化工原理實驗課程改革探討

鄧朝芳?李青嵩

摘 要：化工原理實驗是化工類或近化工類專業的一門重要基礎課程，對培養學生的工程意識與工程設計能力十分重要。本文針對目前化工原理實驗課程中存在的一些問題，采用探討式教學方式，強化預習效果，引入多種化工軟件，注重實驗課程的過程性考核，加強與其他化工設計類課程的結合等多種措施提升實驗課程的教學效果。

關鍵詞：化工原理實驗；化工軟件；教學改革

化工原理課程是化工類及其相近專業的基礎課程，也是培養化工技術人才的重要課程，是連接理論與工程的紐帶。是同學們接觸到的第一門工程課程，引導同學們以工程的角度來理解、分析、解決問題，設計與優化化工單元操作設備，為后續專業課程的學習奠定基礎。化工原理概念多，推導復雜，經驗公式多、工程性強，并且存在大量的試差、手工計算以及繪圖等，因此學習難度較大。而化工原理實驗的開展又以理論課程為基礎，實驗課程的有效開展也會進一步促進理論課程的教學效果。本文就如何提高化工原理實驗課程的教學質量，促進理論學習，提升同學們設計優化工程問題的能力等方面作了如下思考[1-2]。

1 實驗教學中存在的問題

化工原理實驗屬于工程類實驗，對培養學生的工程思維、提高化工過程優化與設計的綜合素養，解決實際工程問題的能力等十分重要，就目前的狀況而言，化工原理實驗主要存在以下問題（1）由于教學資源有限，大多數儀器都只有一臺，學生動手機會很少，大多數同學成為了觀望者，實驗過程走馬觀花，實質收獲甚少。（2）實驗預習不充分，加之課程難度較大，預習效果不佳，導致實驗時無從下手，主要靠老師講解與演示而被動接受。（3）實驗課程與理論課程銜接不夠，實驗項目與理論教學時間差距過大，教學效果欠佳，并且化工原理實驗大多數開展的項目是單元操作過程的驗證，而工藝條件的設計與優化幾乎沒有涉及，不利于培養學生的工程設計與優化意識。（4）實驗報告作為成績評定的而主要標準，影響學生的動手積極性。

2 課程改革探討

2.1 探討式教學、強化預習效果

由于教學資源有限，化工設備也較昂貴，很多儀器設備都只有一臺，如果小組人數太少，教學成本與教師課時量過大，加大了實驗課程開展的難度，如果小組人數過多，實驗教學效果會受到影響。因此，在教學過程中可以采用探討式教學的方式，將人事招聘中的“無領導小組討論”模式引入到實驗教學中，不過不同的是在討論結束后教師需要對各組意見進行總結與評價。這可以有效的培養學生的組織協調能力，溝通能力，團隊合作能力，有效的考察專業知識的掌握情況。一般4-5位同學為一組，在規定的時間范圍內圍繞實驗中的一個問題進行組內討論，產生小組結論，然后再進行組與組之間的辯論，教師在一旁觀測同學們的表現并在結束后進行總結與評價，由每組的活躍程度和結論的可靠性等作為小組做實驗的順序與實驗成績評價依據，這會提高學生的課堂參與率與積極性，同時，同學們為了課堂的良好表現，會更加注重實驗的預習，從而達到強化實驗預習效果的目的。

2.2 利用多種軟件優化實驗教學內容

化工原理實驗開展的大多數項目是單元操作過程的驗證，而工藝條件的設計與優化幾乎沒有涉及，不利于學生探索與研究能力的培養，并且實驗中會遇到大量的圖表繪制，經驗公式的擬合等，單憑設備裝置很難達到良好的教學效果，隨著計算機的發展，可用于實驗教學與科研的軟件也得到了極大的發展，可以將一些化工軟件引入到實驗教學當中，比如Aspen Plus軟件、Origin軟件等以提高實驗的教學效果。另外，化工原理教學實驗儀器數量有限，不可能達到人手一臺，并且大多化學化工實驗都涉及到有毒、有害、易燃、易爆性質的試劑，這些實驗在教學中可能是“想做而不能做”或者“能做而不愿意做”的實驗，實驗教學中引入虛擬仿真軟件可以有效的解決該問題。Aspen Plus是大型通用的流程模擬系統，在醫藥、化學化工等工程領域都有應用，可以用于生產裝置設計，穩態工藝模擬與優化，經過三十年的發展，該軟件已經更新了十余次，成為舉世公認的大型流程模擬軟件，該軟件其中的“單元模塊”正好對應化工原理的“單元操作”，利用Aspen Plus軟件可以預測物流的流率、組成、操作條件、設備尺寸等等，其中Aspen Plus靈敏度分析、設計規定、過程優化都是化工過程設計的有效工具，將Aspen Plus模擬軟件應用到化工原理實驗教學中，可以方便快捷的得到實驗結果隨操作變量的變化趨勢，尋找達到某一工況指標需要的操作條件，還可以進行最值的求解等，這都可以培養學生的工程意識，提高設計優化的能力，促進對理論課程的理解[3-4]；化工原理實驗大多數據復雜，很多經驗公式需要擬合，單憑手繪或一般的制圖軟件很難滿足要求，Origin是一個專業的數據分析和繪圖軟件，不但繪圖的功能強大，而且還提供了多種曲線擬合方法，可以擬合化工原理實驗當中的恒壓過濾曲線、對流傳熱準數關聯式、蒸餾過程氣液平衡曲線等，將Origin軟件應用于化工原理實驗中，可以方便準確的擬合實驗數據，提高學生數據分析處理的能力和科學研究素養[5]；化工原理教學實驗儀器設備數量有限，十幾個人圍著一臺儀器轉的現象時有發生，很多同學做實驗都是走馬觀花，沒有達到預期的實驗效果，還有些實驗由于危險性較大，為了保證實驗的安全，不宜作為教學實驗，近年來，隨著計算機技術的發展，也帶來了教學方式方法上的革命，虛擬仿真技術也廣泛的應用于實驗教學中，虛擬仿真實驗實驗開設方便，沒有時間和空間的限制，降低了實驗教學成本，并且保證了實驗的安全。由于沒有時間、空間以及實驗儀器套數的限制，實物實驗前讓每個學生在互聯網或者機房進行虛擬仿真實驗，再進行實物實驗，將虛擬仿真實驗和實物教學實驗有效的結合起來，可以激發學生的興趣，加強學生對實物實驗的理解，提高實驗教學的質量。綜上所述，單一的實物實驗教學很難達到較好的實驗教學效果，如果在實驗教學過程中引入多種軟件，與實物教學有機的結合起來，虛實結合，相互促進，有利于培養學生化工過程的優化設計能力與科學研究素養。

2.3 注重過程性評價，激發學生的動手積極性

很多實驗課程期末考核主要由期末實驗考試和實驗報告兩部分組成，這會導致同學們只注重最后一次實驗或者實驗報告的書寫，而忽略了實驗過程本身，特別是存在十幾個人共享一臺儀器現象的化工原理試驗中，不過不注重過程想評價很難達到你良好的實驗教學效果，因此在實驗成績考核中，需更加注重實驗過程性評價，例如問題討論發言的積極性，實驗過程中動手積極性，操作的規范性等，這將會激發學生實驗過程中的動手積極性，有利于教師啟發式、探討式教學，提升實驗教學的效果。

2.4 與其他課程結合教學，提高化工設計能力

化工原理課程是連接基礎課程與專業課程的紐帶，是基礎理論課程到工程實際課程過渡的橋梁。化工原理實驗課程在培養學生工程意識與能力方面具有非常重要的作用，是后續工程計算與設計的基礎，化工設計與優化的能力是化工類人才所必備的素養，因此，化工原理實驗課程不但要與化工原理理論課程還應與其他設計課程有機結合起來，如化工熱力學、化學反應工程、化工設計等，合理安排教學的進程，加強課程之間的聯系，加深課程之間的聯系，減少課程群的無效課時，從而提升整個化工設計課程群的教學效果，提高同學們的化工設計能力，為參加化工類設計大賽做好準備。

3 總結

化工原理課程是化工類或近化工類專業的專業課程，是連接基礎課程與專業課程的紐帶，是基礎理論課程到工程實際課程過渡的橋梁。化工原理實驗課程對培養學生的工程意識與工程設計能力十分重要。本文針對目前化工原理實驗課程中存在的一些問題，采用探討式教學方式，強化預習效果，為了克服實物實驗教學的缺點，引入多種化工軟件，如Aspen Plus軟件、Origin軟件、化工仿真軟件等，這有利于培養學生的設計優化能力，降低實驗教學的成本，保證實驗的安全性等，同時更加注重實驗課程的過程性考核，加強與其他化工設計類課程的結合，從而提升實驗課程教學效果，加強同學們的工程意識與工程設計能力，為后續化工設計課程打下堅實的基礎，為參加化工設計大賽做好準備。

參考文獻

[1] 胡章文， 張翠歌， 李芳. 化工原理實驗教學創新與實踐[J]. 中國現代教育裝備， 2009 （11）： 68-70.

[2] 周錫堂， 鄭秋霞， 鄒綱明. 化工原理實驗教學中的幾個問題[J]. 化工高等教育， 2007， 24（3）： 45-47.

[3] 孫蘭義. 化工流程模擬實訓——Aspen Plus 教程[J]. 2012.

[4] 熊杰明，楊索和. Aspen Plus實例教程高等學校教材[M]. 化學工業出版社，2013.

[5] 王宇， 胡赟， 曹伸義， 等. Origin 軟件在化工原理實驗數據擬合中的應用[J]. 實驗技術與管理， 2010， 27（1）： 86-88.

作者簡介

鄧朝芳（1989—），女，重慶合川人，碩士，主要研究：實驗室建設與管理。

李青嵩（1987—），女，重慶南岸人，碩士，主要研究：學生教育管理。