工程論證背景下化工原理實驗開放式教學(xué)模式的探索與實踐

周富榮，胥桂萍，陳 婷，方 文

(江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056)

在工程教育專業(yè)論證的背景下，我國高等學(xué)校工程教育領(lǐng)域掀起了一場教學(xué)改革的浪潮。 化工原理實驗作為化工類專業(yè)人才培養(yǎng)中一門重要的專業(yè)實踐教學(xué)核心課程，是深化化工原理理論知識、獲取感性認(rèn)識、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)工科學(xué)生工程實驗的設(shè)計、組織實施、實驗操作、團(tuán)隊協(xié)作、數(shù)據(jù)處理等工程實踐能力具有重要作用[1]。在此背景下，認(rèn)真實踐“OBE”的教育理念和思路，規(guī)范教學(xué)活動，樹立教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)意識和創(chuàng)新意識，提高課程教學(xué)質(zhì)量，是開展化工原理實驗課程教學(xué)改革的必然要求[2]。

1 化工原理實驗開放式教學(xué)的必要性

開展工程教育專業(yè)認(rèn)證已成為我國高等院校規(guī)范工程教育專業(yè)、提高辦學(xué)質(zhì)量的重要舉措。實踐教學(xué)在高校人才培養(yǎng)中占有越來越重要的地位，對學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用。為了適應(yīng)工程教育背景下化工人才的培養(yǎng)模式，我校化工原理教學(xué)團(tuán)隊對照我國高等院校最新的化工人才質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求對化工原理實驗課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了全面的修訂，教學(xué)學(xué)時由原來的36增加到48學(xué)時，提高了綜合性和設(shè)計性實驗的比例，明確了化工原理實驗教學(xué)的三個主要目標(biāo)：一是熟練掌握化工原理實驗的原理、方法及步驟，能夠根據(jù)實驗對象和要求，設(shè)計可行的實驗方案，科學(xué)、合理地采集實驗數(shù)據(jù)；二是能夠依據(jù)化工單元操作的基本原理，對實驗結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、分析和解釋，獲取合理的實驗結(jié)果；三是能夠綜合利用多學(xué)科知識，分析、解決實驗過程中的現(xiàn)象及問題，同時培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作的能力。為了能更好地達(dá)成本課程的教學(xué)目標(biāo)，我們采取了化工原理實驗課程全方位開放教學(xué)模式。開放式實驗是一種動態(tài)、開放、自主、多元的實驗教學(xué)模式[3]，學(xué)生可以自組團(tuán)隊、自己設(shè)計實驗方案、自主安排實驗內(nèi)容和實驗時間，因此，開放式實驗教學(xué)模式能更加突出以學(xué)生為中心的“OBE”教學(xué)理念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)。

2 開放式化工原理實驗教學(xué)模式

為提高化工原理實驗課程的教學(xué)效果，我校化工原理實驗開放式教學(xué)主要從教師指導(dǎo)形式、實驗預(yù)習(xí)、實驗操作資格、實驗操作時間、實驗內(nèi)容及實驗報告等方面進(jìn)行了探索和實踐。

2.1 教師指導(dǎo)方式

化工原理實驗進(jìn)行過程中，指導(dǎo)教師主要采取集中指導(dǎo)和分散指導(dǎo)兩種方式指導(dǎo)學(xué)生實驗全過程。第一次集中指導(dǎo)安排在實驗開始前，指導(dǎo)教師集中講解開放實驗?zāi)Ｊ降娜鞒碳耙螅该鲗嶒灥闹饕獌?nèi)容、實驗預(yù)習(xí)方式及要求、取得實驗資格的條件、預(yù)習(xí)報告的要求、實驗預(yù)約方式及分組要求、實驗操作要求及完成時間、實驗報告及數(shù)據(jù)處理方法的要求等。實驗過程中，實驗指導(dǎo)教師實行輪班指導(dǎo)制度，其主要職責(zé)是：①檢查學(xué)生是否按預(yù)約時間進(jìn)實驗室進(jìn)行實驗；②檢查學(xué)生是否按要求撰寫預(yù)約實驗的預(yù)習(xí)報告和實驗方案；③給學(xué)生的實驗操作打分；④檢查學(xué)生的原始實驗數(shù)據(jù)并簽字；⑤指導(dǎo)學(xué)生解決實驗操作過程中遇到的問題，如實驗設(shè)備故障、安全問題、學(xué)生找不出原因的操作不正常現(xiàn)象等。除此之外，學(xué)生在整個實驗過程中遇到問題都可以主動尋求指導(dǎo)老師的幫助，指導(dǎo)老師也必須做到有問必答。這種指導(dǎo)方式將原來的指導(dǎo)教師主動指導(dǎo)改為“被動”指導(dǎo)，培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考和自主分析解決問題的能力，能有效地提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[4]。

2.2 實驗預(yù)習(xí)模式

開放性實驗?zāi)Ｊ綄W(xué)生的實驗預(yù)習(xí)提出了更高的要求。為了讓學(xué)生更好的了解實驗?zāi)康暮鸵蟆嶒炘怼嶒灧椒ê蛯嶒炑b置，我們采取了閱讀整理資料、實驗裝置現(xiàn)場預(yù)習(xí)及化工原理仿真實驗等多種途徑幫助學(xué)生進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)。①學(xué)生預(yù)習(xí)實驗前，教師只給學(xué)生指定幾本實驗參考書和相關(guān)實驗設(shè)備說明書，學(xué)生通過閱讀整理相關(guān)資料，了解每個實驗的目的、實驗原理、裝置流程、實驗操作方案、需要獲取的實驗數(shù)據(jù)以及實驗過程中的安全問題和注意事項等。②現(xiàn)場預(yù)習(xí)是指學(xué)生結(jié)合化工原理實驗室現(xiàn)有的實驗裝置進(jìn)行預(yù)習(xí)，通過結(jié)合實際的實驗裝置進(jìn)行預(yù)習(xí)，學(xué)生能更加直觀的了解實驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)、實驗操作流程、測量儀表、數(shù)據(jù)的采集方法和操作的控件等，能有效地提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果。③仿真預(yù)習(xí)是指學(xué)生利用化工原理實驗仿真軟件進(jìn)行模擬預(yù)習(xí)。我校一般按班安排4個學(xué)時的仿真實驗，通過對流體流動阻力、泵性能、傳熱、精餾、過濾等實驗進(jìn)行仿真操作，讓學(xué)生能更加直觀地了解實驗操作的流程和各參數(shù)間的相互關(guān)系，自行檢查設(shè)計的實驗操作步驟的正確性，了解實驗故障的處理方法。

多種方式相結(jié)合的實驗預(yù)習(xí)模式不僅加深了學(xué)生對實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒灧椒ǖ睦斫猓夷艽蟠鬁p少學(xué)生的操作失誤，提高實驗效率和設(shè)備利用率。

2.3 實驗預(yù)習(xí)考試及實驗操作資格

實驗預(yù)習(xí)考試是我校化工原理實驗開放式教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。為了檢驗學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)效果，保證實驗操作的順利進(jìn)行和實驗數(shù)據(jù)的正確處理，我們設(shè)置了實驗預(yù)習(xí)考試制度，并建立了相應(yīng)的化工原理實驗試題庫。預(yù)習(xí)考試內(nèi)容涵蓋了實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒炑b置流程、實驗操作步驟、應(yīng)采集的實驗數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)處理方法和實驗注意事項等7個方面。考題均為基本知識點，難度不大，但要求學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)，不放過實驗的每個細(xì)節(jié)。同時規(guī)定預(yù)習(xí)考試成績達(dá)70分(滿分100)以上才能取得實驗操作資格，進(jìn)入預(yù)約實驗操作階段。對首次預(yù)習(xí)考試未通過的學(xué)生在兩周內(nèi)會再給予一次補考機會，若仍然達(dá)不到預(yù)習(xí)考試要求，則該生成績按照不及格處理。

2.4 實驗時間和實驗項目預(yù)約制

由于受實驗指導(dǎo)老師人數(shù)、相關(guān)理論教學(xué)時間和教學(xué)模式、實驗設(shè)備利用率等居多條件的限制，我校化工原理實驗室還不能實現(xiàn)整個學(xué)期對學(xué)生開放，而是根據(jù)修讀該課程學(xué)生人數(shù)每學(xué)期集中開放大約兩個月時間。獲得實驗操作資格的學(xué)生可以在集中開放時間段內(nèi)進(jìn)行預(yù)約實驗，并在該時間段內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)要求的所有實驗項目。實驗時間和實驗項目由學(xué)生根據(jù)自己的空余時間以及實驗室預(yù)約情況自組團(tuán)隊、自行安排。每個實驗項目一般要求3人為一組，特殊情況下也可以1～2人一組進(jìn)行實驗操作，但每個實驗小組不得超過3人。

實驗時間和實驗項目預(yù)約制，給了學(xué)生較大的自主空間，同時，同班不同組的學(xué)生在不同時間進(jìn)行不同的實驗，他們在課外也會相互交流實驗的心得和經(jīng)驗，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和交流溝通的能力，大大減少學(xué)生在實驗操作中的失誤率，提高了實驗效率。此外，為了培養(yǎng)學(xué)生的時間觀念和責(zé)任意識，實驗室制定了相應(yīng)的管理規(guī)定，即學(xué)生在預(yù)定時間遲到10分鐘以上或因其他原因不能進(jìn)行實驗操作，都必須重新預(yù)約實驗時間和相應(yīng)的實驗項目。

2.5 增加綜合型、設(shè)計型實驗內(nèi)容

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)多以基礎(chǔ)性、驗證性實驗為主，綜合性、設(shè)計性實驗較少，對學(xué)生工程能力及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)力度不夠。根據(jù)我國工程教育專業(yè)論證化工類專業(yè)補充標(biāo)準(zhǔn)要求，專業(yè)基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗中的綜合型、設(shè)計型實驗的比例應(yīng)大于50%[5]。在此背景下，我們除了增加實驗學(xué)時外，主要在實驗項目、實驗內(nèi)容上下功夫，將綜合性、設(shè)計性實驗的比例提高到50%以上。例如，泵性能實驗由原來的單泵實驗提升為泵的串并聯(lián)實驗；精餾實驗由原來的全回流提升為全回流加部分回流；傳熱實驗在原來氣-汽物系基礎(chǔ)上又增加了液-液物系等等。這類實驗的每一個環(huán)節(jié)都要求學(xué)生要認(rèn)真閱讀相關(guān)資料，相互討論和設(shè)計合理的實驗方案并完成實驗，能綜合培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題的能力和團(tuán)隊協(xié)作精神，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

2.6 實驗報告要求

學(xué)生進(jìn)入實驗室必須提交實驗預(yù)習(xí)報告，預(yù)習(xí)報告應(yīng)該包括實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒炑b置流程圖、實驗步驟或?qū)嶒炘O(shè)計方案、實驗原始數(shù)據(jù)記錄表等。實驗過程中，指導(dǎo)教師對學(xué)生實驗操作及實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行評估與考核。原始實驗數(shù)據(jù)不得涂改，離開實驗室前，應(yīng)由指導(dǎo)教師在原始數(shù)據(jù)上簽字，并附在最終提交的實驗報告上。學(xué)生完成實驗后應(yīng)及時對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為了避免同組同學(xué)相互抄襲，我們要求同組內(nèi)每個同學(xué)選取不同的實驗數(shù)據(jù)作為計算示例，寫出詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理方法和計算過程，并對數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行分析和討論。最后，每個實驗都要回答相關(guān)思考題。通過實驗報告的撰寫，學(xué)生不僅能更加深刻地理解每個單元操作實驗的實踐意義，而且能提升學(xué)生利用所學(xué)知識分析處理實驗數(shù)據(jù)和歸納總結(jié)實驗結(jié)果的能力。

2.7 實驗成績評定方法

化工原理實驗成績主要由預(yù)習(xí)考試、實驗報告兩部分構(gòu)成。預(yù)習(xí)考試成績采用百分制批閱，及格線為70分，但預(yù)習(xí)考考試不及格者給予一次預(yù)習(xí)補考機會，預(yù)習(xí)考試成績以兩次考試中高的一次為準(zhǔn)，預(yù)習(xí)補考仍不及格者，課程成績按不及格處理。其中，預(yù)習(xí)考核低于70分為不及格，70～75分為及格，76～79分為中等，80～89分為良好，90～100分為優(yōu)秀。實驗報告成績由預(yù)習(xí)報告、實驗操作、數(shù)據(jù)處理及報告質(zhì)量綜合評定，按五級制進(jìn)行批閱。總成績按預(yù)習(xí)考試和實驗報告兩部分成績各占50%進(jìn)行評定。

3 結(jié)束語

在工程論證背景下，圍繞工程教育的新理念、人才質(zhì)量的新要求、人才培養(yǎng)的新模式等內(nèi)容深化新工科課程體系的改革和實踐，積極探索工程教育發(fā)展之路，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，是今后一定時期內(nèi)我國高校教育工作者面臨的重要任務(wù)和挑戰(zhàn)[6]。化工原理實驗課程在化工專業(yè)人才的培養(yǎng)過程中扮演著重要的角色，開放式教學(xué)模式突出了“以學(xué)生為中心”、“以成果為導(dǎo)向”的教學(xué)理念，不僅能全面培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力、分析問題和解決問題的能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作精神，為培養(yǎng)合格的化工人才打下了堅實的基礎(chǔ)。