化工基础实验改革研究与探索

熊瑛

（贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州 贵阳 550001）

化工基础实验是师范院校化学专业必修的一门专业核心课程[1]。其开设目的是通过实验验证化工过程中三传一反的基本理论（三传指质量传递、动量传递和热量传递，一反指化学反应过程），使学生加强化工基础知识的理解，并掌握相应的实验操作技能。通过化工单元过程实验现象的观察、数据处理与结果分析讨论来培养学生思考问题、解决问题的能力。同时培养学生安全意识和工程意识、培养团队合作能力及学生解决实际问题和处理突发问题的能力。在此基础上，我们对化工基础实验的教学方法、教学模式以及实验考核形式内容进行了改革和实践 [2,3]。

一、教学改革背景及存在的问题

师范院校培养本科人才过程中，非常重视基础理论知识的教学，实践课程教学课时设置相对较少[4]。目前本院已开展的化工基础实验如表1 所示。根据课程设置和教学计划安排，化学班流体流动形态及临界雷诺数的测定为演示实验，其他六个实验为必做实验。在实验过程中采用分组轮流实验，平均6～8 个学生共用一台设备。管路流体阻力的测定和离心泵特性曲线的测定共用一台设备，设备存在严重老化问题，实验过程中经常出现漏水渗水问题；精馏实验装置购买年限已久，在实验中经常出现抽补上液体及加热不稳定的情况。综上所述，化工基础实验课程存在的主要问题是仪器设备简单陈旧。目前仪器设备只能基本满足实验教学工作的开展。实验条件受限，实验设备台套数少，每个实验的仪器台套数基本维持在1～2 台，多人共用一台仪器，严重影响学生参与实验的积极性。另外部分学生不重视化工基础实验课。由于化学专业学生是师范生，大部分学生们就业去向主要是初高中化学教师而不是化工企业生产现场，学生对化工基础实验的学习认识不够。

表1 已开展实验及现有设备情况

二、改革方法

（一）逐步增加对化工基础实验设备的投入

针对现有实验设备台套数不足的情况，积极争取实验配套设备的采购，逐步增加对化工设备的投入力度。充分利用现有资源，将学院前期采购的化工单元仿真系统和合成氨工艺仿

真系统充分利用起来。通过化工过程仿真模拟，学生可以直观地看到化工过程中传动、传热和传质的变化，将整个化工过程简单化。

（二）加强教学组织管理，提高实验教学质量

1.仿真教学辅助实验操作

在实验教学开展前，先开展仿真实验。学生可以通过仿真软件对化工基础单元操作装置进行仿真操作。以传热实验为例：传热实验仿真流程如图2 所示，蒸汽是热流体，水是冷流体。水进入换热器内管后与套管环隙中蒸汽进行换热。通过流量控制阀调节冷水流量大小，水流量、冷水进、出口温度和管壁温度直接从表盘上读取。操作步骤依次如下（局部放大按钮如图2）：启动水泵，打开进水阀，打开蒸汽发生器，打开放汽阀，读取水的流量，读取温度，记录数据，计算结果。实验结束后，先关蒸汽发生器，再关进水阀。

仿真操作能实时模拟化工过程，操作简单便捷。学生们在模拟操作过程中，一旦出现问题，系统会及时报警。有利于学生在错误的操作过程中找出问题所在，并及时解决问题。在预习过程中充分调动学生学习化工单元仿真的积极性和主动性，通过不断的调试模拟，熟练操作，熟悉工艺流程[5]。

2.强化现场操作教学指导

实验教学中采用提问的方式组织教学，引导学生认识仪器和仪表，掌握实验原理和操作方法。例如：传热实验中，对流传热系数α 值的测定。以提问的形式引导热量传递的推动力是什么？引出温差，并对表盘上空气进出口温度和蒸汽进出口温度进行读数，从而计算逆流传热过程的Δtm。

实验过程中，严格按实验流程操作，培养学生的安全意识，不乱动乱摸，养成好习惯。为后期化工生产实习打下良好基础。

实验结束后，指导老师检查实验数据是否正确，引导学生针对数据结果如何有效开展分析讨论，按时提交实验报告。

3.考核形式

化工基础实验考核内容包括预习报告质量（20%）、实验过程中小组合作情况（10%）、动手操作技能掌握程度（20%）和实验报告质量（50%），其中实验报告主要考查实验数据处理方法、实验结果分析及讨论等。

三、结语

通过加强教学组织管理，激发了学生学习的积极性和主动性。同时紧贴当前化工专业人才的市场需求，通过化工单元仿真单元操作辅助实验操作来提高化工工程意识、加强实际操作能力，提升专业技能，培养化工应用型人才。