工程论证背景下化工原理实验开放式教学模式的探索与实践

周富荣，胥桂萍，陈 婷，方 文

(江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056)

在工程教育专业论证的背景下，我国高等学校工程教育领域掀起了一场教学改革的浪潮。 化工原理实验作为化工类专业人才培养中一门重要的专业实践教学核心课程，是深化化工原理理论知识、获取感性认识、培养创新意识的重要环节，对培养工科学生工程实验的设计、组织实施、实验操作、团队协作、数据处理等工程实践能力具有重要作用[1]。在此背景下，认真实践“OBE”的教育理念和思路，规范教学活动，树立教学标准意识和创新意识，提高课程教学质量，是开展化工原理实验课程教学改革的必然要求[2]。

1 化工原理实验开放式教学的必要性

开展工程教育专业认证已成为我国高等院校规范工程教育专业、提高办学质量的重要举措。实践教学在高校人才培养中占有越来越重要的地位，对学生的实践能力和创新能力的培养起到了至关重要的作用。为了适应工程教育背景下化工人才的培养模式，我校化工原理教学团队对照我国高等院校最新的化工人才质量标准和要求对化工原理实验课程的教学大纲和教学内容进行了全面的修订，教学学时由原来的36增加到48学时，提高了综合性和设计性实验的比例，明确了化工原理实验教学的三个主要目标：一是熟练掌握化工原理实验的原理、方法及步骤，能够根据实验对象和要求，设计可行的实验方案，科学、合理地采集实验数据；二是能够依据化工单元操作的基本原理，对实验结果进行关联、分析和解释，获取合理的实验结果；三是能够综合利用多学科知识，分析、解决实验过程中的现象及问题，同时培养学生团队协作的能力。为了能更好地达成本课程的教学目标，我们采取了化工原理实验课程全方位开放教学模式。开放式实验是一种动态、开放、自主、多元的实验教学模式[3]，学生可以自组团队、自己设计实验方案、自主安排实验内容和实验时间，因此，开放式实验教学模式能更加突出以学生为中心的“OBE”教学理念，激发学生的学习兴趣和热情，更有利于培养学生的创新能力和工程素质。

2 开放式化工原理实验教学模式

为提高化工原理实验课程的教学效果，我校化工原理实验开放式教学主要从教师指导形式、实验预习、实验操作资格、实验操作时间、实验内容及实验报告等方面进行了探索和实践。

2.1 教师指导方式

化工原理实验进行过程中，指导教师主要采取集中指导和分散指导两种方式指导学生实验全过程。第一次集中指导安排在实验开始前，指导教师集中讲解开放实验模式的全流程及要求，指明实验的主要内容、实验预习方式及要求、取得实验资格的条件、预习报告的要求、实验预约方式及分组要求、实验操作要求及完成时间、实验报告及数据处理方法的要求等。实验过程中，实验指导教师实行轮班指导制度，其主要职责是：①检查学生是否按预约时间进实验室进行实验；②检查学生是否按要求撰写预约实验的预习报告和实验方案；③给学生的实验操作打分；④检查学生的原始实验数据并签字；⑤指导学生解决实验操作过程中遇到的问题，如实验设备故障、安全问题、学生找不出原因的操作不正常现象等。除此之外，学生在整个实验过程中遇到问题都可以主动寻求指导老师的帮助，指导老师也必须做到有问必答。这种指导方式将原来的指导教师主动指导改为“被动”指导，培养了学生独立思考和自主分析解决问题的能力，能有效地提高学生的综合素质[4]。

2.2 实验预习模式

开放性实验模式对学生的实验预习提出了更高的要求。为了让学生更好的了解实验目的和要求、实验原理、实验方法和实验装置，我们采取了阅读整理资料、实验装置现场预习及化工原理仿真实验等多种途径帮助学生进行实验预习。①学生预习实验前，教师只给学生指定几本实验参考书和相关实验设备说明书，学生通过阅读整理相关资料，了解每个实验的目的、实验原理、装置流程、实验操作方案、需要获取的实验数据以及实验过程中的安全问题和注意事项等。②现场预习是指学生结合化工原理实验室现有的实验装置进行预习，通过结合实际的实验装置进行预习，学生能更加直观的了解实验设备的结构、实验操作流程、测量仪表、数据的采集方法和操作的控件等，能有效地提高学生的预习效果。③仿真预习是指学生利用化工原理实验仿真软件进行模拟预习。我校一般按班安排4个学时的仿真实验，通过对流体流动阻力、泵性能、传热、精馏、过滤等实验进行仿真操作，让学生能更加直观地了解实验操作的流程和各参数间的相互关系，自行检查设计的实验操作步骤的正确性，了解实验故障的处理方法。

多种方式相结合的实验预习模式不仅加深了学生对实验目的、实验原理、实验方法的理解，而且能大大减少学生的操作失误，提高实验效率和设备利用率。

2.3 实验预习考试及实验操作资格

实验预习考试是我校化工原理实验开放式教学的重要环节。为了检验学生的实验预习效果，保证实验操作的顺利进行和实验数据的正确处理，我们设置了实验预习考试制度，并建立了相应的化工原理实验试题库。预习考试内容涵盖了实验目的、实验原理、实验装置流程、实验操作步骤、应采集的实验数据、实验数据处理方法和实验注意事项等7个方面。考题均为基本知识点，难度不大，但要求学生认真预习，不放过实验的每个细节。同时规定预习考试成绩达70分(满分100)以上才能取得实验操作资格，进入预约实验操作阶段。对首次预习考试未通过的学生在两周内会再给予一次补考机会，若仍然达不到预习考试要求，则该生成绩按照不及格处理。

2.4 实验时间和实验项目预约制

由于受实验指导老师人数、相关理论教学时间和教学模式、实验设备利用率等居多条件的限制，我校化工原理实验室还不能实现整个学期对学生开放，而是根据修读该课程学生人数每学期集中开放大约两个月时间。获得实验操作资格的学生可以在集中开放时间段内进行预约实验，并在该时间段内完成教学任务要求的所有实验项目。实验时间和实验项目由学生根据自己的空余时间以及实验室预约情况自组团队、自行安排。每个实验项目一般要求3人为一组，特殊情况下也可以1～2人一组进行实验操作，但每个实验小组不得超过3人。

实验时间和实验项目预约制，给了学生较大的自主空间，同时，同班不同组的学生在不同时间进行不同的实验，他们在课外也会相互交流实验的心得和经验，有利于培养学生自主学习和交流沟通的能力，大大减少学生在实验操作中的失误率，提高了实验效率。此外，为了培养学生的时间观念和责任意识，实验室制定了相应的管理规定，即学生在预定时间迟到10分钟以上或因其他原因不能进行实验操作，都必须重新预约实验时间和相应的实验项目。

2.5 增加综合型、设计型实验内容

传统的实验教学多以基础性、验证性实验为主，综合性、设计性实验较少，对学生工程能力及综合素质的培养力度不够。根据我国工程教育专业论证化工类专业补充标准要求，专业基础实验和专业实验中的综合型、设计型实验的比例应大于50%[5]。在此背景下，我们除了增加实验学时外，主要在实验项目、实验内容上下功夫，将综合性、设计性实验的比例提高到50%以上。例如，泵性能实验由原来的单泵实验提升为泵的串并联实验；精馏实验由原来的全回流提升为全回流加部分回流；传热实验在原来气-汽物系基础上又增加了液-液物系等等。这类实验的每一个环节都要求学生要认真阅读相关资料，相互讨论和设计合理的实验方案并完成实验，能综合培养学生分析解决实际问题的能力和团队协作精神，提高学生的实践能力和创新能力。

2.6 实验报告要求

学生进入实验室必须提交实验预习报告，预习报告应该包括实验目的、实验原理、实验装置流程图、实验步骤或实验设计方案、实验原始数据记录表等。实验过程中，指导教师对学生实验操作及实验数据进行评估与考核。原始实验数据不得涂改，离开实验室前，应由指导教师在原始数据上签字，并附在最终提交的实验报告上。学生完成实验后应及时对实验数据进行处理，为了避免同组同学相互抄袭，我们要求同组内每个同学选取不同的实验数据作为计算示例，写出详细的数据处理方法和计算过程，并对数据处理结果进行分析和讨论。最后，每个实验都要回答相关思考题。通过实验报告的撰写，学生不仅能更加深刻地理解每个单元操作实验的实践意义，而且能提升学生利用所学知识分析处理实验数据和归纳总结实验结果的能力。

2.7 实验成绩评定方法

化工原理实验成绩主要由预习考试、实验报告两部分构成。预习考试成绩采用百分制批阅，及格线为70分，但预习考考试不及格者给予一次预习补考机会，预习考试成绩以两次考试中高的一次为准，预习补考仍不及格者，课程成绩按不及格处理。其中，预习考核低于70分为不及格，70～75分为及格，76～79分为中等，80～89分为良好，90～100分为优秀。实验报告成绩由预习报告、实验操作、数据处理及报告质量综合评定，按五级制进行批阅。总成绩按预习考试和实验报告两部分成绩各占50%进行评定。

3 结束语

在工程论证背景下，围绕工程教育的新理念、人才质量的新要求、人才培养的新模式等内容深化新工科课程体系的改革和实践，积极探索工程教育发展之路，提升人才培养质量，是今后一定时期内我国高校教育工作者面临的重要任务和挑战[6]。化工原理实验课程在化工专业人才的培养过程中扮演着重要的角色，开放式教学模式突出了“以学生为中心”、“以成果为导向”的教学理念，不仅能全面培养学生的动手能力、观察能力、分析问题和解决问题的能力，而且能培养学生的工程观念、创新能力和团队协作精神，为培养合格的化工人才打下了坚实的基础。