化工原理開放實驗方式實踐與探討

路 平，周富榮，胥桂萍，林俊杰，方 文

（江漢大學 化學與環境工程學院，湖北 武漢 430056）

《化工原理實驗》是江漢大學化學與環境工程學院化學工程與工藝專業的一門單獨設課的必修實驗課，是一門實踐性很強的技術課。它主要通過對實驗方法、實驗技能的基本訓練，培養學生獨立組織和完成實驗的能力，以及實事求是的科學態度。為完成《化工原理實驗》的教學任務，保障教學質量，實現實驗目標，圍繞教學方法展開了一系列研究。如：針對設備臺套數少、利用率低和每組學生人數較多等問題，提出從時間、對象和實驗項目等方面進行“開放”的實驗教學［1－2］；為激發學生的學習興趣，提高學生實際操作能力，提出利用綜合性和設計性實驗取代驗證性實驗，使學生建立形象思維能力和工程概念，端正對化學工程專業課程的認識［3－4］；針對學生互相抄襲實驗報告，難以客觀評價實驗成績的情況，將傳統的以實驗報告作為唯一的評價方法改為以實驗預習情況、動手操作表現、實驗報告追蹤等多元化的評價體系，全面評價學生實驗學習過程［5－6］；針對學生預習實驗僅停留在抄寫實驗講義的層面，對實驗原理、目的、步驟以及注意事項未進行思考，缺乏學習主動性的問題，提出通過了解主要設備、儀表構造、畫制實驗裝置工藝流程，結合師生提問互動交流［7］或通過仿真實驗、現場演示等的實驗預習方法強化學生預習實驗的過程。

實驗的關鍵在預習，預習的程度直接關系到實驗操作的安全性、數據的可靠性、數據處理的正確性和實驗報告的規范性（實驗“四性”）。本文介紹了狠抓實驗預習環節，實行實驗預習考核機制，促使學生重視實驗預習，不僅保障了實驗“四性”，更重要的是通過實驗各環節預習培養學生根據現有條件，創建實驗方案、制定實驗步驟、撰寫實驗報告的能力。實現“抓預習、重能力”的實驗教學目標。

1 實驗內容及教師指導方式

1.1 實驗內容要求

為充分給予學生學習自主性和發揮學生創新思維，課程實驗內容只對學生提出最低要求。學生在此基礎上，根據實驗室現有裝置可完成更高、更復雜的實驗內容。如離心泵實驗，以單臺離心泵特性曲線測定為本實驗的最低要求，學生可完成較復雜的離心泵并聯或離心泵串聯的特性曲線實驗內容；精餾實驗最低要求為全回流時全塔效率檢測，學生可完成更高層次即任意回流比下的全塔效率測定。《化工原理實驗》的最終成績將根據預習實驗考試成績、實驗內容的層次、實驗操作的數據質量及實驗報告確定。

1.2 教師指導方式

教師指導方式采取集中與分散指導方式。集中指導標志著化工原理實驗課程開始，指導內容主要介紹實驗的預習過程包括實驗參考資料的收集、閱讀預習、實驗裝置現場預習、仿真實驗預習，實驗操作資格的獲取、實驗操作時間及內容的預約、實驗操作及撰寫報告等過程要求和管理方式。集中指導僅一次，之后學生可主動聯系、預約指導老師進行個別的分散式指導，此指導方式貫穿整個實驗階段。學生在實驗預習期間，有問題主動與老師聯系解決；獲得實驗操作資格后，學生主動到實驗室找實驗員預約實驗操作時間和內容；學生在實驗操作時遇到難以解決的問題，如設備故障需要搶修，或出現學生找不出原因的操作不正常現象，主動找教師尋求幫助。指導教師由原來的主動指導改為由學生主動找指導教師的“被動”指導方式，體現出學生的主動性。這種指導方式更能培養學生自主分析、解決問題的能力。

2 實驗預習

為保障實驗“四性”，提高實驗效果和質量，避免學生預習實驗僅僅為應付抄寫實驗講義和互相抄襲實驗報告的不良現象，要求學生從資料、現場、仿真等多方位進行實驗預習，通過實驗預習考核獲取實驗操作資格。采用不提供具體資料的方式培養學生收集、閱讀、歸納資料和制定實驗方案的能力。

2.1 資料預習

在教師集中指導階段，教師指出實驗安排、相關內容和網上位置，提出課程實驗內容的最低要求，以及涉及的實驗參考資料和實驗設備說明書，不提供與實驗裝置完全相符的實驗書或實驗講義。學生需要通過圖書館和網絡收集相關參考資料，通過閱讀、分析、歸納，了解化工原理每個實驗的目的、原理、一般實驗流程、操作過程、數據記錄格式和數據處理方法的一般要求及注意事項等內容，初步建立對實驗的理性認識。

2.2 現場預習

現場預習指學生結合現有的實際實驗裝置進行預習。在規定的幾個時間段，化工原理實驗室開放，學生可進實驗室針對現有的實驗設備裝置進行預習，主要了解記錄實驗設備的結構、實驗流體的流程、可以采集的數據和操作的控件，以及該實驗設備能進行的實驗內容等相關信息。現場預習不僅能建立學生的感性認識，而且學生通過獲得的相關信息可以初步設定自己的實驗內容。

2.3 仿真預習

仿真預習指學生在計算機上利用仿真軟件進行預習。學生在規定時間到仿真機房，指導教師僅介紹仿真實驗軟件各類控件的基本操作方法，學生根據理性和感性認識構思設計實驗步驟進行操作，利用計算機仿真軟件的各類提示，檢查自己設計實驗操作步驟的正確性，以及實驗過程的注意事項。這里提供的計算機仿真軟件有早期本校開發的部分實驗設備仿真軟件和教材隨書所帶的實驗設備仿真軟件。由于各學校實驗設備的不同，這些仿真軟件與本校的實驗設備也不完全相同。因此，學生必須根據資料預習的理性認識和仿真實驗裝置設計仿真實驗操作步驟進行實驗操作。這一環節不僅可以驗證學生對實驗操作步驟設計的正確性，找出實驗操作步驟中的不足，而且可以加深學生對違規性、安全性等注意事項的印象，為根據本校實驗裝置設計實驗操作步驟奠定基礎。

3 實驗操作資格及實驗預習效果

3.1 實驗操作資格

實驗操作資格是為保證實驗操作安全順利、實驗數據采集完整、數據處理正確無誤和實驗報告撰寫規范等實驗過程順利進行而設置的實驗預習考試制度。實驗操作資格的獲取完全取決于學生在資料預習、現場預習和仿真預習3 個階段的實驗預習效果。

實驗預習考試內容圍繞基礎實驗的目的、基本原理、基本裝置、基本操作步驟、數據記錄內容、數據處理方法和注意事項涉及實驗全過程的7個方面。結合筆者多年來在化工原理試題庫［8－9］、網絡習題集［10］建設方面的經驗，利用業余時間在這7 個方面建立了近千道題的實驗考試題庫。考核點均為基本點、無難度，但要求學生認真預習實驗，不放過實驗的每個細節。為了實驗過程順利進行，筆者提高了預習考試的通過成績。要求學生考核成績達到70 分（滿分100）才能取得實驗操作資格，進入下階段預約實驗操作實踐環節。

對未通過預習實驗考試的學生，用另一套試卷給予一次重考的機會，若這次考試仍未通過，則該生被取消實驗操作資格，該課程計0 分，只能與下屆學生一起重修本課程。

設置預習實驗考試的目的是嚴把實驗預習關，有助于學生認真進行實驗預習，提高實驗預習效果，保障實驗操作的順利進行。

3.2 實驗預習效果

化工原理開放實驗方式經過2009、2010 級化學工程與工藝專業兩屆學生的實踐。實驗課程教學改革后，兩屆學生實驗操作資格獲取率與效果見表1。相較于改革前學生實驗操作所耗時間長，實驗過程中如水流不暢等小故障較多，常找教師詢問有關實驗操作和讀數方法的情況，改革后，兩屆學生實驗均未發現實驗操作故障，也未找教師解答過問題，而且，學生實驗操作所耗時間短，說明學生預習效果好，實驗操作熟練，第二次獲取實驗資格的學生，也能較好地獨立完成實驗。從學生實驗數據反映均未發現異常的實驗操作現象，說明學生能較好地獨自完成實驗任務，具備較好的實驗操作能力。

表1 學生實驗操作資格獲取率及實驗效果

4 結語

為了達到實驗“四性”的目標，提高實驗教學的效果，培養學生在收集分析資料結合現場實驗裝置了解和仿真操作信息、經過綜合分析設計實驗方案、進行實驗操作和數據處理的能力。采取不提供對應的實驗預習資料，僅提供預習實驗的條件，通過實驗預習考試嚴把實驗預習關的方式，提高學生實驗過程的相關能力。結合建立的相應題庫和開放制度，經過兩屆學生的實踐操作，端正了學生的實驗態度，提高了學生學習的主動性和積極性，初步取得了較好的教學效果。但是，在教學過程中也發現了一些問題，如學生從預習考核到進實驗室實際操作相隔一段時間，有關注意事項已經淡化，為強化這些內容，我們在每臺設備上安置了溫馨提示，突出了實驗注意事項。相信在師生共同努力下，化工原理實驗教學質量會更上一層樓。

［1］ 李雷，宋利，韋曉燕，等.化工原理實驗開放式教學模式的探索與改進［J］. 廣州化工，2012，40（11）：209－211.

［2］ 魯莉華. 建設開放型化工原理實驗室的探索與實踐［J］.化工高等教育，2012（1）：36－39.

［3］ 王士財，張曉東，孫典亭. 化工原理實驗教學改革探索與實踐［J］.化工高等教育，2012（2）：79－81，96.

［4］ 丁海燕. 化工原理實驗教學的改革與實踐［J］. 廣州化工，2012，40（15）：233－234.

［5］ 趙清華，白薇揚，譚懷琴，等.化工原理實驗教學改革與實踐［J］.廣州化工，2012，40（6）：146－147.

［6］ 王志江. 以工程能力培養為目標的化工原理實驗教學改革［J］. 高校實驗室工作研究，2012，114（4）：35－36.

［7］ 迪麗努爾·塔力甫，王吉德，葉楓，等.轉變實驗理念，全面提升化工原理實驗教學質量的研究［J］. 化工高等教育，2012（2）：59－63.

［8］ 路平，王敏娟，萬昆. 試題庫自動組卷中選題策略研究［J］. 江漢大學學報：自然科學版，2003，31（4）：33－36.

［9］ 路平，王敏娟，萬昆. 試題庫智能組卷中的模糊算法［J］.化工高等教育，2003（2）：71－72.

［10］路平.化工原理網絡習題集［M］.北京：化學工業出版社，2009.