工程教育专业认证下化工原理实验教学改革探索*

蹇 建，周 虎，袁正求, 刘国清，曾坚贤

(湖南科技大学化学化工学院,湖南省普通高校化学与化工创新创业教育中心，湖南 湘潭 411201)

开展工程教育专业认证工作是规范我国高等学校工程教育专业、提高工程教育质量的重要举措[1-2]。湖南科技大学化学工程与工艺专业作为国家级一流本科专业建设点，教育部“卓越工程师教育培养计划”实施专业，于2021年完成了化工与制药类专业认证委员会的专家进场考察。化工原理实验属于工科实验范畴，是应用自然科学的基本原理和工程实验方法来解决化工及相关领域的工程实际问题，是培养化工专业专门人才的一门必修的专业基础实验课程。本课程通过开展化工单元操作工程实验的系统训练，使学生深化理解化工原理知识，提高学生实验操作能力和创新能力，以及解决实际工程问题的能力[3]。根据工程教育专业认证标准和要求，化工原理教学团队从教学大纲、实验条件、教学体系、考核方式和课程达成度等方面对化工原理实验进行了探索，目的是培养学生的工程应用能力和创新精神，以提高学生的综合竞争力[4]。

1 根据专业认证标准修订教学大纲

根据工程教育专业认证的要求，化工原理教学团队编制了新的《化工原理实验》课程教学大纲，明确课程目标对培养方案中“毕业要求”的支撑，培养学生严谨的科学态度和团队合作精神，提高工程实践能力。在新制定的教学大纲中，将柏努利方程演示实验和雷诺演示实验、流体流动阻力的测定、离心泵性能参数的测定、传热膜系数的测定、总传热系数的测定、填料吸收塔实验、精馏塔的操作及塔板效率测定和空气循环干燥实验有机结合，增设16 学时的化工原理仿真实验(共计60学时)，完善并充实了实验项目内容，明确了3个课程目标，建立了专业认证的毕业要求指标点与课程教学目标之间的支撑关系(见表1)，形成了完整的教学大纲体系。具体内容如下：

课程目标1：巩固、深化和应用化工原理的基本概念、基础知识、基本理论和方法，培养实验操作能力以及运用基本理论和方法综合分析和解决实际问题的能力。掌握化工单元过程实验的设计与与数据的测试技术，掌握化工典型单元设备的操作方法。

课程目标2：掌握实验数据获取与处理，实验结果分析与讨论，实验报告编写。

课程目标3：提高工程实践能力，培养严谨的科学态度和团队合作精神。

表1 化工原理实验课程教学目标对毕业要求指标的支撑关系Table 1 The supporting relationship between the teaching objectives of Chemical Engineering Principle experiment course and the graduation requirements

2 改善实验教学条件

为提高学生的培养质量和满足专业认证的要求，已为化工原理实验购置或更新了综合流体实验装置、雷诺演示实验装置、伯努利方程演示实验装置、筛板精馏实验装置、循环风洞道干燥实验装置、板框过滤实验装置、吸收与解吸实验装置等仪器设备。与此同时，实验室对安全、保障和维护措施进行了进一步完善，具体包括：全面清理和完善实验室的安全标示，将《设备安全操作规程》贴在墙上，并对危险化学药品备有安全说明；实验室有良好的通风系统，装置取样点处都安装有局部吸排风口，使用易挥发药品的专业实验室均配有柜；加强了实验室常用应急药品的配备，将护目镜和急救箱等摆放在易取位置；根据服务半径，在实验室附近配备了洗眼器，用于发生意外时冲洗眼睛和淋洗身体；在实验室设置烟雾和火警报警监测装置，使潜在的安全事故能够得到及时的预警和消除。此外，由学院聘请专职的实验室安全巡查员1名，对实验室安全开展经常性的巡查，发现隐患及时上报，有效提高了对实验室安全问题的早期发现和防护力度。

3 完善多层次教学体系

化工原理实验分层次开展实验教学，构建从“演示实验→验证性实验→综合性实验→设计、提高型实验”的多层次的实验教学体系。例如，学生进行“流体流动形态演示实验”，滞流时流体沿管径按抛物线的规律分布，中心的流速最大，愈近管壁流速愈慢。湍流时由于流体质点强烈分离与混合，流体质点呈紊乱地向各方向作随即脉动。通过演示实验让学生建立“滞流和湍流两种流动形态”的感性认识。又如在“伯努利方程实验”中学生通过观察在流量相同与流量变化的情况下不同管道截面的静压能与冲压能变化，从而理解流体流动的机械守恒与能量的转化。在“离心泵特性曲线的实验测定”中学生根据实验数据建立离心泵的性能可用特性曲线，即扬程和流量的关系曲线(H-Qv曲线)，轴功率和流量的关系曲线(P-Qv曲线)，效率和流量的关系曲线(η-Qv曲线)，从而验证泵的流量与扬程(压头)、轴功率和效率等之间的关系。在综合性实验中例如学生进行“传热膜系数的测定”实验，通过对流传热系数α的测定，加深对其概念和影响因素的理解。最后学生进行的“计算机仿真实验”，通过设计和模拟以上各实验的操作与数据处理，从而提升学生创新能力和解决实际问题的能力。另外，为符合专业认证的要求，我们将学时数增加到了60学时，化工原理课程教研组还编写了新的《化工原理实验》教材，丰富了实验教学内容，帮助学生树立解决复杂化学工程问题的观念。多层次教学可充分调动学生的学习兴趣和勇于探索的积极性，提高实验操作能力、创新能力以及运用基本理论和方法分析和解决实际问题的能力，为以后的生产工作奠定了良好的基础[5-6]。

4 改革考核方式

根据专业认证理念，结合化工原理实验的特点和流程，以学为导向，注重学习过程。实验预习情况占总成绩的10%，主要考核学生对本课程理论知识的预习情况和预习报告；实验操作占总成绩的40%，主要考核学生实验操作过程、实验态度和作风情况；实验报告占总成绩的50%，,主要考核学生对实验操作表述、实验数据处理、实验结果分析的准确性。从单纯的实习报告是不能体现学生对实验的预习程度，因此，我们一方面考察预习报告撰写情况，另一方面通过提问的方式考查学生是否真正理解实验的基本原理和大概操作过程。操作部分则仔细观察学生的实际操作能力和数据采集能力，对动手能力强和行动懒散的学生均予以记录，以此作为实验操作部分成绩的评价指标。同时增加实验小组成员间的相互提问、交流以及教师参与互动的方式，从而增强学生理论联系实际、分析和评价的能力。实验报告部分则整体考察学生对实验基本原理和操作的掌握程度，以及数据分析和处理的能力。教师根据学生的成绩和实践操作情况进行总结，分析学生在实验操作过程中存在的问题，提出改进方法，不断完善教学过程，形成持续改进机制，进而全面提高教学质量。采取新的考核方式以后，学生对化工原理实验无论是从实验原理、操作能力，还是在创新意识方面均得到了较大提升，并且形成了良好的实验习惯。

5 课程目标达成度评价

工程专业认证非常强调要依据课程目标达成度评价对后续教学工作进行持续改进，因此，我们根据《化工原理实验》课程支撑的毕业要求指标点与课程目标的对应关系，对该实验的课程目标达成度进行了量化分析，评估了学生的工程知识能力的达成度，为后续课程的持续改进指明方向。以某化工班《化工原理实验》教学目标达成度分析为实例，教学目标1、教学目标2和教学目标3分数占比分别为40分、40分和20分。首先计算出每个学生在各教学目标的平均值，然后除以各教学目标的满分值，即可得到各教学目标达成度。根据该方法我们计算出此班在该实验课对应的课程目标1的课程达成度为0.85，课程目标2的课程达成度为0.82，课程目标2的课程达成度为0.76，总体课程达成度值为0.82，表明本班学生对《化工原理实验》课程的内容掌握程度较好，但同时也关注到学生在创新意识和团队协作能力方面有所欠缺，在今后的实验开展过程中将进一步加强学生在该方面的培养。

6 结 语

化工原理实验课程是化工专业不可或缺的实验实训环节，是将理论与实践联系起来的桥梁，也是培养高素质化工专业人才的重要环节。在工程教育专业认证更高、更严格的标准和要求下，本实验课程制定了符合要求的教学大纲，改善了实验教学条件，完善了教学体系、建立了合理的考核方式和课程达成度评价体系，有效提高了教学水平和质量，也显著提高了学生的创新能力和解决实际工程问题的能力。