基于設(shè)備限制的化工原理實驗教學(xué)模式探索

摘要：化工原理實驗是化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)重要技術(shù)基礎(chǔ)實驗。基于實驗設(shè)備限制，化工原理實驗需要克服傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式才能提高教學(xué)效果。通過分小組循環(huán)實驗提高設(shè)備利用率、開放實驗提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、充分利用實驗條件設(shè)計合適實驗內(nèi)容、改革實驗考核方式等實踐，對化工原理實驗教學(xué)模式進行了有益探索。

化工原理課程關(guān)于動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程的理論和實踐對于過程工業(yè)不可或缺，因此是化工、制藥、生化、環(huán)境工程等專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課[1，2]。同時，化工原理課程往往是這些專業(yè)的學(xué)生最早接觸的工程基礎(chǔ)課程，對于開啟學(xué)生工程思維、提高學(xué)生實驗動手能力和理論聯(lián)系實際的能力具用關(guān)鍵性的作用。以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的高校相關(guān)專業(yè)，學(xué)生除了要有較為扎實的理論基礎(chǔ)外，對實驗動手能力、應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力提出了更高的要求。

一、化工原理實驗教學(xué)現(xiàn)狀

化工原理實驗方法主要包括演示性實驗、驗證化工單元操作原理的實驗、綜合應(yīng)用三傳原理的實驗和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力的實驗四種類型。目前我校開設(shè)的化學(xué)教育、應(yīng)用化學(xué)、制藥工程、環(huán)境工程等化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)都需要開設(shè)化工原理及實驗這門課程。由于我校從師范類院校轉(zhuǎn)型而來，化工原理實驗條件薄弱，主要表現(xiàn)在：（1）儀器設(shè)備類型不夠，特別新型單元操作設(shè)備少，不能滿足現(xiàn)代化工單元操作技術(shù)進展教學(xué)的需要。化工原理實驗室雖然包含了流體流動與輸送、過濾、吸收、傳熱、精餾、干燥等"三傳"傳統(tǒng)的基本單元操作，但是象萃取精餾、液膜分離、固體膜分離等新型分離實驗設(shè)備基本沒有。（2）能結(jié)合工業(yè)應(yīng)用的實驗設(shè)備少。目前的實驗室中化工原理實驗設(shè)備主要是驗證性實驗設(shè)備，難以滿足綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗的需要，也缺乏與工業(yè)對接的實驗設(shè)備和能進行單元操作研究的設(shè)備。（3）實驗設(shè)備臺數(shù)有限。單個實驗的設(shè)備臺數(shù)都不超地兩臺，基本上是一個實驗一臺儀器，不能保證實驗課程中每個學(xué)生都有獨立的操作機會。設(shè)備種類、臺數(shù)有限的情況下，化工原理實驗教學(xué)效果必然受到影響。基于化工原理實驗條件薄弱的現(xiàn)狀難以在短時間內(nèi)改變的現(xiàn)狀，我們探索了一些提高教學(xué)效果的方法。

二、提高化工原理教學(xué)效果的實踐

1. 分組循環(huán)實驗提高實驗設(shè)備利用率

針對化工單元操作種類多，各單元操作的實驗設(shè)備臺數(shù)有限的情況，我們摒棄上完一章理論課就做相應(yīng)單元操作實驗的傳統(tǒng)方法，改為集中進行化工原理實驗的方式。為此，在化工原理理論課程教學(xué)中介紹一些驗證性實驗方法和實驗室設(shè)備。比如，在化工原理理論課中講解流體動形態(tài)時，展示實驗室雷諾實驗儀器的現(xiàn)場照片，對雷諾實驗儀器進行說明，并適當(dāng)介紹實驗室以外其他類型雷諾實驗儀器設(shè)備的設(shè)計原理和優(yōu)缺點。實踐證明，這種教學(xué)方法不僅有利于學(xué)生對實驗原理、方法的理解，也有利于學(xué)生通過理論與實踐的結(jié)合，加深對單元操作理論的理解。集中進行化工原理實驗時，學(xué)生分成多個小組，協(xié)同完成一個實驗，做完一個實驗后，小組與小組間交換實驗儀器做另一個實驗。分小組實驗充分利用了儀器設(shè)備，每小組人數(shù)較少，能保證每位學(xué)生都能相對獨立地完成各個實驗，避免了分批次實驗人數(shù)太多很多學(xué)生在實驗中開小差、當(dāng)旁觀者的現(xiàn)象。由于部分實驗，比如填料塔精餾實驗，需要兩人以上配合才能完成，分小組實驗的方法也能很好地培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神。當(dāng)然，分小組循環(huán)實驗過程中由于需要同時解答多個小組實驗過程中遇到的問題，大大地增加了教師工作量和工作強度，指導(dǎo)教師經(jīng)常會處理分身無術(shù)的狀態(tài)。

2. 開放實驗室提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

開放性實驗對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神都有積極意義[3]。在實驗設(shè)備不足的條件下，實驗室開放可便于學(xué)生利用實驗課堂之外的時間自主開展實驗，不僅可以彌補實驗課時數(shù)有限，解決實驗課中學(xué)生對實驗原理、方法等掌握不夠深入的問題，還能充分發(fā)揮實驗設(shè)備作用，還可滿足對有部分單元操作特別有興趣的學(xué)生進行探究式實驗，培養(yǎng)這些學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

3. 利用相關(guān)實驗設(shè)備完成化工原理實驗

化工原理課程針對化工過程中的物理加工過程，除了本門課程以外，化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)開設(shè)的其他課程所采用的儀器設(shè)備也可以借用為化工原理實驗課程使用。比如干燥實驗需要進行物料含水率測定，可以借用應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗的紅外快速水分測定儀完成；精餾實驗需要分析兩種液體組成比例，可以利用物化實驗室的折光儀來完成。通過適當(dāng)借用，可以減少化工原理實驗室專門配置相應(yīng)的儀器所需資金。結(jié)合科研實踐進行化工原理實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力特別有益[4，5]。為此，我們借用自已科研工作中所用的與單元操作相關(guān)的儀器設(shè)備，設(shè)計部分創(chuàng)新性實驗，增加學(xué)生對先進單元操作方法和設(shè)備的了解，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

4.利用驗證性實驗儀器設(shè)置綜合性、創(chuàng)新性實驗

化工原理實驗以演示性、驗證性實驗儀器為主，綜合性實驗儀器較少。為提高化工原理實驗對培養(yǎng)學(xué)生實驗技能的效果，可以在既有儀器基礎(chǔ)上開發(fā)一些綜合性實驗。比如，利用填實塔精餾實驗儀，不僅可以進行精餾過程實驗、理論塔板數(shù)測定等簡單的實驗，我們還指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計混合液體系，利用精餾完成混合物分離的實驗。學(xué)生在實驗方案設(shè)計和實驗實施過程中，不僅強化了對精餾過程的理解，而且提高了分析解決工業(yè)化分離過程中問題的能力，充分發(fā)揮了實驗儀器設(shè)備的效益。問卷調(diào)查表明，90%以上的學(xué)生對這種自主設(shè)計、實施實驗的方法表示非常歡迎。

5.改革考試方式，提高學(xué)生實驗主動性

在儀器設(shè)備臺數(shù)限制條件下，實驗過程中難免有部分學(xué)生缺乏主動實驗和獨立分析、解決問題的動力。由于學(xué)生人數(shù)較多，指導(dǎo)教師也不可能隨時盯住每一個學(xué)生。為此，一些教師化工原理實驗課程考核方式進行了改革探索[6]。對我們改革了考核方法，采取平時實驗記錄學(xué)生表現(xiàn)和期末獨立操作考試的方式。平時學(xué)生實驗表現(xiàn)主要考查學(xué)生分析解決問題、動手實驗的主動性、有效性，因為學(xué)生人數(shù)多，只能對特別優(yōu)秀和特別不認(rèn)真的學(xué)生加以區(qū)分。期末考核時要求每個學(xué)生逐個上機操作隨機選定的實驗項目，觀察其操作是否規(guī)范，并就所選實驗項目相關(guān)的理論和操作進行隨機提問，以操作正確性、完成操作所花的時間以及回答問題正確性分項打分求和為期末成績。實踐證明，實驗課中認(rèn)真實驗的學(xué)生能快速、規(guī)范地完成實驗，而在小組中當(dāng)旁觀者的，往往不能在規(guī)定的時間能完成操作，甚至不能正確完成實驗操作，水平高低立現(xiàn)。為考試及格，化工原理實驗課中學(xué)生基本上不再需要指導(dǎo)教師監(jiān)督就能主動完成實驗。

三、結(jié)語

化工原理實驗是化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)必須進行的實驗課程。設(shè)備條件限制不是化工原理實驗教學(xué)效果降低的必然結(jié)果。通過改善實驗組織方式、考核方式、充分運用可用資源，設(shè)計合適的實驗內(nèi)容等手段，可以在很大程度上克服實驗設(shè)備條件的不足。

參考文獻

1.王任芳， 李克華. 《化工原理》課程體系的構(gòu)建與產(chǎn)踐. 長江大學(xué)不報（自然科學(xué)版）， 2008， 5（1）： 423-325

2.仇明華， 黃念東. 化工原理課程建設(shè)與教學(xué)實踐。當(dāng)代教育理論與實踐， 2014， 6（2）： 76-78

3. 李鵬. 開放式化工原理實驗教學(xué)模式研究. 化工設(shè)計通迅， 2016， 42（3）： 141

4.郭芳， 許俊強， 趙清華， 白薇揚， 譚懷琴， 李軍. 地方高校化工原理實驗教學(xué)與大學(xué)生科研立項結(jié)合的探索. 科學(xué)咨詢（科技·管理）， 2012， 7： 145-146

5.張月萍， 趙平， 陳建榮. 化工原理設(shè)計性吸附實驗的開設(shè)初探. 化工高等教育， 2013， 5：56-58， 62

6.張偉光. 高校化工原理實驗課程教學(xué)改革的探討。化工時刊，2015， 29（1）： 57-58

作者簡介：

夏烈文，男，漢族，四川樂山人，副教授，四川大學(xué)生物化工碩士，主要從事化學(xué)化工教學(xué)和生物材料研究.

* 基金項目：樂山師范學(xué)院教育教學(xué)改革研究項目（項目編號JG13-ZF17）