化工原理实验教学改革探讨*

王良广，马 娟，杜 艺，程劲松

(安顺学院化学化工学院，贵州 安顺 561000)

化工原理是化工专业及相关专业的必修专业基础课，起到从理论知识过渡到实践应用的作用，并且引导学生的思维方式从理论向工程转变[1]。化工原理实验是对化工原理理论知识进行实践化和实操训练的课程，该课程对学生加强对化工单元的理解和强化工程意识具有重要的作用，同时对学生思考、分析和解决问题能力的培养也起到一定的训练和培养[2-3]。自2017年全国大学生化工实验大赛顺利举办，该竞赛受到了国内高校的积极响应，参加竞赛的队伍逐年增加。全国大学生化工实验大赛的竞赛内容包括化工原理理论知识、实操实验和仿真实验三部分，其考察的核心是学生实操的规范性和学生处理问题的能力，考核结果也反馈出了每个院校在化工原理实践教学中存在的不足。我们在化工原理实验教学中发现，由于学生缺乏工程意识和工程实践经验，将化工单元的理论知识运用到实操实验时存在较多的问题，这问题严重影响了学生实践能力的培养[4]。结合化工类专业竞赛和教学实践，笔者对化工原理实验教学中的不足之处提出一些改革思路和方法。

1 精简实验项目

实验的目的是培养学生的思考能力、动手能力、分析解决问题的能力，这些能力的培养是建立在实验训练的基础上，因而一些人认为实验数量越多学生的培养效果越好。然而，过多的实验项目，导致不以实验过程为目，而是以完成实验个数为目的，不注重每个实验培训的效果。因而，在制定实验项目的数量时，不要贪得太多，要做到精而全、精而细，通过最少的实验项目培训出最全面的应用能力。我院在对化工原理课程和学生应用技能分析的基础上，将化工原理实验由原来的12个缩减为7个。这些实验项目在内容上涵盖了化工原理主要的化工单元，包括流体输送实验2个、传热实验1个、气体吸收实验1个、精馏实验1个、非均相物系分离实验1个、固体干燥实验1个。按照每个实验对学生应用能力培养的层次不同，又将这7个实验分为演示型实验、能力训练型实验和应用能力考查型实验。演示型实验主要是通过化工单元仿真实验完成，这样做既节约了实验学时，又取得了良好的教学效果。

2 教学方式多样化

传统实验教学是通常以教师为中心，通常采用教师讲解-教师演示-学生实操的方式，这种方式对学生思考、分析和解决问题能力的培养不利，尤其是在应用型人才培养的要求下，这种教学方式不能有效的培养学生的实践能力。我们通过多种尝试，确定了多种教学模式相结合的教学方式。

2.1 问题引导式

该教学模式主要应用在演示实验中。例如在雷诺演示实验中，我们通过以下三个问题启发学生的思考能力。流体的流动类型包括哪几种，分别是什么样的；在生产过程中无法看到管道内的流体，如何判断流体的流动类型；生产任务需要改变流体的流动类型，应该如何操作，你认为哪种操作最实际有效？这三个问题，即可帮助学生回顾相关理论知识，又可以逐步的启发学生思考，从现象到思考分析，再到事物的本质，最后到解决实际问题。该类实验的操作需要教师进行示范，并且严格规范学生的操作正确性。该类型实验的目的是在于培养学生思考和分析问题的能力，规范学生的操作。

2.2 学生主导式

在学生掌握了一定的思考和分析问题的能力后，即可采用学生主导的教学模式。该教学模式目的是训练学生独立分析问题的能力，强化单元操作的规范性，该教学模式主要运用于能力训练型实验项目。该类实验3个学生一组，在实验预习和对装置的了解基础上，要求学生能够独立完成开车的操作和数据采集。在学生操作前，要求学生先讲解操作步骤，并且对教师提出的问题进行解答。这样可以避免由于学生操作不当引发问题。在学生实操中，指导教师要认真观察学生的操作是否规范，对于不规范的操作要及时指出。

2.3 解决问题式

该教学模式主要应用于能力考查型实验，目的是检验学生解决实际问题的能力。该类实验通常采用解决某一问题或者某几个问题引出任务，面对需要解决的任务，要求学生首先确定解决问题的方法，进而制定出详细的解决方案。指导教师需要对学生制定的方案进行指导，针对本院现有条件无法实施的方案，要求学生修改方案。进而教师根据学生制定的实验方案提前准备所需的仪器或试剂，让学生独立通过实验解决问题。这种实验即可考察学生分析、思考和解决问题的能力，同时也考察了学生查阅资料和理论知识的运用能力。

以湿物料的干燥实验为例。首先提出生产中需要解决的问题：某化工企业生产的产品含有水分，需干燥后才可包装销售；进而让学生根据所学知识制定出合理的解决方案：请通过实验的方法确定该湿物料的干基含水量，确定该产品干燥需要的设备及干燥工艺参数(提示：工艺参数包括干燥温度、热气体的流量、湿物料的量、干燥时间等)。学生可以根据学过的理论知识和查阅资料的方式制定出解决这一生产问题的可行方案，实验方案要包括实验目的、原理、使用的仪器设备、详细的操作步骤、数据处理方法。通过学生的初次方案，可以看出学生对实验的目的和原理比较清楚，这也说明了学生对课本理论知识的掌握比较牢固。学生在初次方案中拟采用的实验设备包括流化床干燥器、箱式干燥器、转筒式干燥器、气流干燥器等，这表明了学生能够根据任务积极查阅资料。但是由于实验室能够提供的干燥器只有箱式和流化床，因而选定了其它干燥设备的方案需要从新设计。修改后的设计方案主要在操作步骤和数据采集处理方面存在一些问题。在实验操作步骤方面，多数方案给出的操作步骤比较笼统，例如有些学生的实验操作步骤是先打开空气泵，再开启空气加热器，然后开始记录时间和数据。而在实际的操作过程中，开启空气泵后需要将气体流量调到指定值，并且开启空气加热器后需要干燥塔内的温度到达指定温度才可计时。因而要求学生根据我们实验室具体的装置制定详细的操作步骤，并且什么时候采集数据，采集哪些数据，采集多少组数据都要体现在实验操作步骤中。学生在完成设计方案后可以独立完成实验，包括实验的规范操作、数据的采集和数据的处理。对于实验操作中出现的小问题，指导教师及时的指出并给出相应的扣分；而对于实验操作中出现重大操作问题和数据记录不完整的学生，要求他们在进一步熟悉自己的设计方案后重新实验。这样一来，每一位同学都能够在分析问题和解决问题方面得到锻炼和提升，并且能够通过实践进一步加强对理论知识的理解。

3 灵活的成绩评价机制

传统的实验评价方式主要依据学生的预习报告和实验报告评定成绩。目前对学生应用能力培养的要求不断提高，这种评价方式不能检验出一个学生综合实践能力，同时也无法激发学生对实验过程的重视和热情。我们对化工原理实验成绩评分标准进行细化，将化工原理实验的成绩分为实验预习(10%)、自主实操(30%)、实验过程(30%)和实验报告(30%)四个环节。除此外，我们还增添了附加成绩，该成绩是通过完成附加任务而获得。实验预习和自主实操均是检验学生的预习效果。实验预习是检验学生通过预习是否明确了实验的原理、操作步骤的规范性以及数据的处理方法。自主实操则是检验学生的预习效果，考察学生能否独立完成化工装置的正常开车和数据采集。通过制定自主实操考核成绩，可以进一步敦促学生们加强自主学习，强化学生的工程意识和安全意识。针对学生在自主实操中出现的问题，尤其是有关操作规范和安全的问题指导教师要及时指出。实验过程成绩是对学生实操练习的态度、效果和数据采集是否完整的评价，让学生重视实验操作的练习。实验报告成绩除了对实验报告的完整性要求外，更加重视了实验数据的处理过程和误差处理。关于附加成绩，每个实验设定两个附加任务，共计10分，每位学生选择性的完成一个即可获得10分。我们制定的悬赏任务均是与化工生产实际相关的内容，例如在传热实验项目中，我们制定的两个附加任务如下：通过实际调研或者资料查阅，分析在某一化工企业或行业中能量成本的比重；通过资料查阅分析目前化工企业提高热能使用效率的主要手段有哪些，你认为哪种最好？

4 加强师资队伍建设

教师的专业能力和职业素质是培养学生应用能力的基础。实验指导教师不仅需要具备扎实的专业知识和丰富的工程实践经验，还要做到不断更新专业知识，掌握现代化工生产的状况，并不断提升教学技能水平。

(1)教师要加强理论学习，不断更新理论知识、丰富知识面。通过培训的方式接受最新的实践教学方法，及时改进教学中存在的问题，做到教与学的有机统一，使教的水平和方法不断提升。

(2)教师要加强自身实践经验和工程能力的提升，通过与经验丰富的企业师傅交流、深入到生产一线锻炼等方式，提升教师自身的工程意识和实践经验，以便在教学中向学生灌输更多的实践知识。

(3)教师要积极组织学生参加化工类竞赛，尤其是全国大学生化工实验大赛，通过参赛可以让学生发现自己在学习中的不足，教师也可以向优秀化工教师学习，进一步提升教学水平。

5 结 语

培养知识结构全面、应用能力强、善于解决实际生产问题的化工人才，需要做好、做强化工类实验对学生实践能力培养的效果，尤其是加强化工原理实验对学生工程意识和操作规范意识的培养。我们在继承传统教学方式优点的前提下，要对其存在的问题进行有效持续的改进，将新的教学理念和教学手段运用到教学中，改变教师的教学方式，改变学生的学习方式，

以竞赛促进教与学的协同发展，为我国化工行业培育更加优秀的应用型人才。