基于應用型人才培養的化工原理實驗教學模式改革研究

譚鳳玉，周曉玉，李 松，王 平，李金輝，趙 丹，丁 薇，張澤敏，楊建發，王 盼，鄧紅江，萬亞荔

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

化工原理實驗是將化工原理理論知識轉化為實踐操作的橋梁，具有較強的工程應用性。化工原理實驗課程重視工程基本概念和基本理論，主要研究各種典型單元操作過程中的基本原理及常用設備的構造，設備選型及工藝計算[1]。化工原理實驗作為由理論深入實踐的重要教學步驟，其教學開展在應用型人才培養過程中能使學生對化工原理課程所學的基礎理論知識加深理解和鞏固，能幫助學生樹立工程觀念、掌握單元設備實際操作技能和鍛煉解決工程實際問題的能力。因此，基于我校向應用型高校轉型發展和實驗教學示范中心建設，結合我校該課程的教學現狀，本文從教學方式轉變、提升師資隊伍建設、增強產學研合作、構建實驗平臺和增加設備技術、同步培養目標和實驗教材、實驗教學融入工程觀點等六個方面進行教學模式的改革研究，以期不斷滿足應用型人才培養的需要。

1 實驗教學模式現存的問題

1.1 對實驗課程認識不足

實驗開始前安排預習實驗，主要是為了讓學生自主學習理解實驗目的、原理、步驟；分析實驗數據采集和處理的方法；預測實驗過程中可能出現的操作問題并思考解決問題的策略，提出實驗改進辦法[2]。在實際中，每個實驗都有固定的操作指導書或者講義，課前預習變成了抄寫實驗報告，對實驗過程中可能出現的問題不會進行思考分析。甚至有些學生在照抄照搬實驗預習報告后，來到實驗室對實驗原理等基本問題都不清楚，對實驗裝置設備更是一知半解。

實驗結束后，以完成實驗報告為己任，對實 驗數據的處理流于形式。比如精餾實驗，用傳統的逐板計算法求取理論塔板數等，過程復雜，對課程失去興趣，誤認為化工原理實驗課程就是簡單地驗證和演示實驗。有些實驗直接采用實驗設備配套的程序或者計算軟件將實驗數據處理后謄寫到實驗報告，同組人數較多的學生甚至直接采用別人的數據。

1.2 教學內容和方法陳舊

教學內容陳舊：我校目前開設的化工原理實驗項目主要有：雷諾實驗、機械能轉化實驗、精餾實驗、吸收實驗、流體阻力測定實驗、離心泵性能實驗、過濾實驗、傳熱實驗、干燥實驗等。教學方法老套：受傳統的“重理論、輕實驗；重知識，輕能力”的教育模式影響，一般都采取“以學為主”、“老師教，學生學”的填鴨式教學方法[3]。實驗開始前，教師先講解實驗目的、原理、內容、步驟、操作注意事項等，進行示范性操作演練，然后學生開始按部就班的完成實驗。實驗過程中遇到問題不加思考和分析，直接按照老師的講解“依葫蘆畫瓢”。這種教學模式導致學生缺乏主動思考的積極性，對學習化工原理實驗的意義認識不足。再者現有實驗設備有限，多個學生一組共同完成實驗，彼此存在很強的依賴性，無法做到讓學生自主完成實驗。此外，隨著我校“卓越人才培養”、“卓越工程師培養計劃”、“應用型創新性人才培養”等教育觀念的革新，并沒有及時更新實驗教學內容和方法與之相匹配，很難培養學生的創新能力和解決工程問題的綜合能力。

1.3 實驗設備和技術落后

我校目前所用的化工原理實驗設備是2009年采購的，前期無專人管理和維修，部分設備損壞和出現故障，嚴重影響實驗教學過程和效果。比如離心泵性能曲線測定實驗過程中，轉數表變得不靈敏，導致實驗數據不準確，在反復調節和等待實驗過程中，耗時長，學生對現代儀器的控制能力得不到鍛煉。

隨著科技的發展，現代工業技術對應用型人才的培養提出了更高的要求，大部分都采用先進的電腦控制系統和智能化的計算機仿真系統進行實驗教學，而摒棄了傳統的 “教師教，學生學”的教學模式，真正培養學生工程技術應用能力。

1.4 教學實踐銜接不合理

我校將化工原理理論教學和實驗教學單獨設置課程，一般是在理論課程教學完成之后再進行實驗教學和到工廠生產實習，這種方式使得教學實踐脫節嚴重，銜接不合理。當進入生產車間，對很多設備無從下手，甚至連最基本的工作原理都遺忘了。加之現有實驗設備有限，學生人數又多，化工原理課程上下兩冊的實驗教學任務要集中在一個學期內完成，一方面由于所學知識遺忘，另一方面下冊知識學習進度跟不上，因此很多學生在沒有足夠的理論基礎上就完成了實驗，并未真正了解實驗，未起到培養創新能力和工程應用能力的作用，導致實驗效果不佳。

2 實驗教學模式的改革研究

2.1 多層次、啟發式、系統化教學

為了順應學校轉型發展要求，培育高素質的應用型人才，培養學生自主學習和分析解決問題的工程能力，采用多層次、啟發式、系統化的教學方法。

2.1.1 多層次教學

將化工原理實驗內容由籠統的驗證性和演示性實驗分為專業基礎型實驗、化工仿真模擬實驗、綜合應用型實驗、設計型實驗四個層次。同時，根據現有專業培養目標，分專業設置實驗內容。

專業基礎型實驗：結合化工原理理論課教學，以驗證性和演示性實驗為主(如流體流動形態與雷諾數測定實驗)。基礎實驗是學生必修實驗，其教學目標是使學生掌握典型的單元設備和鞏固理論知識，完成基礎的實驗操作，訓練實驗數據處理和實踐操作的技能。

化工仿真模擬實驗：化工仿真系統是以一定的物質體系和工藝過程為基礎，在計算機上建立虛擬的操作環境，運用動態的數學模型代替真實的化工生產裝置進行模擬[4]。我校于2016年建立了虛擬仿真實驗中心，為化工原理實驗教學提供操作平臺(如塔的精餾實驗)。仿真實驗的教學目標是使學生對化工原理實驗的基本單元操作和設備性能有更為形象直觀的了解。根據化工原理理論課程教學內容針對性的安排實驗教學進度計劃，分專業設置實驗內容，將化工仿真系統模擬實驗單獨設課。

綜合應用型實驗：綜合應用型實驗以化工原理“三傳”內容為主，以單個單元操作設備或者多個單元設備組合完成一定的工藝任務，其教學目標是培養和提高學生的工程意識、分析和解決實際問題的能力(如傳熱系數測定實驗、過濾-干燥綜合分離實驗)。學生在掌握專業基礎性實驗的操作技能基礎上，通過綜合應用型實驗來增強學生工程意識，達到培養應用型人才的辦學目的。

設計型實驗：設計型實驗要求學生根據實驗要求，結合現有實驗裝置條件，自行設計可行的實驗方案，在老師指導下完成。其教學目的是培養和考查學生解決實際問題的能力 ,獨立設計和完成工程實驗。比如：提純分離乙酸乙酯。學生先合成粗乙酸乙酯，通過仿真模擬實驗，了解如何控制精餾塔得到要求的純度，再進入實驗室用實驗裝置來進行提純，將整個實驗過程連貫起來，對化工生產過程有更深的認識。根據化工原理理論課程教學內容、分專業設置針對性安排實驗設計內容，將化工原理課程實驗設計單獨設課。

2.1.2 啟發式教學

啟發式教學模式是教師根據教學目標學生的多方面實際情況出發，采用多種教學手段來調動學生學習的積極性，發揮學生在學習過程中的主體作用并通過積極的思維，主動地獲取知識和培養能力[5]。改變原有實驗教學方式，采用啟發式教學形式。在學生獨立預習的基礎上，通過聯系生活實際，提出問題引導學生思考。啟發式課堂教學可以引導學生由被動聽課變成主動思考，提高學習積極性。比如：以生活中喝碳酸飲料為例將吸收實驗引入課堂。

2.1.3 系統化教學

從“理論-實驗-實踐”向“教室-實驗室-工廠”三位一體的模式轉變，實現理論與實踐的對接[6]。我校將化工原理理論教學和實驗教學單獨設置課程，同步進行。在開設化工原理上下冊理論課教學的同時分冊分章節內容開設實驗課教學，同步理論和實驗教學內容。理論和實驗教學結束后集中進入工廠生產企業實習實踐鍛煉。同時，改變傳統的考查方式，變成以“考評結合”的考核方式。系統化教學使得教學實踐同步進行，積極培養學生的創新能力和工程技術能力。

2.2 改變師資隊伍結構水平

在教學活動中，化工原理實驗課程要由“教”向“學”轉變，提升學生的綜合能力和實踐操作能力，結合教師隊伍建設，改變實驗課教師的配備。優先考慮理論課和實驗課由同一教師完成教學任務；安排教師到工廠學習生產經驗或者外聘有資歷的工程師；增加“雙師型”教師建設數量；整體提高教師隊伍職稱水平。

2.3 增強“產-學-研”合作

結合六盤水地區煤炭、礦產的資源和區位優勢，積極推進“產-學-研”合作。一是教師深入工廠生產企業學習，不斷拓展自身的專業知識水平。二是學生通過學習，不斷提高自身的工程認知水平。此外，我校積極推進與企業合作，共建產學研合作基地，讓教師參與企業研究，將工廠和實驗室有機結合為一體，教師的科研水平和學術能力得到提升，學生的學習和實踐能力得到鍛煉。

2.4 構建平臺，增強設備技術

我校分別成立了煤炭高效清潔利用實驗平臺，煤系固體廢棄物資源化利用特色重點實驗室，虛擬仿真實驗中心，各個平臺新增了大量設備和仿真系統軟件。比如：轉盤萃取塔實驗裝置、節流式流量計校核裝置、變壓吸附實驗裝置；化工原理單元設備模型和單元操作仿真系統、工廠3D仿真軟件、大型儀器分析仿真系統等，為開設不同專業的化工原理實驗提供設備和技術支撐。從2015年起，我校實行專業實驗室專人專管，增強設備維護以提高儀器利用率。結合實驗過程中出現的問題進行分析，不斷對實驗裝置進行改進。

2.5 同步培養目標與實驗教材

根據我校現有專業設置和人才培養目標，針對性的采取合理的教學方法、安排實驗課程內容、選擇合適的教材。各有側重點的為每個專業培養應用型人才。在化工產業迅猛發展的市場需求下，并不需要高學歷、高精端型人才，而是需要專業技術能力強的應用型人才，是走出校門即可上崗勝任的“工程師”，這一點正符合我校向應用型本科院校轉型的發展要求。

2.6 實驗教學融入工程觀點

工廠實際生產過程中，是以不同的化工單元為基礎，將各個單元連接起來、工程技術人員團結協作才能完成。在實驗教學過程中，結合設計型實驗等改變學生過去對工程生產是一個單元設備獨立完成的錯誤認識，要求學生通過各個實驗項目建立化工整體生產過程的概念，培養團隊合作意識、工程整體意識和全局觀念。以精餾實驗為例：塔底再沸器的加熱和塔頂的冷凝交換是物料的傳熱和傳動過程；塔盤上氣液接觸是流體的傳質過程。整個實驗過程需要通過調節冷凝水、加熱器和回流比來控制，并不是靠單一的實驗操作來實現物質的精餾。

3 教學模式改革效果展望

化工原理實驗是化學化工類專業的是實踐教學的重要環節，是聯系理論與實踐的紐帶。圍繞我校對應用型人才的培養要求和專業設置特點，針對我校該課程的教學現狀，針對性的進行教學模式轉變，初步取得了一定成效。作為實踐類核心課程，其教改還需不斷深入，我校將繼續充分發揮資源和區位優勢，加強企業實踐鍛煉、引入“化工實驗大賽”等賽事，真正培養能從事工廠生產、工藝改進、工程設計和技術改造等的應用型人才。