新工科背景下化工原理实验教学改革与实践

陈大勇，钱立武，盛敏刚

（池州学院化学与材料工程学院，安徽池州247000）

化工原理实验是化工原理的重要延伸，是化工原理从基本理论走向工程实践的桥梁与阶梯，在化工新工科人才的培养中具有举足轻重的作用[1]。然而在新工科建设备受重视与日益推进的情况下，化工原理实验教学不足也愈加显现。尤其是：（1）实验设备相对滞后于工业生产实际，教材内容不匹配于实验装置；（2）教学过程中，工程理念培养不足，工程能力培养尚待提高；（3）实验数据记录方式不合理，实验数据处理缺乏给予学生独立思考的空间；（4）实验考核不能突出其以工程为核心的课程导向。基于此，对化工原理实验教学进行了一些有益的改革探索与实践。

1 更新实验装置、自编实验教材

1.1 购置新的实验装置

之前的实验装置因年代长久、设备陈旧，而故障频出，尤其是其信息化、智能化水平不够。这不仅给实验教学过程带来不便，而且因其脱离于现代化工生产实际，而不利于学生工程实践能力的培养。因此，购置更先进、更智能化，更加信息化的实验设备尤为必须。新的实验装置，如传热装置、恒压过滤装置、精馏塔和填料吸收塔等都具有良好的智能化、信息化水平，能够通过其工控组态软件进行良好的人机互动。同时也能通过其数据分析软件自动对数据进行分析与处理。

1.2 组编实验教材

尽管化工原理装置的原理大致相当，但由于生产厂家不同实验装置又各具特点。因此，一本教材很难做到一而概之。化工原理实验过程复杂，实验装置部件较多、阀门较多，而且有些实验装置是高温、高压的，若操作不慎，轻者实验失败，重则引起安全事故。因此，根据实验装置的特点，编写具有针对性的教材既能提高教学效果与教学效率，又能确保实验安全。根据现有装置组编的实验教材包括了雷洛实验、流量计性能测定、精馏、恒压过滤等12个项目。每个项目均由实验目的、实验原理、实验设备与装置、实验步骤与注意事项等8个部分构成。尤其是实验设备与装置、实验步骤和注意事项的编写要严格依据实验装置的特点来组织编写。这样既有利于学生预习，也有利于实验的顺利进行与实验安全。教学实践证明，学生严格按照自编教材进行实验预习与实验操作，实验出错率低，实验失败少，实验安全有保障。

2 加强工程观念与工程能力的培养

2.1 衍生化工单元设备设计培养工程观念

传统的化工原理实验过程是学生先掌握实验原理，然后熟悉实验装置特点和实验操作过程，再进行实验操作与数据记录，最后进行数据分析与处理。这种实验过程在培养学生的工程能力具有较好的作用。例如，学生可以了解装置的构造，可以熟悉实验设备的操作。但这种实验过程的主要目的仍然在实验原理的验证上。某些实验装置，其本身就是一个小型化的化工单元设备。为更好地培养学生的工程能力，对于这类实验，在实验结束后，可以酌情布置相应的单元设备设计课题作为课外设计作业，以更好地培养学生的工程观念。

2.2 依托化工实验竞赛培养学生工程能力

为有效推进化工“新工科”建设，近年来教育部化工类专业教学指导委员会协同中国化工教育协会举办了全国大学生化工实验大赛。化工实验大赛在赛题的难度与广度上较之于日常的化工原理实验教学高出很多。其要求学生具有更深厚的化工基本理论知识和更广阔的化工知识面。为此，我们鼓励学生参加化工原理实验竞赛，并对参加竞赛的学生进行重点培训，针对辅导。

3 改进实验记录与数据处理

3.1 实验数据记录

实验数据一般由学生自主记录在实验报告上。但是由于学生一般都是初次接触化工原理实验，他们对实验过程中要记录哪些实验数据不是特别清楚，因此容易因实验数据的漏记而造成实验的失败。另外，由学生自主在实验报告上记录实验数据，也容易造成实验数据记录的混乱。这些都会给实验过程以及后续的实验数据处理带来不便。为此，可以把每个实验项目需要记录的实验数据整理成实验数据记录表。实验时，把整理好的实验数据记录表分发给学生，要求学生严格按照实验数据表格的要求与格式记录数据。这样可以避免学生漏记和错记数据，对实验过程和后续实验数据处理大有裨益。

3.2 实验数据处理

化工原理实验的数据处理过程大都比较复杂，如果完全手动处理，既费时费力，又容易出错[2]。新购置的化工原理实验装置具有较高的智能化水平，其不仅可以通过其组态软件对实验过程进行自动控制，还可以通过其集成的数据处理软件对数据进行自动分析处理。比如，对于恒压过滤实验，只要将系统自动记录的过滤压力、过滤时间、滤液体积等数据导入“恒压过滤实验”数据处理软件，就能自动绘制△τ/△q～-q曲线，从而得到恒压过滤常数K。因此，通过数据处理软件来自动处理实验数据，即省时省力，又科学准确。但其弊端也显而易见。尤其是，数据处理软件让学生产生了严重的依赖心理。学生认为，只要实验过程正确，实验数据记录准确，实验数据处理就会简单、科学。因此，容易导致学生在实验过程中学习态度消极。另外，完全依靠数据处理软件的“全自动”数据处理，也缺乏对学生实验数据分析与处理能力的锻炼与培养。

故此，化工原理实验数据的处理即不宜采取完全依靠人工的“全手动”处理方式，也不宜采用完全依靠数据处理软件的“全自动”处理方式。而宜采用“自动”与“手动”相互结合的方式进行。

4 改进考核方式

化工原理实验是一门重操作的课程，具有很强的实践性[3]。采用以“试卷”定成绩的方考核式有悖于化工原理实验课程教学的初衷。化工原理实验课程成绩的考核要注重过程考核、要强调实践能力的考核。为此，我们改变了其课程考核的方式。其课程考核成绩主要有三大模块组成：（1）出勤与预习情况（20分）；（2）操作技能，工程能力，分析能力等（50分）；（3）实验质量（30分）。尤其是操作技能、工程能力、等在成绩考核中占有较大的比重（50%），突出了化工原理实验的重实践、重操作、重工程能力的课程导向，契合于新工科对化工类人才的培养要求。

5 结束语

新工科背景下，化工原理实验在化工类专业新工科人才培养中的作用日益突出。因此，当前改革化工原理实验教学手段与方式、提高化工原理实验教学质量在尤为重要。更新实验装置、自编教材既能帮助学生与时代接轨、学以致用，又能帮助学生提高学习效率和提高实验的安全性；单元设备设计和化工原理实验大赛可以提高学生的工程观念；实验数据记录与数据处理方式的改进既可以提高实验效率和实验准确性，又能培养学生分析、处理实验数据的能力；改进考核方式能树立正确的“教”与“学”导向。虽然如此，教学改革往往牵一发而动全身，因此既要遵循循序渐进，不能一蹴而就的原则，也要因地、因情选择适当的改革方式与策略。