。

(4) 四个平台。①建立网络预习和仿真训练的基础平台、②充分利用现代教育技术应用的手段平台、③完善实验室仪器装置硬件建设的保障平台、④师资结构合理的稳定的教学团队平台。

1.3 化工原理实验教学模式设计的基本原则[4]

(1) 以强化工程意识、培养创新能力和实践操作能力为基本原则。对工科的学生来说，在接受知识传授的同时还应该注重工程意识的培养、创新能力和实践操作能力的培养，使学生整体知识、能力、素质得到全面提高。实验教学就是应以学生的综合素质、学生实践创新操作能力和分析解决问题能力提高为主线，建立起系统性、合理性、科学性的实验教学模式。

(2) 以整合现有实验教学资源(网络、实验装置、师资、现代技术手段等资源)为基本原则。实验教学过程也是对实验教学资源整合优化的过程，实验教学资源整合优化越到位，对学生知识接受、创新能力培养就越有利，其实验教学的效果就会越好。实验教学过程不但要使理论知识应用到实验实践中，而且还要指导学生实践操作，以提高学生实践能力和创新能力的培养。因此，实验教学必须与理论教学相协调、实验教学必须与学生实践操作能力和创新能力培养相协调、实验教学必须与学生人生观价值观等相协调。

(3) 以学生为主体中心，因材施教、突出个性的多种教学方式为基本原则。实验教学必须以学生为主体中心，按照学校的培养计划(目标)和社会对人才的需求要求，对学生进行因材施教、突出个性的多种教学方式，以适应社会对人才的需求。实验教学内容、实验教学方法、实验教学手段等必须适应因材施教和培养高素质人才的需要。在实验教学整合优化过程中必须强化学生的中心地位，以学生为主体中心就是要突出学生的个性，培养加强学生的个性发展，充分发挥学生的主观能动性，这符合教育规律和人才成长规律。

2 实验教学模式的实际应用

为了加强贯穿实验教学活动全过程(网络教材预习—仿真实验训练—现场预习互动—现场实践操作—典型操作单元竞赛)[5]，紧密围绕“化工原理实验教学模式——1234法”开展实验教学活动，其具体涵盖：

2.1 加强基础平台建设

基础平台建设是为了满足学生实践前获取相关知识、接受相关训练和对工程性工艺流程设备认识的需求而设立，其主要包括：网络预习平台建设、仿真实验训练平台建设、模型室建设。

网络预习平台建设[6]主要依托“基础化学化工实验省级示范中心”的网站，结合化工原理实验的特点，建立包括：相关基本知识、实验项目内容、实验项目PPT课件、实验思考题及训练题库、实验教学大纲、相关实验的素材资料、图片视频等。

仿真实验训练平台建设主要依托北京东方仿真控制技术有限公司研发的“化工原理实验仿真软件系统”，该软件系统已购置，并向学生开放，让学生在实际实验操作前进行模拟实验训练。

模型室建设平台主要是收集与化工原理实验装置相关的零部件、相关流程及部件图片、小实物、小模型装置等，为学生提供更直观的实物。

2.2 实行多样化的实验教学[7-10]

(1) 多层次教学法。包括仿真实验训练、实验项目实际操作、典型操作单元竞赛活动。利用化工原理仿真实验室对全体学生开放，在正常的上班时间段内接受学生上机进行化工原理仿真实验的训练，提高学生对化工原理实验重量性的认识，为做好实际实验操作打下基础；在进行实际实验教学过程中，主要解决三个“注重”问题，即注重实验操作前的互动效果问题、注重学生对工艺流程的掌握程度问题、注重学生实验操作过程遇到问题的解决能力问题。在实验教学结束后，对实验教学效果进行检验，组织开展典型操作单元竞赛活动，即以“塔板精馏实验”为例，主要“检验”三个问题，即检验学生实验过程中的团队协作精神、检验学生实验过程中的操作规范问题、检验学生对实验结果的检测和处理问题，为了公平公正，详细制定了“精馏塔操作竞赛评分细则”。

(2) 开放式教学法[11-12]。包括利用现有的实验项目的种类及实验装置的套数，采取预约方式进行计划外实验教学活动。化工原理实验室现有各类实验项目16项，共有40多套实验装置，目前依据不同专业的教学计划安排，分别开出4～8个实验项目，有一半以上的实验项目装置还是处于闲置状态，为了提高现有实验装置的作用率，必须制定有利于调动师生积极性、主动性的激励制度，促使加大实验室的开放力度。

(3) 自主开发创新研究法[13]。学生自己或在导师的指导下开展科研活动。如吸收实验装置升级改造活动，使单一测吸收系数的装置改造成能测不同填料、不同填料高度状况下的吸收系数；传热实验装置升级改造成可以测定不同类型换热器的传热系数、测定强化前后的传热系数的综合实验平台等。

2.3 推进实验教学手段与方法的改进[14-16]

多媒体技术教学、仿真实验训练辅助教学、加强师生互动教学(实验前10分由学生自己，结合网络预习和现场装置进行认真的了解和认识，其该实验的工艺流程情况、物流走向情况，实验运行过程中应注意的关键点和实验安全问题。现场预习之后，老师向学生进行有相对性的提问交流，并对每位同学的预习情况给予评价和解答)[17]。

随着计算机多媒体技术的普及，CAI课件及仿真技术的广泛应用，使实验教学的内容不断丰富和实验教学的手段不断更新。采用多媒体课件进行实验教学，将极大地丰富实验教学的内容，使有关图表的表达更加清楚，实验装置的内部结构图片及装置组装动画，使学生更容易接受和理解。

而采用仿真实验教学，将不断地提供反复的虚拟实验，可模拟真实实验，给学生不断预习实验提供非常好的条件。例如：在化工原理实验教学过程中，北京东方仿真控制技术有限公司研发的“化工原理实验仿真软件”，使学生可在计算所上进行动态仿真模拟实验，并可进行任意选择模拟，极大地提高了实验预习的效果，同时每个实验项目附有思考题题库，供学生训练。

在师生互动教学过程中，可以根据实际情况进行以学生主体式教学法、或教师主导式教学法、或课堂讨论式教学法、或角色置换式教学法，在实验教学活动过程中，坚持“以学生为主体，以教师为主导”，充分发挥学生主观能动性和主体主动作用，有相对性地、因人适宜地，灵活应用，发挥实验教学方法在实验教学活动过程中的作用，全面提高实验教学质量，使学生从实验教学中获得收益，提高学生的各种能力和创新思维等。

2.4 加强实验教学师资队伍建设

高水平的教师队伍和高素质的技术人员是保证实验教学质量、激发学生创新的关键。经过几年的建设，化工原理实验教学已形成了以化工原理理论课主讲教师为核心力量，其他教师为骨干的实验教学团队。化工原理实验教学活动团队现由11位，其中博士10人、学士1 人；副高以上的老师有7人，讲师4人；平均年龄41岁；有8位老师主讲化工原理理论课。化工原理实验室的师资队伍的学历、职称、年龄、理论知识等结构合理，都具有从事化工原理实验教学5年以上的经历，实验教学经验丰富，解决实际问题能力强,且所学专业方向和所研究学科领域极大地丰富化工原理实验的教学内容，具有教学科研的互补性[11、18]。

3 实践效果及反思问题

3.1 实践效果

(1) 实验教学效果较为显著。化工原理实验教学采取“网络预习+教材预习——仿真实验+模型参观——实战操作+典型操作单元竞赛”的形式，并采用了多媒体技术教学手段，师生之间实现了有效的“互动”交流的教学气氛，实验教学逐步实现了层次化、网络化、互动化、开放化的格局。

(2) 实验教学内容丰富，有利于实施开放式教学。化工原理实验依据不同专业，其必做实验项目数为4～8项，目前化工原理实验项目数可到达16项40多套，实验教学内容较丰富，学生实验项目可选择的空间大，实施开放式实验教学条件已具备，并实施了学生开放实验自选预约，促使学生工程操作能力和创造思维能力的提高，收到一定的效果。

(3) 所实施的“化工原理实验教学模式——1234法”，其可操作性强，具有很强的适应性，能很好地满足学生自主学习所需的知识资料平台、实验环境平台和互助交流平台的需求。

实践证明，我们探索建立的“化工原理实验教学模式——1234法”体现了化工原理实验教学的特点，符合工程性实践教学规律和工程性人才培养的要求，是可行的，也得到实践的验证。

3.2 有待解决的问题

(1) 由于实验3或4人一组，同组同学之间缺乏团队协作精神，有的同学在操作，有的同学却袖手傍观，存在懒散现象，对实验兴趣不大，缺乏主动参与意识，操作动手能力较差。这就需要在平时的实践教学中，教育学生充分认识实践环节的重要性，多开展一些团队协作的活动，增强团队精神，引导学生主动参与意识，加强对学生操作技能的培养，对基本操作的训练更应从严要求，要让学生多动手做实验，切实提高实验训练的效果。

(2) 师生互动效果还不够理想。一般要求学生进行实验前的网络预习(或教材预习)，并在现场预习之后进行师生互动交流，老师一般进行引导性的提问及提示性的启发，或让学生自己做实验前的主讲介绍。在实际实践中，这种师生交流互动的气氛有点不太和谐，学生往往还是处于被动回答的状态，缺乏主动参与交流的意识。对此，应该加强学生开展一些联想性、思维发散性的问题讨论活动，培养学生主动参与意识，为开展教学、实践活动打下基础。

(3) 多媒体技术还存在问题。多媒体技术手段应用到实验教学已很普遍了，我们也一直在努力争取把多媒体技术直接建设在实验室里，但一直未能实现。目前只能借助台式电脑进行实验前讲解教学，因电脑屏幕太小，其效果还是较差，无法做到讲解实际实验装置(工艺流程)的同时进行理论上的讲解。

4 结 语

化工原理实验是一门工程实践性较强的实验课程，是学生接触工程类实验第一门课程，经过几年的实验教学改革与实践，化工原理实验教学已构建具有特色的实验教学模式，即“化工原理实验教学模式——1234法”实验教学模式。但是，实验教学模式不是一成不变的，随着高校实验教学改革的深入进行，需要不断地加强对实验教学模式的研究和探讨，不断地对实验教学模式进行补充、完善和创新，使实验教学模式真正落到实处，并指导实验教学工作有序进行。

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Principles of Chemical Engineering Experiment Teaching Model Research and Exploration

ZENGMing-rong，HANYuan-yuan，ZHAOPeng

(Experimental Center of Basic Chemistry and Chemical Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China)

Experiment is an important part of the course of Principles of Chemical Engineering. The experiment is characterized in strong practicality and is expected to have great influence on the engineering practice of the students. Based on the establishment of various platforms, improvements of the teaching methods and emphasis on the building of the experimental teaching team, the "principles of chemical engineering experiment teaching mode-1234 method" was established. The principles are combined with the present situation of our school, conditions of chemical engineering laboratory, and based on the years of experimental teaching experience. The principles are tested and validated for its good adaptability and operability. It helped the students to cultivate the interest in engineering, enhance their troubleshooting and problem solving skills.

experiment of chemical engineering principles； experiment teaching mode； experiment teaching method； experiment team construction

2015-06-15

华侨大学2014年校级实验教学改革与建设课题(66661402)

曾明荣(1961-)，男，福建莆田人，学士，高级实验师，实验中心副主任，主要从事化工原理、物理化学实验教学与实验室管理工作。Tel.：13225927095；E-mail：mingrong@hqu.edu.cn

TQ 02;G 642.423

A

1006-7167(2016)05-0221-04