化工原理实验教学的改革

舒世立，赵红丽，黄艳娥，王丽红，柳鑫华

(唐山师范学院化学系，河北 唐山 063000)

化工原理实验是化工原理课程的重要组成部分，与化工原理课程中基本理论相结合。实验是对基本理论的验证，使学生熟悉各个单元操作设备的结构和基本操作以及调节方法，提高学生对设备的基本感知能力和调节能力。

与基础实验相比，化工原理实验更偏向于工程实践，主要是为了使学生对设备有一个直观的认识。实验教学的特点：(1)了解某些难计算数据的实验测定方法，使学生直观了解在工程中，对于某些影响因素较多的参数，可以将其作为测定结果，采用实验的方法获得。(2)分析设备结构和特性。在理论教学中，因为学生缺乏对设备的直观感性认识，对设备结构理解较差，通过在实验课加深学生对设备结构的认识和基本原理理解，掌握设备性能参数和操作过程。

1 现有化工原理实验教学存在的问题

实验开始前，要求同学根据实验讲义进行预习，了解塔设备基本结构，熟悉实验步骤。进入实验室后对照讲义进一步熟悉设备，教师讲解实验过程，边讲解边操作，在讲解过程中结合提问和同学们互动，检验预习情况。这种教学模式往往造成只有少数学生预习。

实验过程中，学生首次接触大型设备，管路、阀门、仪表等较多，又因为设备多是不锈钢材质，学生预习不充分，不熟悉设备结构，造成实验过程中无从下手也不敢下手的畏惧心理，不能理解每一步操作的目的，当数据偏离正常范围时不知道如何调节实验参数，导致实验课堂效果极差。

实验报告是检验学生实验课程的依据，是对实验数据的整理、计算和分析[1]。但是学生的实验报告仅仅是按指导教师的要求，根据实验讲义将所含的主要内容学生机械式抄到实验报告上，根本不思考，因此经常有学生将实验报告弄混，比如精馏和吸收两个实验，因为都是塔设备，经常有学生会将二者的实验原理、实验目的、实验内容和最后的数据处理弄混。这样进一步说明学生对实验报告不够重视，只是为了完成老师布置的任务，大多数学生根本不进行透彻分析，更缺乏思考。因此经常是一组几个同学的实验报告完全一样，甚至是全班同学对于同一个思考题的回答都是一样的，这就失去了实验报告存在的意义。

2 化工原理实验教学改革与探索

2.1 分层次实验教学

高等教育的核心是人才培养，人才培养要以学生的全面发展为目标，根据学生学习能力和学习效果的不同，将实验分为三个不同层次，其中验证性实验室要求所有学生必须参加，气体两个层次学生自由选择[2]。

实验三个层次分别为：(1)验证性实验，这一层次与原有实验过程一样，主要包括学生根据讲义进行预习、教师讲解、教师演示、学生实验和数据处理四个层级。这部分要求所有学生参与。(2)综合性实验，这一层次主要针对学有余力、对参加化工实验大赛有兴趣的和考研准备考化工原理的学生，充分发挥学生的主观能动性和学习兴趣，旨在加深和巩固理论知识，提高实验技术的综合运用能力。(3)设计性实验。这一层次也主要针对学有余力的学生，学生根据实验室现有设备自主选题，查阅文献制定实验方案，确定实验步骤，完成实验数据的测量、数据处理，指导教师只是负责实验室安全和解答问题、最终确定学生方案的可行性。

以填料塔吸收传质系数的测定实验这一简单实验来说，根据分层次实验，由原来仅仅测量吸收传质系数，扩展到如下几个方面(1)测定填料塔吸收过程的流体力学特性与压降之间的关系；(2)吸收剂用量对吸收传质系数的影响；(3)吸收过程中根据不同的工况变化进行调节。

2.2 充分利用线上资源，进行实验预习

预习是做好实验的关键环节，要求学生通过对理论知识的复习弄清楚实验原理，了解实验要求和实验设备，熟悉具体的实验步骤。这几部分，学生感觉最难得就是实验设备，化工原理实验室是学生第一次接触大型实验装置，学生对实验装置很陌生，无从下手。通过QQ群等将实验装置的视频资料给学生，学生可以根据自己的时间安排随时学习，反复观看，提高对设备的熟悉程度；通过实验前的仿真实验，熟悉实验流程，体会误操作给实验带来的问题。充分调动学生的积极性和主动性，提高预习效果[3-4]。

2.3 细化实验过程

化工原理实验装置是化工厂单元操作装置的缩小版，实验测量的数据大部分也是工厂中需要工人不断采样分析的数据，因此实验过程不仅需要理论知识，还需要考虑工业过程的可行性，特别是操作过程是否安全可靠，因此在实验讲解过程中要结合生产实际讲解实验内容，重点介绍实验流程、实验设备的正确使用方法、操作步骤、实验中需要重点观察的现象和数据测量点，以及注意事项，特别是安全注意事项。比如填料塔吸收传质系数的测定实验，虽然吸收实验相对其他化工原理实验操作步骤简单、需要测量数据少，但是由于塔设备比较高，而且我校的实验装置是吸收解吸在一台设备上，对于有些阀门学生如果没有仔细预习，可能会误开或误关，导致塔内压力急剧上升或下降，因此在讲解过程中，教师对实验设备进行详细解析，对于设备操作中的各个细节重点强调，使学生对设备有足够的了解。

通过实验前的预习和老师的讲解，达到学生能完全明白实验过程和实验操作，并且知道每一步操作对应的目的。在实验过程中，老师通过仔细观察及时纠正学生不规范的操作，做出针对性的指导。

化工原理实验主要是对工程问题的验证，而工程问题的影响因素众多，过程复杂，一些细微的操作不同或者参数变化都可能对产品性能和生产过程造成重大影响，根据学生的实际操作，针对个别学有余力的学生，可以当堂提出一些问题，训练学生的思考和解决问题能力。在吸收实验中，气体温度不断上升，这是因为随着实验进行空气压缩机运转产生大量的热，导致气体入口温度不断上升。通过让学生解释这一现象不仅可以用到理论知识，认识到理论与实际的差距，还可以使学生更直观的了解工程问题的影响因素众多，认识到从实验室到工业化并不仅仅是设备的放大，需要综合考虑传质、传热等等因素。实验过程中，吸收填料塔塔顶的温度高于塔底，这一现象对吸收过程有何影响，如果消除，通过这些问题可以提高学生学习兴趣和综合、灵活运用所学知识的能力。

在实验过程中鼓励学生利用excel、origin软件处理测量数据，确定是否需要进行重复实验，提高学生处理实验异常数据的能量，提高实验教学质量[5]。

2.4 重视实验报告，提高数据处理能力

为了打破传统实验报告的弊端，不再强制学生按实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤、数据处理、思考题等这几部分进行撰写，为学生留有更多的思考空间。验证性实验，在实验报告中更注重误差分析部分，尽可能减少抄袭现象；综合性和设计性实验没有现成的实验讲义可用，学生既可以按照传统实验报告形式来写，也可以写成小论文的形式，学生通过处理实验报告可以提高查阅文献、撰写论文的基本能力。

与基础实验相比，化工原理实验数据多，计算量大。学生面对繁杂的数据感到无从下手，针对不同层次的实验，对数据处理提出不同的要求。验证性实验，由教师提前设计好原始数据记录表；综合性和设计性实验的原始数据记录表由学生自己设计，教师负责检查和指导。数据记录表要写明各个数据的单位，有效数字。实验过程中学生及时填写测量数据，实验结束，教师认真检查记录的实验数据，学生及时处理实验数据，详细描述数据处理过程。通过数据处理过程，学生可以更进一步理解实验的目的和原理，提高综合运用知识和创新的能力。鼓励学生采用不同的方式进行数据处理，比如采用图示法，列表法等，使学生的数据处理过程更接近工程实际。

2.5 实验成绩评定

实验课程主要是培养学生的基本操作和获取数据及数据准确度的能力，因此实验考核通过实验操作和数据处理两部分组成。由于化工原理实验时间较长，不可能每一个实验都进行考核，因此采用现场抽签方式确定考核实验，考核过程中教师根据实验设备、实验原理或实验操作进行提问，通过实验操作、数据处理和回答问题三部分进行全面考核。这一考核方式既可以避免学生不重视实验课，实验过程中仅有少数人动手操作的现象，又能考核学生的应变能力和知识掌握程度及综合运用能力。

整个实验课程的分数由平时实验课成绩、实验报告和考核成绩按比例组成。

3 结 语

填料塔吸收传质系数的测定实验是工程实践在实验室的验证性实验，具有工程特色，通过改善预习过程、增加实验层次、提高数据处理要求、改变考核过程等，建立起化工原理教学与实验相互结合的整体实验过程，提高实验课课堂的教学质量，完成实验课的人才培养目标，提升学有余力学生的综合、设计能力，为学生后续参加实验大赛和考研提供帮助。