“新工科”背景下《化工原理实验》课程教学改革模式探讨

覃芳(贵州师范学院 化学与材料学院，贵州 贵阳 550018)

0 引言

复旦共识、天大行动和北京指南，开拓了工程教育改革新路径。“新工科”即指人工智能、智能制造、云计算、虚拟现实等新兴专业，也包括将这些新兴技术用于传统工科专业的升级改造。未来新兴产业和新经济需要素质更高的复合型人才：实践能力更强、创新能力更强、国际竞争力更强。为适应这一形式变化，我校积极参加了旨在为推动高校化工类专业“新工科”建设、提高本科化工类专业核心课程教学质量、提升教育服务化工行业发展能力而举办的大学生化工实验大赛，并取得了不错的成绩。同时，我校针对《化工原理实验》课程教学实际情况，结合参加化工实验大赛的经验，充分利用各种资源，采取了相应的应对措施，以期提高教学质量，培养符合国家需要的人才。

1 教学中存在的问题

1.1 教学设备陈旧

《化工原理实验》的教学设备比较陈旧，实验装置简单，所包含知识点比较少，操作容易，满足不了“新工科”要求的训练目标。

1.2 教学模式落后

大多数实验教学依然传统，多事注重实验结果，即实验前，要求学生预习，实验中，老师先口头重点讲解跟测定装置相关的原理，然后演示操作，学生依葫芦画瓢地操作实验装置，测定数据，完成实验报告。实验教学采用线下教学的形式。实验项目多为演示型和验证型，均是操作型计算。学生缺乏根据说明读图的能力、根据问题设计实验方案的能力、动手能力的培养。

1.3 安全意识薄弱

比如学生在实验前，不习惯检查阀门是否处于关闭状态；在CO2吸收实验开启气瓶前，没有先将流量计开启一定开度；在传热实验中，光滑管与粗糙管进行支路转换时，先关闭上一管路的进出口阀，再开启另一根管路进出口阀；在使用同时需要加热和冷凝的装置，先开加热，后开冷凝；在精馏、吸收、传热、流体流动实验过程中，没有检查液位的意识等。

1.4 实验过程参与程度低

化工原理实验以小组形式展开，小组分工大体分为操作、测量、数据记录、计算三部分。当个成员无法进行全部操作，不利于学生实验综合能力的培养。

1.5 应急处理能力不足

比如在精馏或吸收过程中，学生看到即将出现淹塔或淹塔时，表现出手足无措。

1.6 理论联系实际问题处理能力欠缺

化工原理的计算式都是在稳态下推导出来的，在实验过程中往往不知道怎么判定 “稳态条件”。在进行精馏实验时，不知道将达到稳态前收集的馏分排除掉。如测定离心泵特性曲线时，采用计算离心泵的扬程He，对各参数的单位是有要求的：Z、He 的单位为m；压力P 的单位为Pa，且压力的形式(绝对压力或表压)一致；ρ 的单位为kg/m3，学生在计算时，容易混乱。又如在恒压下，用水蒸汽通过裸管传热，测定裸管散热系数时，在计算热量时，不知道运用相变热远远大于显热，可忽略显热的思维；在吸收实验过程中，CO2最佳用量不知道根据当地的气压、温度、溶解度进行初步判定。

1.7 经济意识不强

课堂上一再强调，工业生产要考虑经济性，即在满足产品生产要求的前提下，选择操作费用和设备费用的最低时的工艺条件。比如在CO2吸收实验测定时，老师给定一个范围，多数学生习惯越多越好的选择，而且在实验结束后，不先关闭CO2钢瓶阀门，造成浪费。

2 应对措施

2.1 更新教学理念、提高教学目标

新时代、新时期我国对工科人才需求发生了很大的变化，现时代需要具备实践能力、动手能力、分析能力、创新能力更强的复合型人才。因此，在教学中要转变以前以“教师教、学生被动学”为主的模式；要突出学生的主体、主动地位，更应注重学生的探索与实践。在实验项目设置时，增加设计型实验，充分调动学生运用知识解决实际问题的能力。比如给定进料热状况、操作条件、产品要求，让学生自己选择合适的回流比，培养学生的经济意识。

2.2 加大实验投入

参加化工实验大赛时，接触到了更新的设备，装置更先进。比如流体流动装置能同时完成离心泵特性曲线、管路特性曲线、光滑直管阻力、粗糙直管阻力、局部阻力等是测定；板式精馏实验装置有多块进料设计、增加了回流比的设置；吸收增加了循环水箱的设计；还有虚拟仿真试验，能够线上模拟实验操作过程，保证每个学生都能有操练的机会，尽可能提高学生对实验过程的参与程度。

百闻不如一见，课堂多次提醒的知识点，都不如亲自体验过，更让人印象深刻。学校高度重视学生的教育，为了培养更优质的学生，购置了一批化工实验设备，新建了虚拟仿真实验室。新的化工实验设备，阀门管件增多，能锻炼学生具备更高知识基础和读图能力；设计理念比较先进，比如循环利用的意识；比如精馏有多块进料板位置选择和回流比设置，可以进行设计型实验。虚拟仿真试验可以对学生进行专业的实验安全教育培训；帮助学生将自己的设计方案在尽可能短的时间内进行验证，同时在实战演练时，降低由于人为操作不当引起的仪器损失。

2.3 丰富教学形式

实验教学也可以采用线上线下想结合的形式。在实验课程开课前，进入虚拟仿真教学中的安全教育培训，提高学生的安全素养；在实验项目开始前，先利用我校购买的“雨课堂”将针对性问题以问答、选择题等形式定时推送给学生，便于学生温故知新，学生也可以将问题推送给老师，进行交流解答；在实验中，先进行虚拟仿真教学，学生可以按照自己的想法进行尝试实验，根据仿真系统的评分界面可以保证每一位同学都有机会独立地完成实验操作、掌握操作要点，然后在实验室进行实操，用于补充小组实验由于分工不同带来的综合训练不均衡的影响；课后，利用“雨课堂”、QQ 等形式就实验问题进行探讨或反馈。

2.4 更新教学模式

预习阶段：借鉴乔纳森“翻转式”课堂的原理，将以前的实验预习环节改为实验方案设计，即实验课前，告知学生实验装置图、原料、以及相应参数、实验目的，让学生自己设计实验方案、实验步骤，增加“稳态”条件判定、计算公式单位注释、CO2用量计算等环节，培养学生主动学习、主动思维的过程，充分调动学生的能动性，让实验变为以“学生为主，教师为辅”的实验过程。根据特定实验装置设计实验操作，促使学生通过各种途径如“MOOC 课”、“B 站”、与教师探讨等积极学习相关理论知识；触发学生思考操作蕴含的原理；同时锻炼了学生的读图能力。实验过程：采用虚拟仿真与实操相结合的方式进行实验教学，先利用仿真软件能让学生的实验步骤在短时间内得到验证也可以模拟突发情况如淹塔，模拟现象产生的条件、处理措施；再进行实操练习，加深学生对操作要点记忆和理解，也能减少实验设备的损伤。同时，为了培养学生实验前检查管件阀门的意识，可以设置障碍，在保障安全的前提下，让学生发现问题、分析问题、解决问题，既提高学生开机前必须检查设备阀门的意识，也培养学生分析解决实际问题的能力。

3 结语

在“新工科”的背景下，《化工原理实验》作为一门实践性和工程性极强的专业基础课程，必须进行升级改造；结合大学化工实验大赛参赛经验，为顺应时代变化，必须更新教学理念、提高教学目标、加大实验投入、丰富教学形式、改革教学模式，以期达到“新工科”的人才培养目标。