新工科背景下化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

陳大勇，錢立武，盛敏剛

（池州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽池州247000）

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工原理的重要延伸，是化工原理從基本理論走向工程實(shí)踐的橋梁與階梯，在化工新工科人才的培養(yǎng)中具有舉足輕重的作用[1]。然而在新工科建設(shè)備受重視與日益推進(jìn)的情況下，化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足也愈加顯現(xiàn)。尤其是：（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)滯后于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，教材內(nèi)容不匹配于實(shí)驗(yàn)裝置；（2）教學(xué)過(guò)程中，工程理念培養(yǎng)不足，工程能力培養(yǎng)尚待提高；（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄方式不合理，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理缺乏給予學(xué)生獨(dú)立思考的空間；（4）實(shí)驗(yàn)考核不能突出其以工程為核心的課程導(dǎo)向。基于此，對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一些有益的改革探索與實(shí)踐。

1 更新實(shí)驗(yàn)裝置、自編實(shí)驗(yàn)教材

1.1 購(gòu)置新的實(shí)驗(yàn)裝置

之前的實(shí)驗(yàn)裝置因年代長(zhǎng)久、設(shè)備陳舊，而故障頻出，尤其是其信息化、智能化水平不夠。這不僅給實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程帶來(lái)不便，而且因其脫離于現(xiàn)代化工生產(chǎn)實(shí)際，而不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，購(gòu)置更先進(jìn)、更智能化，更加信息化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備尤為必須。新的實(shí)驗(yàn)裝置，如傳熱裝置、恒壓過(guò)濾裝置、精餾塔和填料吸收塔等都具有良好的智能化、信息化水平，能夠通過(guò)其工控組態(tài)軟件進(jìn)行良好的人機(jī)互動(dòng)。同時(shí)也能通過(guò)其數(shù)據(jù)分析軟件自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。

1.2 組編實(shí)驗(yàn)教材

盡管化工原理裝置的原理大致相當(dāng)，但由于生產(chǎn)廠家不同實(shí)驗(yàn)裝置又各具特點(diǎn)。因此，一本教材很難做到一而概之。化工原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)裝置部件較多、閥門較多，而且有些實(shí)驗(yàn)裝置是高溫、高壓的，若操作不慎，輕者實(shí)驗(yàn)失敗，重則引起安全事故。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，編寫具有針對(duì)性的教材既能提高教學(xué)效果與教學(xué)效率，又能確保實(shí)驗(yàn)安全。根據(jù)現(xiàn)有裝置組編的實(shí)驗(yàn)教材包括了雷洛實(shí)驗(yàn)、流量計(jì)性能測(cè)定、精餾、恒壓過(guò)濾等12個(gè)項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目均由實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)等8個(gè)部分構(gòu)成。尤其是實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)的編寫要嚴(yán)格依據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)來(lái)組織編寫。這樣既有利于學(xué)生預(yù)習(xí)，也有利于實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)安全。教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生嚴(yán)格按照自編教材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)率低，實(shí)驗(yàn)失敗少，實(shí)驗(yàn)安全有保障。

2 加強(qiáng)工程觀念與工程能力的培養(yǎng)

2.1 衍生化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)培養(yǎng)工程觀念

傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程是學(xué)生先掌握實(shí)驗(yàn)原理，然后熟悉實(shí)驗(yàn)裝置特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)記錄，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。這種實(shí)驗(yàn)過(guò)程在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力具有較好的作用。例如，學(xué)生可以了解裝置的構(gòu)造，可以熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作。但這種實(shí)驗(yàn)過(guò)程的主要目的仍然在實(shí)驗(yàn)原理的驗(yàn)證上。某些實(shí)驗(yàn)裝置，其本身就是一個(gè)小型化的化工單元設(shè)備。為更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，對(duì)于這類實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以酌情布置相應(yīng)的單元設(shè)備設(shè)計(jì)課題作為課外設(shè)計(jì)作業(yè)，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。

2.2 依托化工實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽培養(yǎng)學(xué)生工程能力

為有效推進(jìn)化工“新工科”建設(shè)，近年來(lái)教育部化工類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)協(xié)同中國(guó)化工教育協(xié)會(huì)舉辦了全國(guó)大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽。化工實(shí)驗(yàn)大賽在賽題的難度與廣度上較之于日常的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)高出很多。其要求學(xué)生具有更深厚的化工基本理論知識(shí)和更廣闊的化工知識(shí)面。為此，我們鼓勵(lì)學(xué)生參加化工原理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，并對(duì)參加競(jìng)賽的學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)培訓(xùn)，針對(duì)輔導(dǎo)。

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)記錄與數(shù)據(jù)處理

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般由學(xué)生自主記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。但是由于學(xué)生一般都是初次接觸化工原理實(shí)驗(yàn)，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要記錄哪些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不是特別清楚，因此容易因?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的漏記而造成實(shí)驗(yàn)的失敗。另外，由學(xué)生自主在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也容易造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的混亂。這些都會(huì)給實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理帶來(lái)不便。為此，可以把每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。實(shí)驗(yàn)時(shí)，把整理好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表分發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格的要求與格式記錄數(shù)據(jù)。這樣可以避免學(xué)生漏記和錯(cuò)記數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和后續(xù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理大有裨益。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

化工原理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程大都比較復(fù)雜，如果完全手動(dòng)處理，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又容易出錯(cuò)[2]。新購(gòu)置的化工原理實(shí)驗(yàn)裝置具有較高的智能化水平，其不僅可以通過(guò)其組態(tài)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，還可以通過(guò)其集成的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析處理。比如，對(duì)于恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，只要將系統(tǒng)自動(dòng)記錄的過(guò)濾壓力、過(guò)濾時(shí)間、濾液體積等數(shù)據(jù)導(dǎo)入“恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)”數(shù)據(jù)處理軟件，就能自動(dòng)繪制△τ/△q～-q曲線，從而得到恒壓過(guò)濾常數(shù)K。因此，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件來(lái)自動(dòng)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即省時(shí)省力，又科學(xué)準(zhǔn)確。但其弊端也顯而易見(jiàn)。尤其是，數(shù)據(jù)處理軟件讓學(xué)生產(chǎn)生了嚴(yán)重的依賴心理。學(xué)生認(rèn)為，只要實(shí)驗(yàn)過(guò)程正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理就會(huì)簡(jiǎn)單、科學(xué)。因此，容易導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)習(xí)態(tài)度消極。另外，完全依靠數(shù)據(jù)處理軟件的“全自動(dòng)”數(shù)據(jù)處理，也缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理能力的鍛煉與培養(yǎng)。

故此，化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理即不宜采取完全依靠人工的“全手動(dòng)”處理方式，也不宜采用完全依靠數(shù)據(jù)處理軟件的“全自動(dòng)”處理方式。而宜采用“自動(dòng)”與“手動(dòng)”相互結(jié)合的方式進(jìn)行。

4 改進(jìn)考核方式

化工原理實(shí)驗(yàn)是一門重操作的課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性[3]。采用以“試卷”定成績(jī)的方考核式有悖于化工原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的初衷。化工原理實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)的考核要注重過(guò)程考核、要強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力的考核。為此，我們改變了其課程考核的方式。其課程考核成績(jī)主要有三大模塊組成：（1）出勤與預(yù)習(xí)情況（20分）；（2）操作技能，工程能力，分析能力等（50分）；（3）實(shí)驗(yàn)質(zhì)量（30分）。尤其是操作技能、工程能力、等在成績(jī)考核中占有較大的比重（50%），突出了化工原理實(shí)驗(yàn)的重實(shí)踐、重操作、重工程能力的課程導(dǎo)向，契合于新工科對(duì)化工類人才的培養(yǎng)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

新工科背景下，化工原理實(shí)驗(yàn)在化工類專業(yè)新工科人才培養(yǎng)中的作用日益突出。因此，當(dāng)前改革化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段與方式、提高化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量在尤為重要。更新實(shí)驗(yàn)裝置、自編教材既能幫助學(xué)生與時(shí)代接軌、學(xué)以致用，又能幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率和提高實(shí)驗(yàn)的安全性；單元設(shè)備設(shè)計(jì)和化工原理實(shí)驗(yàn)大賽可以提高學(xué)生的工程觀念；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理方式的改進(jìn)既可以提高實(shí)驗(yàn)效率和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，又能培養(yǎng)學(xué)生分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力；改進(jìn)考核方式能樹(shù)立正確的“教”與“學(xué)”導(dǎo)向。雖然如此，教學(xué)改革往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，因此既要遵循循序漸進(jìn)，不能一蹴而就的原則，也要因地、因情選擇適當(dāng)?shù)母母锓绞脚c策略。