化工原理開放式實驗室建設探討

王永剛，齊承剛

（齊魯工業大學（山東省科學院）實驗室與設備管理處，山東 濟南 250353）

化工原理實驗具有工藝性、工程性的特點，每個實驗類似于化工生產中的一個基本單元操作，研究對象是真實復雜的工程問題，具有綜合性、交叉性、多樣性、復雜性特點［1］。封閉保守的實驗室管理運作模式已經無法滿足學生對工藝性工程性實驗的認知學習，更無法滿足新時代培養創新人才的需要。建設化工原理開放式實驗室是大勢所趨，順應了高等教育發展的潮流。

1 建設化工原理開放式實驗室的必要性

1.1 化工原理開放式實驗室有利于初涉工程類課程的學習［2］

化工原理課程的開設一般放在大學二年級進行。通過大學一年級的學習，學生的基礎理論知識得到了加強與提高，也完成了基礎化學的無機分析實驗及大學物理部分實驗，具備了基本的實驗能力。但是化工原理與其他基礎課不同，不再是單一知識點的認知實驗，具有綜合性、工程性、探究性的特點，而學生的認知水平還停留在基礎知識的思維模式中，不能形成對新知識思維模式的轉變。化工原理開放式實驗室以開放的姿態面對學生，讓學生走進實驗室，親近儀器設備熟悉化工工藝過程，開拓學習思路與學習方法。所以，對化工原理這樣初涉工程類的課程學習，開放式實驗室非常必要。

1.2 化工原理開放式實驗室為學生把深奧的理論知識落實到活生生的儀器設備上提供方便

化工原理難講難學，它涵蓋的知識面很廣，涉及到化學、化工、物理、數學、電工、制圖等深層次的知識內容，學生需要通過艱苦的自主學習才能跟上學習步伐。理論學習中涉及到儀表工具儀器等，如果能聯系到實物，對學生的理論學習大大有益。開放的化工原理實驗室可以提供這樣的機會，學生可以在理論學習的同時，來到實驗室把課本知識落實到活生生的儀器設備上，能更深刻理解實驗工藝的內涵，提高理論知識水平。

1.3 化工原理開放式實驗室可以打破學生與大型儀器設備間的障礙［3］

化工原理實驗所用儀器設備與基礎化學大學物理等實驗設備有了本質的不同，儀器設備體積龐大結構復雜，儀表閥門貫穿其中。化學實驗等基礎實驗學習的是實驗室的技術，而化工原理實驗所介紹是工業技術，是有生產能力的較大的機器設備。這種實驗對象的變化需要學生有較長的適應消化過程，面對一個個高大冰冷的儀器，畏懼心理占了上風，不敢動手害怕失誤，這無疑是化工原理實驗教學的最大屏障。解決的辦法只有實施實驗室開放，讓學生走進實驗室，親近并融入到儀器設備中去。

1.4 化工原理開放式實驗室符合化工原理實驗的探索性需要

化工原理實驗教學除了用來檢驗或驗證理論知識外，更為重要的是對理論知識的綜合應用，以提高學生應用理論知識的綜合能力，強化工程實踐能力與設計能力。基礎實驗是理論的、嚴密的，實驗對象也是簡單的基本的甚至是理想的，而工程實驗面對的是復雜的實際工程問題。工程實驗的困難在于變量多，涉及的物料千變萬化，設備大小懸殊。化工原理開放式實驗室適應了課程探索性的需要，可以為學生提供探索研究的空間。

2 化工原理開放式實驗室建設原則

開放式實驗室不能簡單理解為，實驗室沒有實驗課時可以對外開放［4］。有的學校為了政績或是趕潮流，推行所謂開放式實驗室，只是把實驗室大門打開，歡迎學生參觀學習，一學期下來也沒有幾個學生到實驗室自主學習，這是嚴重的形式主義。開放式實驗室給學生提供學習探索的平臺，既要把學生吸引到實驗室來，又要讓他們能靜下心來研究學習，不是走過場。

2.1 突出學生主體地位

建設以學生自主學習為目標的化工原理開放式實驗室在實驗室建設中要摒棄守舊的理念，徹底改變教學思路與管理觀念，樹立一切為學生自主學習為中心的開放式實驗室建設目標。學生是實驗的主體，實驗室是塑造創新性人才的場所，我們的實驗室要讓學生有家的感覺，覺得這就是他們學習探索的地方，而不應該給他們設置不應有的障礙，限制他們的思維與發展。給學生創造良好的實驗環境，提供優質的發展平臺，應是我們工作的目標。

2.2 實驗室管理體系應適應化工原理開放式實驗室的需要

舊的實驗室管理體系已經不適應時代的發展，一個人管理一個或幾個實驗室，從衛生到實驗準備一人全責。這種實驗室全責的管理模式看似責任到人，實際上是責任的形式主義，什么都管實際上什么都管理不到位。開放式的實驗室管理應該是立體的，既有縱向的管理又有橫向的管理。采購、維修、藥品管理、廢物處理都就有專人負責。更應該有高級人才負責課程的設置，儀器設備的研究改進。還要有一套完善的學生開放式學習和管理系統等。所有這些都是優質開放式實驗室的制度保障。

3 化工原理開放式實驗室的科學規劃［5-6］

優質科學的實驗室規劃是開放式實驗室建設的基礎。要做好開放實驗室建設，首先要做好實驗室規劃設計，做到科學合理又高度人性化，將有限的實驗資源、教學空間以及有限的實驗內容、實驗時間進行拓展和延伸，有利于學生學習積極性和潛能的充分發揮，有利于學生自主學習和個性化發展。

3.1 化工原理實驗單獨設課

大多高校沒有把化工原理實驗單獨設課，化工原理實驗只是化工原理課程的一部分，這就極大限制了化工原理開放式實驗室的建設。因為從屬于理論教學，實驗課時實驗時間無法得到保障，更無法對實驗項目進行大力度改革。因此要建設真正的化工原理開放式實驗室，化工原理實驗必須單獨設課，把實驗教學提高到與理論教學同高的地位，這樣可以從容地進行實驗室科學規劃，為培養創新型人才奠定良好基礎。

3.2 建設不同層次的實驗室適應多層次學習需要

化工原理實驗單獨設課后，實驗內容與項目整合優化，分為基礎型實驗、綜合性實驗二個層次。

基礎型實驗，切合主要知識點，鞏固所學理論知識及其基本的操作訓練。以傳統的驗證性實驗為主，教學目標重在掌握典型單元操作過程的機理和規律，以及完成實驗操作、數據處理、儀器的使用等基本訓練。演示實驗有：雷諾、柏努力、板式塔水力學實驗、流線演示等。基本單元操作實驗有：流體阻力測定、傳熱、離心泵特性測定、干燥、填料吸收塔實驗、板式精餾塔實驗等；

綜合性實驗，是提高學生素質增強學生科研能力的重要手段，通過實驗學生可以掌握基本的科學研究過程，提高提出問題解決問題的能力。綜合性實驗儀器設備為大型多功能性設備，能完成某項單元操作的幾項實驗任務。學生可以充分利用實驗儀器設備選擇實驗項目，經過理論分析然后進行實驗設計，通過實驗數據處理、結論分析等最后形成科技論文。綜合性實驗有：傳熱綜合實驗、板式塔精餾、反應精餾、膜分離實驗等。

4 建設實驗網絡平臺方便學生自主學習探索［7］

利用實驗網絡平臺可以對學生的學習情況考核評估。通過掃碼登錄，哪個同學使用了哪臺儀器，使用了多長時間，查詢了什么問題，觀看了哪些視頻講座，關心了哪些問題等等都有跡可查，也大致能反映這位同學的學習情況。通過實驗網絡平臺可以對實驗室開放狀況做出評估。看看有多少人通過實驗室開放自主學習，學習了多長時間，使用了哪些儀器設備，在這些儀器設備上進行了怎樣的學習探索。尋找發現同學們最關心的是什么，重視他們的學習反饋，改進我們的工作。

5 開發多種輔助教學手段助力開放式實驗室［8］

化工原理實驗教學中對儀器設備的深入認識是學生學習的難點，化工原理儀器設備結構復雜體積龐大，其內部結構只能通過書本或仿真軟件等渠道了解。我們充分利用現有實驗用房，為學生提供實驗模具展示，開發多種輔助教學手段助力開放式實驗室建設。

5.1 重視實驗模具

在實驗教學的作用有人認為模具已經落伍了，早已被時代淘汰，流行的是仿真虛擬技術。我們認為模具永遠不會過時，應該重新認識與定位其在實驗教學中的輔助作用。虛擬仿真做得再好也只是屏幕上看到的，擺在實驗室的設備是真實的但不能分解。實驗模具把大的設備做得象玩具一樣精美，可以欣賞可以把玩，可以拆解也可以組裝。一件做工精良的模具擺在面前時，會吸引學生的眼球，好奇心會引導學生愛上實驗儀器設備。通過對模具的研究，儀器的構造、工作原理一目了然，能把抽象的問題具體化。

5.2 充分利用各種資源為學生提供實物展示

化工原理實驗，同一實驗項目儀器設備，不同的生產商產品差別很大。雖然實驗原理一樣，但設計思路卻有很大不同，難免有設計不合理之處。為了能讓學生了解更多的儀器型號，開拓視野，我們利用各種機會廣泛收集儀器儀表等，供學生學習觀摩。例如化工用泵、閥門、管件、流量計、風機、攪拌裝置、換熱器部件、填料、塔板、膜組件及儀表等。把報廢的實驗裝置上可利用的零部件拆卸下來，供學生課后進行實物觀摩。

通過多種輔助教學手段，學生可以進一步了解化工設備的結構工作原理等，進一步增強了對工業生產設備的感性認識。

6 小結

化工原理開放式實驗室在建設過程中會遇到很多困難與阻力，有資金方面人手方面，更重要的是創新意識缺失。通過不懈的工作，化工原理開放式實驗室給化工原理實驗教學注入了活力與動力，為學生提供了更多的實驗機會，滿足了學生對實踐的渴望和需求，學生知識綜合運用能力、思維縱橫擴散能力、創新能力等得到了有效訓練與提高。