化工原理實驗教學改革

[摘要]針對21世紀復合型、創新型化工人才培養的要求，對化工原理實驗進行了一系列改革與建設，增設了綜合性、設計性、研究性等實驗內容，采用現代化教學手段，強化工程觀點；為進一步提高實驗教學質量搭建了一個良好的平臺。

[關鍵詞]化工原理實驗，實驗教學，教學質量。

[中圖分類號]TQ02[文獻標識碼]A[文章編號]1005-4634(2008)05-0448-03

《化工原理》課程是化學工程、應用化學、過程裝備與控制、生物工程、環境工程、高分子等專業的技術基礎課。化工原理課程的主要內容是以生產中物理加工過程為背景，按照其操作原理的共性歸納為若干“單元操作”，主要研究各單元操作的基本原理、典型設備的原則結構和工藝尺寸的設計計算以及選型。化工原理屬于工程科學，用自然科學的原理考察、解釋和處理工程實際問題，研究方法主要是理論解析和在理論指導下的實驗研究。《化工原理實驗》是配合化工原理課堂理論教學設置的實驗課，運用課堂學過的化工基本理論，通過實驗從實踐中進一步學習、掌握和運用基本理論，分析實驗過程中的各種現象和問題，培養學生實際動手操作實驗設備的能力，分析、歸納、整理實驗結果及撰寫實驗報告的能力，以及嚴肅認真、實事求是的工作作風。《化工原理實驗》是培養學生工程設計能力、工程實踐能力以及創新能力的重要教學環節，與理論課具有同等重要的教學地位。為了適應21世紀對復合型、創新型化工人才培養的需要，筆者對《化工原理實驗》進行了一系列的改革與建設，取得了較好的的教學效果。

1引入仿真實驗，注重學生綜合能力培養

仿真是20世紀40年代末以來伴隨著計算機技術的發展而逐步形成的一門新興學科。化工原理仿真實驗是通過動態數學模型以實驗原理、實驗現象、實驗步驟和實驗數據為基礎實時模擬實驗過程，通過互動3D模型模擬工廠現場的真實操作，并產生和真實實驗一樣的操作結果。筆者采用的是北京東方仿真公司開發的化工原理仿真實驗課件，主要內容包括：①離心泵性能曲線測定；②流量計的認識和校核；③流體阻力實驗；④過濾實驗；⑤傳熱實驗（兩個流程）；⑥精餾實驗（兩個流程）；⑦吸收實驗（三個流程）；⑧干燥實驗等共8個實驗12個實驗項目，這些實驗都是最具代表性的化工原理實驗，基本上包括了化工原理課程的主要內容。

每項實驗內容包括：①實驗指導：為動態網頁格式，支持網絡教學，是與實驗講義相關的內容，包括實驗目的、實驗原理、設備介紹、計算公式以及注意事項等內容；②實驗操作：對虛擬裝置進行仿真操作，操作界面直觀、簡潔、友好，使學生讀取數據方便而不失真實，特別設計局部放大功能，需要讀取數據的儀表、溫度計等，都可以放大到最清晰的效果。在實驗操作上，也采用相似的設計，感覺真實而又簡單明了；③數據處理：對實驗操作的結果，利用計算機自動計算、處理、曲線繪制并打印整理；④教學課件：與實驗內容相關的教學課件，采用開放式設計，教師可以用自己制作的課件代替；⑤素材演示：相關教學內容的多媒體課件，包括與實驗有關的錄像資料，真實設備的照片等素材的演示，便于學生自學。

化工原理仿真實驗以真實實驗為基礎，吸收和運用了先進的教學思想，將計算機引入化工原理實驗教學過程中，將化工原理實驗教學模式由一元引向多元。通過近幾年在實際教學中應用化工原理仿真實驗系統，豐富了實驗內容，拓展了學生視野，提高了學生實驗參與的興趣與積極性，培養了學生實際運用計算機工作能力，增強了學生的操作能力和綜合素質，有效提高了實驗教學水平。

2增加設計研究型實驗，培養學生獨立解 決問題能力

在實驗教學過程中，為了鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，筆者將化工原理實驗由單純的驗證型轉化為設計型、綜合型實驗，引導學生進行理論分析，結論分析。

原有的恒壓過濾實驗只能測定常溫下的恒壓過濾常數，實驗內容單一，局限性大。筆者在充分調研的基礎上，對實驗設備進行了改進，在懸浮液攪拌槽內增加了加熱裝置和溫度控制儀表，并對實驗內容進行了調整，增加了溫度對過濾速率的影響，由學生自己設計操作溫度，對實驗結果進行分析比較，并要求學生對過程的經濟性做出評價。這一改進不僅鍛煉了學生自主創新能力，也培養了學生工程經濟觀點，收到了很好的教學效果。

精餾實驗在開設初期只有全回流一個實驗項目，雖然配套有計算機數據采集系統，但實驗內容仍顯單薄，而精餾又是化學工業最重要的單元操作，其理論教學的重點和難點回流比的選擇，在設計和生產中都具有重要的作用。為了使學生能夠更好地理解回流比，筆者對實驗裝置進行了改進，增設了部分回流裝置，不僅豐富了實驗內容，而且通過測定不同回流比條件下溫度、濃度沿塔分布規律，以及產品質量的分析比較，使學生掌握了調節回流比的重要性，同時認識到回流比的局限性以及對生產成本的影響。

為了培養學生工程觀點，將實驗操作單元融入到實際生產流程當中，筆者將化工工程仿真實習和工廠生產實習同化工原理實驗的單元操作結合，延伸課程體系，讓學生在實際化工產品的生產過程中更加深入地了解化工單元操作在化工生產中的作用，強化學生的工程意識。學生通過仿真實習和生產實習，熟悉整個生產工藝流程和生產原理，了解設備的主要性能和構造，了解主要工藝環節的操作指標制定依據及測試方法，運用所學理論知識，聯系實際分析和理解生產工藝、關鍵操作及其原理，有助于培養學生的工程觀點，提高學生獨立分析解決問題的綜合能力。

3改進實驗內容，將綠色環保理念融入實 驗教學

隨著人們環保意識的提高，化工產業的環保問題越來越受到重視，現代化工過程強調用化學的技術和方法減少或杜絕那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產物、副產物等化學用品的使用和產生。為適應現代教學理念，將環保意識融入實驗教學環節，在實驗過程中避免或減少對環境產生污染。例如，在化工原理實驗中原有的填料塔吸收實驗是用水吸收氨，由于出塔尾氣和塔底吸收液中均含有一定濃度的氨氣，不僅對實驗室環境造成較大危害，也對周邊的教學環境有較大影響。因此，筆者通過調研論證，將塔底吸收液收集起來，并將塔頂尾氣通入吸收液中，將吸收液作為校園花草樹木的氮肥，既解決了環境污染問題，達到了綠色環保作用；又為學校節約了部分資金。學生通過這一實驗，既提高了環保意識，又充分認識到了化工生產中循環經濟的重要意義。

4利用現代化教學手段與教學方法，提高 學生學習興趣

在實驗教學中利用現代化教學手段擴大學生的知識面，自制了化工原理實驗操作演示系統，包括全部操作實驗的主要內容，由教師進行實際操作演示，配有實驗操作的詳細講解，畫面清晰，內容翔實。系統內容包括實驗原理的講授，實驗裝置、流程的講授，實驗操作步驟的講授，以及實驗數據測量，數據處理，實驗報告撰寫規范等的講授，該操作演示系統現已嵌入到校園網上，方便學生隨時觀看學習。而且開設網上答疑，針對實驗內容，及時解答學生提出的各種問題。

通過化工原理實驗教學改革，豐富了化工原理實驗教學內容，提高了教學質量。仿真實驗及現代化教學手段的引入，提高了學生的學習興趣，聯系了工廠操作實際，促進了理論課及專業課程的學習；設計研究型實驗的開設充分發揮學生的主動性，強化由書本到現場操作的探索過程，培養了學生的動手能力和創新意識；綠色環保概念的引入在學生的頭腦中形成綠色化學的思維意識，從環境保護的角度來考慮實驗設備、實驗手段、實驗方法等各方面因素；工程觀點的培養強化了工程意識促進學生思維由理科思維轉換為工科思維，培養學生的工程設計能力，提高了解決工程實際問題的能力，為將來畢業后從事實際工作打下良好的基礎。

參考文獻

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