工程教育專業認證下化工原理實驗教學改革探索*

蹇 建，周 虎，袁正求, 劉國清，曾堅賢

(湖南科技大學化學化工學院,湖南省普通高?；瘜W與化工創新創業教育中心，湖南 湘潭 411201)

開展工程教育專業認證工作是規范我國高等學校工程教育專業、提高工程教育質量的重要舉措[1-2]。湖南科技大學化學工程與工藝專業作為國家級一流本科專業建設點，教育部“卓越工程師教育培養計劃”實施專業，于2021年完成了化工與制藥類專業認證委員會的專家進場考察?；ぴ韺嶒瀸儆诠た茖嶒灧懂?，是應用自然科學的基本原理和工程實驗方法來解決化工及相關領域的工程實際問題，是培養化工專業專門人才的一門必修的專業基礎實驗課程。本課程通過開展化工單元操作工程實驗的系統訓練，使學生深化理解化工原理知識，提高學生實驗操作能力和創新能力，以及解決實際工程問題的能力[3]。根據工程教育專業認證標準和要求，化工原理教學團隊從教學大綱、實驗條件、教學體系、考核方式和課程達成度等方面對化工原理實驗進行了探索，目的是培養學生的工程應用能力和創新精神，以提高學生的綜合競爭力[4]。

1 根據專業認證標準修訂教學大綱

根據工程教育專業認證的要求，化工原理教學團隊編制了新的《化工原理實驗》課程教學大綱，明確課程目標對培養方案中“畢業要求”的支撐，培養學生嚴謹的科學態度和團隊合作精神，提高工程實踐能力。在新制定的教學大綱中，將柏努利方程演示實驗和雷諾演示實驗、流體流動阻力的測定、離心泵性能參數的測定、傳熱膜系數的測定、總傳熱系數的測定、填料吸收塔實驗、精餾塔的操作及塔板效率測定和空氣循環干燥實驗有機結合，增設16 學時的化工原理仿真實驗(共計60學時)，完善并充實了實驗項目內容，明確了3個課程目標，建立了專業認證的畢業要求指標點與課程教學目標之間的支撐關系(見表1)，形成了完整的教學大綱體系。具體內容如下：

課程目標1：鞏固、深化和應用化工原理的基本概念、基礎知識、基本理論和方法，培養實驗操作能力以及運用基本理論和方法綜合分析和解決實際問題的能力。掌握化工單元過程實驗的設計與與數據的測試技術，掌握化工典型單元設備的操作方法。

課程目標2：掌握實驗數據獲取與處理，實驗結果分析與討論，實驗報告編寫。

課程目標3：提高工程實踐能力，培養嚴謹的科學態度和團隊合作精神。

表1 化工原理實驗課程教學目標對畢業要求指標的支撐關系Table 1 The supporting relationship between the teaching objectives of Chemical Engineering Principle experiment course and the graduation requirements

2 改善實驗教學條件

為提高學生的培養質量和滿足專業認證的要求，已為化工原理實驗購置或更新了綜合流體實驗裝置、雷諾演示實驗裝置、伯努利方程演示實驗裝置、篩板精餾實驗裝置、循環風洞道干燥實驗裝置、板框過濾實驗裝置、吸收與解吸實驗裝置等儀器設備。與此同時，實驗室對安全、保障和維護措施進行了進一步完善，具體包括：全面清理和完善實驗室的安全標示，將《設備安全操作規程》貼在墻上，并對危險化學藥品備有安全說明；實驗室有良好的通風系統，裝置取樣點處都安裝有局部吸排風口，使用易揮發藥品的專業實驗室均配有柜；加強了實驗室常用應急藥品的配備，將護目鏡和急救箱等擺放在易取位置；根據服務半徑，在實驗室附近配備了洗眼器，用于發生意外時沖洗眼睛和淋洗身體；在實驗室設置煙霧和火警報警監測裝置，使潛在的安全事故能夠得到及時的預警和消除。此外，由學院聘請專職的實驗室安全巡查員1名，對實驗室安全開展經常性的巡查，發現隱患及時上報，有效提高了對實驗室安全問題的早期發現和防護力度。

3 完善多層次教學體系

化工原理實驗分層次開展實驗教學，構建從“演示實驗→驗證性實驗→綜合性實驗→設計、提高型實驗”的多層次的實驗教學體系。例如，學生進行“流體流動形態演示實驗”，滯流時流體沿管徑按拋物線的規律分布，中心的流速最大，愈近管壁流速愈慢。湍流時由于流體質點強烈分離與混合，流體質點呈紊亂地向各方向作隨即脈動。通過演示實驗讓學生建立“滯流和湍流兩種流動形態”的感性認識。又如在“伯努利方程實驗”中學生通過觀察在流量相同與流量變化的情況下不同管道截面的靜壓能與沖壓能變化，從而理解流體流動的機械守恒與能量的轉化。在“離心泵特性曲線的實驗測定”中學生根據實驗數據建立離心泵的性能可用特性曲線，即揚程和流量的關系曲線(H-Qv曲線)，軸功率和流量的關系曲線(P-Qv曲線)，效率和流量的關系曲線(η-Qv曲線)，從而驗證泵的流量與揚程(壓頭)、軸功率和效率等之間的關系。在綜合性實驗中例如學生進行“傳熱膜系數的測定”實驗，通過對流傳熱系數α的測定，加深對其概念和影響因素的理解。最后學生進行的“計算機仿真實驗”，通過設計和模擬以上各實驗的操作與數據處理，從而提升學生創新能力和解決實際問題的能力。另外，為符合專業認證的要求，我們將學時數增加到了60學時，化工原理課程教研組還編寫了新的《化工原理實驗》教材，豐富了實驗教學內容，幫助學生樹立解決復雜化學工程問題的觀念。多層次教學可充分調動學生的學習興趣和勇于探索的積極性，提高實驗操作能力、創新能力以及運用基本理論和方法分析和解決實際問題的能力，為以后的生產工作奠定了良好的基礎[5-6]。

4 改革考核方式

根據專業認證理念，結合化工原理實驗的特點和流程，以學為導向，注重學習過程。實驗預習情況占總成績的10%，主要考核學生對本課程理論知識的預習情況和預習報告；實驗操作占總成績的40%，主要考核學生實驗操作過程、實驗態度和作風情況；實驗報告占總成績的50%，,主要考核學生對實驗操作表述、實驗數據處理、實驗結果分析的準確性。從單純的實習報告是不能體現學生對實驗的預習程度，因此，我們一方面考察預習報告撰寫情況，另一方面通過提問的方式考查學生是否真正理解實驗的基本原理和大概操作過程。操作部分則仔細觀察學生的實際操作能力和數據采集能力，對動手能力強和行動懶散的學生均予以記錄，以此作為實驗操作部分成績的評價指標。同時增加實驗小組成員間的相互提問、交流以及教師參與互動的方式，從而增強學生理論聯系實際、分析和評價的能力。實驗報告部分則整體考察學生對實驗基本原理和操作的掌握程度，以及數據分析和處理的能力。教師根據學生的成績和實踐操作情況進行總結，分析學生在實驗操作過程中存在的問題，提出改進方法，不斷完善教學過程，形成持續改進機制，進而全面提高教學質量。采取新的考核方式以后，學生對化工原理實驗無論是從實驗原理、操作能力，還是在創新意識方面均得到了較大提升，并且形成了良好的實驗習慣。

5 課程目標達成度評價

工程專業認證非常強調要依據課程目標達成度評價對后續教學工作進行持續改進，因此，我們根據《化工原理實驗》課程支撐的畢業要求指標點與課程目標的對應關系，對該實驗的課程目標達成度進行了量化分析，評估了學生的工程知識能力的達成度，為后續課程的持續改進指明方向。以某化工班《化工原理實驗》教學目標達成度分析為實例，教學目標1、教學目標2和教學目標3分數占比分別為40分、40分和20分。首先計算出每個學生在各教學目標的平均值，然后除以各教學目標的滿分值，即可得到各教學目標達成度。根據該方法我們計算出此班在該實驗課對應的課程目標1的課程達成度為0.85，課程目標2的課程達成度為0.82，課程目標2的課程達成度為0.76，總體課程達成度值為0.82，表明本班學生對《化工原理實驗》課程的內容掌握程度較好，但同時也關注到學生在創新意識和團隊協作能力方面有所欠缺，在今后的實驗開展過程中將進一步加強學生在該方面的培養。

6 結 語

化工原理實驗課程是化工專業不可或缺的實驗實訓環節，是將理論與實踐聯系起來的橋梁，也是培養高素質化工專業人才的重要環節。在工程教育專業認證更高、更嚴格的標準和要求下，本實驗課程制定了符合要求的教學大綱，改善了實驗教學條件，完善了教學體系、建立了合理的考核方式和課程達成度評價體系，有效提高了教學水平和質量，也顯著提高了學生的創新能力和解決實際工程問題的能力。