多元化教學模式在化工原理實驗中的應用

劉煥榮

(中國石油大學(華東)勝利學院，山東 東營 257061)

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多元化教學模式在化工原理實驗中的應用

劉煥榮

(中國石油大學(華東)勝利學院，山東 東營 257061)

為了提高化工原理實驗教學效果，培養學生的實踐動手能力和創新能力，結合多年的教學實踐，針對我校傳統化工原理實驗教學模式存在的諸多問題，從實驗預習形式、實驗教學內容、數據處理和考核機制四個方面對實驗教學進行改革和創新，提出了多元化教學模式，并詳細闡述了多元化教學的內涵。通過改革，教學效果有了明顯改善，學生參與實驗的積極性得到了很大程度的提高，動手能力也得到了培養。

多元化；化工原理實驗；教學模式

《化工原理實驗》是高等院校化工及相關專業配合化工原理理論教學設置的本科生專業實驗課程，是理論與實踐相結合的重要橋梁。《化工原理實驗》課程的目的是通過實驗教學的方式培養學生的動手能力，提高學生運用理論知識分析解決化工單元操作中各種實際問題的能力。為此，本校逐漸形成了一種以學生為中心，以滿足獨立學院創新應用型人才培養為目標的“多元化”化工原理實驗教學模式，并初步取得了成效[1-2]。

1 化工原理實驗多元化教學模式的必要性

化工原理實驗的教學目的是培養學生對化工原理理論知識的綜合應用能力和解決實際問題的能力。但是隨著現如今學生規模的擴大，化工人才需求的提高，傳統的實驗教學模式出現了許多問題：

(1)學生缺乏學習熱情，學習效果差，其主要歸結于單一傳統的實驗教學模式。在這種教學模式下，學生僅僅通過實驗去驗證一個事實，或者進行一個已經知道結果的操作，從而忽視了實驗課程的初衷：培養觀察、思考和解決問題的能力。這與獨立學院培養應用型人才的目標出現偏差。

(2)實驗預習作業不夠重視，使得化工原理實驗教學質量較差。原因很多，首先，學生缺少合適的實驗教材，實驗儀器設備結構相對復雜，操作繁瑣；其次，學生在預習實驗時往往只是簡單的抄寫實驗目的，實驗原理，實驗步驟等，在預習過程中沒有提出疑問和自己在實驗過程中需要解決的問題。這表面的預習工作不能達到應有的預習效果。

(3)隨著高校招生規模的不斷擴大，學校的實驗設備和資源有限，因此化工原理實驗常以小組形式進行，一般5～7人。雖然團隊合作有利于促進學生交流，產生新的想法和見解，但是實驗過程中部分學生選擇旁觀而不操作或者討論,最終導致部分學生的動手能力得不到鍛煉。

(4)與其他專業實驗相比，化工原理實驗數據處理繁瑣。前期實驗預習效果不理想，部分學生對實驗數據處理方法和實驗原理模棱兩可，實驗報告相互抄襲現象嚴重，無法根據提交的實驗報告對學生進行客觀的評價。

(5)考核制度的不合理。傳統的考核制度是理論考試和實驗報告分別占50%。而實驗報告抄襲現象嚴重，有的學生為求得符合理論的曲線，人為的更改數據，同時由于學生人數較多，教師不可能對每一位學生在實驗中的表現都有較客觀的記錄，因此，傳統的考核制度不僅很難對每個學生的綜合能力做出評估，而且還會挫傷學生對化工原理實驗的興趣。

由此可見，化工原理實驗在教學過程中還存在許多問題。為此，我們從培養學生學習的主動性，提高學生學習興趣，增強學生動手能力和培養學生的創新能力入手，結合我校在化工原理實驗教學中的實際問題，在實驗預習、實驗內容、數據處理、考核機制等多方面進行調整和完善，逐步形成了目前我校現在運行的“多元化”教學模式，并達到了預期的效果[3]。

2 化工原理實驗多元化教學模式的內涵

2.1 實驗預習形式的多元化

實驗預習工作尤其重要，作為鏈接理論和實踐的紐帶，不僅僅可以了解實驗內容，更加重要的是發現問題，帶著問題進行實驗，觀察現象和解決問題。但是化工原理實驗裝置大多屬于小試、中試規模，管閥件、儀表、泵單元較多，學生很少有機會接觸實踐活動，如果完全依靠照搬照抄實驗內容這種傳統的實驗預習形式，學生就會對實驗原理，實驗方案，如何測量數據完全不知。因此，為了杜絕以上現象的發生，我們在預習實驗講義的基礎上，試圖打破傳統的預習模式，采用多元化的預習形式，以期達到好的效果。多元化預習形式主要包括：現場預習、多媒體教學預習和仿真實驗預習。

首先，采用現場預習增加學生的認知能力和感官能力。在不影響實驗室的正常教學的基礎上，向學生開放化工原理實驗室，加強實驗課前預習。現場預習過程中，不允許任何學生接觸實驗設備。

其次，采用化工原理實驗預習軟件和多媒體，增強實驗的直觀性。理論課上教師借助多媒體這種先進的教學手段，不僅能夠較生動和直觀的呈現實驗效果，而且在講述這方面知識的同時，播放動畫，或演示預習軟件，還能增強學生學習的興趣。例如，在精餾實驗中，預習講解時，利用幻燈片讓學生清晰的看到精餾塔的裝置圖，并講解每一塊塔板的構造。在理論課上，用事先準備好的Flash動畫演示塔體內的汽液傳質傳熱，并且還可以看到流體的流動。

再次，在學生現場預習實驗后，先開設仿真實驗。仿真實驗軟件可以幫助學生進一步熟悉實驗原理、實驗流程以及實驗設備的使用方法，預測實驗過程中多個實驗參數之間的關系以及變化趨勢，例如干燥實驗中，增大空氣流速，觀察干燥速率曲線的變化。要求學生仿真實驗成績達到90分以上才可以進實驗室動手實驗，防止了學生實驗過程中的誤操作[4]。

這幾種預習方式向學生提供獲取知識的多元化的途徑，保證學生必要的預習手段，培養學生獨立學習和創新能力。經過預習后，做實驗過程中，教師不再進行詳細講解，只需說明實驗注意事項，對學生進行簡單的引導。例如離心泵實驗中，絕大多數同學做實驗時都會忘記“灌泵”，泵開始工作后，水根本沒有流出，老師就可以提問“產生這種現象的原因是什么”，實驗過程中還可以讓學生考慮“氣縛”和“汽蝕”的區別，讓學生由被動變主動，消除對老師的依賴心理，達到培養綜合素質的目的。

2.2 教學內容的多元化

化工原理實驗的教學目的與其它實驗不同，化工原理實驗注重培養學生處理工程實際問題的能力。因此我們結合獨立院校的辦學宗旨，在傳統驗證性實驗的基礎上，依據不同專業、不同層次的學生適當的增設設計性實驗和綜合性實驗，讓每個學生在實驗中都能得到鍛煉，達到培養應用型人才的目的。基礎性實驗注重學生對理論知識的掌握，設計性實驗注重提高學生的創新能力，而綜合性實驗則是培養學生解決實際問題的能力。如在干燥實驗中，依托現有的實驗設備，學生可以考察風速、物料含水量、加熱電壓對干燥速率的影響，從而鍛煉學生分析問題和解決問題的能力[5]。

另外，我們還嘗試開設了不同設備裝置間的聯合實驗，即將幾種不同的實驗設備組合在一起，共同完成某個混合物體系的分離提純。就我們學校現有設備而言，比較可行的是過濾-干燥聯合實驗和萃取-精餾實驗。不足之處是學生對此類實驗的的積極性不高，分析原因，可能是這類實驗不僅要求學生能夠熟練地操作單套設備，還要了解不同設備間的聯系。因此，為了提高學生對綜合實驗和設計實驗的積極性，提高學生的設計和創新能力，學院每年舉辦兩次化工技能大賽，主要包括筆試和實驗操作環節，同時也為參加省級和國家級化工過程實驗技能競賽選拔人才。

2.3 數據處理的多元化

化工原理實驗注重培養學生工程觀念和綜合應用能力，通過數據的匯總和分析，得到相應的結論以及解決問題的方法。因此實驗內容多為實際工程問題，而且需要測定大量的實驗數據，對其計算分析和整理。傳統的作圖方法是利用鉛筆、直尺、曲線板等對實驗數據進行分析計算后在坐標紙上進行描點作圖。這種作圖方法費時、費力、人為誤差大。目前借助計算機軟件進行數據處理已經成為一種趨勢。計算機軟件進行數據處理不僅可以減少誤差，提高效率，還可以鍛煉學生的計算機應用能力，培養學生的綜合能力。

除Microsoft Office Excel軟件，Origin軟件也是廣泛應用于科研領域的數據分析和繪圖軟件，具有強大的分析、擬合和統計數據的功能。化工原理實驗中有時就需要擬合某些數據，求出需要的參數。以強制對流下空氣傳熱膜系數的測定的傳熱試驗為例，就是通過實驗測定蒸汽、空氣的有關參數后，用雙對數做出雷諾數Re-努塞爾特數Nu圖，得到傳熱參數C和指數m。缺點是學生對此軟件了解甚少，需要自學[7]。

2.4 考核方式的多元化

為了更加準確的反映學生的綜合素質，采取多元化的考核方式，其中總成績=平時成績×20%+實驗報告×20%+筆試成績×30%+期末操作技能考核×30%。平時成績由預習報告、實驗操作和現場提問三部分組成，其中現場提問主要考察學生對實驗現象的解釋。實驗報告成績的評定不僅注重學生實驗數據處理和思考題回答是否正確，還要注重對不合理實驗數據的解釋分析。筆試環節主要考察學生對實驗理論的掌握情況以及實驗現象的解釋，實驗老師根據實驗目的出一套試題，讓學生做答，并給出打分考核。期末操作技能考核環節是讓每個學生隨機抽取本學期開設的任一實驗項目來進行操作考試，在此過程，學生按照教師要求完成相應操作，并回答實驗老師提出的有關實驗原理、操作方法等提問，老師根據操作情況和問題回答情況給定技能考核成績[8]。

3 結 語

在應用型人才培養的目標下實施多元化教學模式，不僅充分調動了學生學習實驗的積極性，而且建立了全方位的實驗考核體系，實驗預習情況、實驗教學效果、實驗報告也都有了明顯改善，學生的動手能力得到鍛煉，綜合素質得到培養，整體教學效果明顯優于以前。今年，各用人單位普遍反映我們的學生動手能力強，希望以后向他們多多輸送人才。但同時實驗室的開放、考核制度的多元化也大大增加了實驗課老師的工作量，這也需要學校在以后的教學安排中能夠考慮周全。

[1] 胡秀英,鄭純智.開放式化工原理實驗教學模式研究[J].實驗科學與技術,2011,9(1):111-113.

[2] 李雷,宋利.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.

[3] 宮顯云,姜艷麗.應用型高校化工原理實驗教學改革思考與探索[J].廣州化工,2015,43(2):163-167.

[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):233-241.

[5] 馬少玲,董潔,彭璟,等.獨立學院化工原理實驗教學改革探討[J].化工高等教育,2014(6):60-63.

[6] 潘莉莎,張德拉,孫中亮,等. Microsoft Excel 在化工原理恒壓過濾實驗教學中的應用[J].化工高等教育,2008(2):87-90.

[7] 王宇,胡赟,曹仲義,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):86-93.

[8] 李書鵬,王欣,李金龍.提高學生化工原理實驗興趣的措施[J].化工時刊,2014,28(5):53-54.

Application of Multi-teaching Model in Chemical Engineering Principle Experiment

LIUHuan-rong

(Shengli College, China University of Petroleum, Shandong Dongying 257061, China)

According to many years’ teaching experiences and existed problems of the tradition teaching for chemical principles experiment, in order to improve teaching effectiveness of chemical engineering principle experiment and train students’ practical and innovative ability, the reform and innovation were conducted mainly concerning preparation form before the experiment, experiment teaching contents, data processing, evolution method, multivariate pattern of teaching was proposed and discussed in detail. The teaching effects were enhanced, students’ initiatives in experiment were improved obviously, ability to work was trained.

multivariate; chemical engineering principle experiment; pattern of teaching

G424 1

B

1001-9677(2016)024-0169-03

劉煥榮(1985-)，女，講師，現就職于中國石油大學勝利學院化學工程學院。