化工实验大赛对化工原理教学的影响

于 滢

（南京工业大学化工学院，江苏南京 211816）

《化工原理》是一门以单元操作为背景的化工及相近专业的主要专业课，担负着从理论到工程、从基础到专业的桥梁重任。为在全国高校营造更浓厚的学习氛围，加强培养学生的工程能力、创新能力、安全意识和责任意识，进一步加强校际交流，2017年由教育部高等学校化工类专业教学指导委员会和中国化工教育协会联合主办了“全国大学生化工实验大赛”（后简称化工实验大赛）。近年来，各高校逐渐重视大学生学科竞赛在人才培养中的促进作用，参加全国大学生化工实验大赛的院校逐年增多，角逐更加激烈。

1 化工实验大赛简介

化工实验大赛自2017年开始，先后在天津大学、华东理工大学、大连理工大学、南京工业大学、四川大学成功举办五届，2023年决赛将在北京化工大学举办[1]。大赛以《高等学校本科化工类专业教学质量国家标准》的相关要求为主要依据，由理论笔试、化工原理实验和单元仿真三部分组成，其分值占比为4 ∶4 ∶2。比赛时，需三名学生组队，经区赛选拔后参加国赛。区赛分为东北、华北、华东、西北、西南、中南六个赛区。而为保证比赛的参与度，每个学校仅一支队伍能够入选全国总决赛[2]。

理论笔试，每个队员独立完成，以化工原理主要的单元操作流体流动、流体输送机械、传热及设备、吸收、蒸馏、气液传质分离设备和干燥为考试内容。而考试题目，既有基础性试题，考查学生的基础知识的扎实程度；又有灵活性强、难度高或计算量大等难题，考查学生对知识的理解和灵活应用能力。

化工原理实验通常为现场考试，疫情防控 期间，为保障师生安全而在线上进行。考试内容包括四个实验项目，分别为流体流动综合实验、传热综合实验、精馏实验、吸收实验。每个参赛队赛前随机抽取一个实验项目，由三名队员通过配合在规定时间内完成实验操作和实验报告，重点考查学生的灵活性、创新性，以及对实际工程问题的解决能力等[3]。

化工单元仿真操作由每个队员独立完成，通过在电脑中模拟各生产场景，考查学生对化工厂危险源识别能力和传质分离（塔）设备（吸收解吸单元、精馏单元）的冷态开车、正常停车、事故处理及稳态生产，以及化工原理实验室安全虚拟、液液萃取、恒压过滤3D、流化床干燥的3D 仿真等操作能力。这种在虚拟仿真中考查学生的操作和实践能力，不再流于形式，更能充分考查学生在实际工厂场景及具体生产工艺过程中的工程实践能力，对学生的安全意识等也提出了极高的要求[4]。

2 化工实验大赛对《化工原理》教学的推动作用

高要求才有高质量，高质量就能促发展。化工实验大赛对学生、教师和学校企业不仅提出了高要求，同时也推动了各方的发展[5-8]。化工原理课程是大多数学生学习的第一门工程性课程。因此，学生往往“重理论轻实践”“重原理轻设计”，普遍存在工程实践能力匮乏的问题。而对于教师而言，讲授化工原理这门课程是一项较为艰巨的任务，除课程本身难度大、公式多以外，还需在教学过程中着重培养学生的工程意识和创新意识。化工实验大赛正好弥补传统教学的短板，以赛促学、以赛促教、以赛促建，持续推动化工原理教学的开展。

2.1 以化工实验大赛为平台，强化学生的工程能力、创新能力和综合意识

《化工原理》课程在理论教学的基础上，结合化工原理实验教学、化工原理课程设计等教学环节，使学生掌握单元操作的过程与设备原理，旨在提高学生分析问题和解决复杂工程问题的能力。然而在实际教学过程中，学生习惯于传统的“填鸭式”教学，普遍缺乏自主学习意识和能力；在学习本课程前，接触到的都是基础课程，导致学生“重理论轻实践”“重原理轻设计”，无法根据实际任务需求“串联”单元操作，融会贯通，学以致用，普遍存在工程实践能力匮乏的问题。此外，在实现““双碳”目标”的背景下，传统化工产业的节能减排是重中之重，创新则是必经之路。学生仅学习了传统化工中单元操作的基本原理和设备，创新意识且创新能力极大不足，不利于化工创新性发展和服务社会等。

化工实验大赛过程中，理论题目灵活，可提高学生“串联”两个或多个单元操作的意识，促进学生融会贯通；题目深度深、重设计、重计算，可以有效提高学生工程能力。此外，实验过程和仿真操作更能考察并提高学生的工程实践能力。现阶段，由于自主设计或者设计制造厂家的不同，国内高等院校的实验设备不尽相同。参赛学生面对不同的实验任务和实验设备，根据所学基本知识，自主设计实验过程，安全完成实验操作并灵活正确地处理实验数据等。这充分锻炼了学生的实践能力、解决问题能力、团队协作能力、安全意识和经济意识。实验大赛的安全仿真和单元仿真进一步强化了学生的实践能力、解决问题能力和安全意识。

化工实验大赛正好弥补了教学过程中的不足，行而有效地强化了学生的工程能力和创新能力，为化工创新性发展和服务社会培育人才。并且，学生参加全国赛事也丰富了其大学生活、提升其自信心、开阔其眼界，而参加全国比赛的宝贵经验也将在其今后学习、工作和生活中产生更为深远的影响。

2.2 以化工实验大赛为契机，提升教师专业素质和能力

比赛中学生起主体作用，但在比赛前准备过程中指导教师就要起到不可替代的辅导和指导的作用，因此，指导教师的专业素质和能力对比赛结果也至关重要。为了让学生在比赛中取得优异成绩，指导老师在比赛前必须对学生进行全面指导，一方面，在认真授课的同时领导学生无死角地学习，为学生打好扎实的理论基础；另一方面，面对理论考试试题越来越灵活多变的现状，指导学生的过程中还要培养其应用理论解决工程实际问题的能力。因此，在备赛和比赛的过程中，指导教师要在学期末和假期中投入大量的时间和精力，要有奉献精神，同时也要有扎实的专业知识和过硬的实验技能，为学生在大赛取得好成绩提供保障。此外，为取得好成绩，指导老师须认真钻研化工原理理论和实验教学，积极寻求获得好成绩的教学方法和方式，积累比赛经验，总结比赛教训，进而不断提升自己的教学能力和专业水平。

而对于青年教师而言，参与指导学生参加大赛是一个提升自身专业素质和能力的快速并且有效的途径。面对大赛的高要求，老师会清楚看到自身不足，汲取知识和经验而快速成长，并且在今后的教学中也会更加注重培养学生的基础知识、工程实践能力和创新能力，因而教师的教学素质和能力也会有所提升。并且，在辅导学生过程中，师生交流相较于日常教学来说更加紧密，这会使老师更加了解学生水平和情况，更能因材施教，也有利于开展日常的教学工作。与有经验的老师们一起辅导比赛时，青年教师也可以近距离学习到教学方法和策略，这与参加授课培训等方式相比，更有利于自身成长。

所谓教学相长，指导比赛对教师而言，尤其是青年教师，也是一个不可多得的学习和提高的机会。

2.3 以化工实验大赛为载体，促进校际的交流和高校化工学科的建设

比赛时，各地高校的教师、学生和企业也会亲临现场，这也就有了现场交流、互相学习的机会。

（1）学生之间可以互相交流学习心得和体会以及未来打算等。参赛学生一般为大三下学期的学生，这正值决定保研、考研或工作去向的关键时刻。在这迷茫时期，与不同学校的同学交流，既有助于学生缓解内心压力，又可以交换信息，减弱信息差，更加有利于做出未来去向的决定。

（2）各高校老师也可以利用这个平台沟通交流教学问题和经验。而对于青年教师而言，这也是与外校优秀老师交流，完善自身不足，进而快速成长的好机会。各参赛院校化工专业学科建设情况有所不同，借助参加化工实验大赛的机会，老师们积极交流沟通，不断改善教学和实验条件，为以后开展合作，促进教学改革与学科建设的方向提供了有利条件。

（3）比赛也促进了校企之间的交流与合作。大赛仿真软件由东方仿真、欧倍尔两家公司提供赞助、大赛实验装置有的由莱帕克公司提供。学生和老师通过仿真软件和实验装置，自己能力提到了提升，同时，使用后的反馈信息也促进企业产品的发展。因此，企业在参与竞赛过程中，也在不断学习创新，与化工建设共进步，为化工类专业教育创造价值，与高校合作共创化工新未来。

以举办大赛为契机，以赛促学、以赛促教、以赛促建，提升高校本科化工专业的建设。大赛已经成为化工类专业新工科建设、人才培养及参赛教师教学交流的重要平台。

3 实验大赛的发展建议

面对化工实验大赛对化工原理教学的促进作用，广大学生和老师应积极主动参加大赛，追求自身能力和素质的提升。然而，目前，化工实验大赛仍有学生和教师的积极性不高、学校的重视程度不够及大赛的影响力不足等问题。针对这些问题，提出以下发展建议[9-10]。

对学生和老师来说，一方面应该端正态度，积极参加，充分清楚认识到参加实验大赛的经历和经验对自身能力和素质的提高有益效果。尤其是对拟考研的学生和青年教师，参加化工原理实验大赛是难能可贵的提升机会。另一方面，教师组还应健全选拔和分组的方式和制度，提高参赛学生质量，制定训练方案，为学生获得好成绩打好基础。

从学校角度来看，学校对比赛的重视程度往往直接影响参赛队伍最终成绩，鼓励和支持学生和老师参加比赛有利于学校的学科建设、教学质量和知名度的提升等，因此学校应从多角度、多层次来激励学生和老师参加比赛，如提高奖励措施和学科竞赛经费等。

从大赛层面上来说，通过扩大大赛的影响力来进一步激励学生、教师和学校的参赛积极性，强化大赛对化工原理的促进作用。面对逐年增多的参赛学生、老师和学校，大赛的比赛内容需要在丰富性、灵活性及实用性方面也要随之加强。此外，实验比赛中实验内容不同、难度不同为学生成绩评定增加了难度，因此，规范大赛制定标准，规范成绩评定及奖项设置，为各参赛队伍提供公平的比赛环境，让参赛队伍赛出风采、赛出真水平。

4 结束语

全国大学生化工实验大赛综合考察同学的理论知识、实验实践和仿真模拟能力，既能使学生可以更系统地掌握化工理论知识，又着重培养学生工程能力、创新能力和综合意识；提升了教师专业素质和能力，尤其有助于青年教师快速成长；同时，促进了校际的交流和高校化工学科、实验室和仿真软件的建设，为培养工程型、创新型人才奠定基础，持续推动课程高质量建设，构筑化工专业教育新形态！因此，希望更多的学生、老师、学校和企业参加全国大学生化工实验大赛，这不仅有利于提高自身水平、促进自身发展，同时也能使大赛的内容越来越丰富、赛制越来越完善，从而进一步扩大赛事影响力，提高对化工原理教学的有益效果。