淺析化工原理實踐教學對理論教學的促進作用

黃瑩瑩 邱詩銘 袁芳

摘? 要：隨著數字化時代的到來，各高校的教學模式也在不斷改革創新。除了理論課程的教學之外，工科專業對大學生的實踐能力的要求也在提高，越來越注重培養學生理論與實踐結合的能力，以使其能靈活運用理論知識解決實際問題。實踐教學對理論教學起著促進作用，通過實踐教學的學習能加深學生對理論知識的理解，激發學生學習熱情，使學生真正做到學以致用。

關鍵詞：化工原理;實踐教學;理論教學

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2022）17-0180-05

化工原理課程是化學工程與工藝等專業的一門核心課程，作為化學工程、食品工程、環境工程、材料工程等多個工科專業的重要課程，化工原理課程對化工以及相近的學科領域都有著重要的支撐作用，深入化工等專業的學習，都需要化工原理課程作為理論基礎和知識儲備。致力于提升教學質量，引導學生形成完善的工科思維，建設堅實的理論基礎，使之具備較強的實踐能力，凝練創新意識，培養出更多綜合能力強，專業素養高的人才，是化工原理課程教學一直以來堅持的方向。本文簡要分析了化工原理理論教學中存在的教育問題，并通過強化實踐教學的措施，探索理論教學對實踐教學的促進作用。

一、理論教學中的教學情況與分析

化工原理課程的基本教學要求：學生能夠樹立工程觀念，將理論與工程實際相結合，在理解各單元操作的基本原理的基礎上，識別化工工程問題的關鍵環節和參數，能對生產過程進行操作和調節;應當能正確查閱工程手冊及圖表中的各種參數，進行工程計算;擁有繪制工程圖的能力，能夠綜合應用化工原理課程理論分析復雜的化工問題，具備對主要單元操作過程的設計及優化能力;具備一定的過程開發或科學研究能力。但是在當前的實際化工原理課程理論教學過程中，基于化工原理課程的學科特點，教學環境的局限性以及教學理念不夠科學等原因，仍存在一些教學難題：

1. 在學科特點上，化工原理理論課程中所涉及的知識內容相對較廣，包含流體流動及輸送、傳熱、氣體吸收、蒸發、干燥、蒸餾等多個方面[1]，很多單元更是基于實踐操作展開，要求學生掌握的知識點較多，使得學生在理解和記憶中存在困難，不能正確理解各單元操作的基本概念和基礎原理，學生也不愿在課后花費過多的時間和精力反復學習，在一個階段的學習中沒有及時消化和理解透徹相關知識必然導致在下一個階段的學習中，難以接受和吸收新的知識內容，因此打擊了學習熱情，形成“越不學越差，越差越不學”的惡性循環。

2. 在學生知識儲備上，學生理論知識掌握得不太好，基礎較為薄弱，欠缺高等數學和物理學等方面的知識內容作為支撐。很多原理在推導和運用時，往往會涉及高等數學和物理學等方面的理論知識，各種公式的推導和求解過程頗為復雜和抽象，學生難以透徹理解這些推導過程和原理結論，不熟悉主要單元操作的基本計算方法，只能一味依靠死記硬背的笨方法背下公式和結論。未領會其原理，對公式的運用當然不夠熟練，忘記、混淆，錯用公式的情況常常出現。

3. 在學習動力上，學生的學習熱情欠缺。由于缺乏單元操作的實踐經驗，略顯空泛的理論教學讓學生產生“學而無用”的錯誤心理，在理論學習中，腦中處于一片空白的迷茫狀態，對理論知識的實際運用沒有清晰的認知，更未切身體會到這些所學的理論知識的重要性和實用性，難以調動學生的學習熱情，學生自律性不強、自覺性也不高，在一些重點難點的學習上常常都是淺嘗輒止，一知半解，不求甚解，求知欲望不夠強烈，往往覺得只要能通過課程的期末考試就足夠了，對化工原理課程的學習保持著一種應付心理，學習自主性和積極性都不高，自然極大地影響了教學質量。

綜合上述化工原理課程教學中的問題，可以看出，以往的單純理論教學模式過于陳舊，理論課程的學習只有和實踐教學相結合，才能提高教學質量，使學生在理論課程的學習過程中建立起三維立體的學習框架，鞏固理論基礎，培養實踐能力，提升創新能力，做到理論知識與實際操作的現實結合，提升專業素養，使之在將來能快速適應各行各業的工作。

二、強化校內實踐教學的具體實施

化工原理本身就是一門以實驗為基礎的學科，在校內可以開設的實踐課程主要有傳統實驗課程、仿真實驗演示、化工原理課程設計和畢業設計等。對于一些有關器械設備和簡單單元操作的理論知識學習，可以通過開展實驗課，進行具體的實驗操作過程使之變得具體和形象，便于學生對理論知識的強化學習和更深層次的透徹理解;仿真實驗演習可以模擬出各種真實的生產環境，彌補高校實驗室無法提供的實踐空缺，也可以節省藥品，降低因操作不當等引發的風險;化工原理課程設計則是通過教師布置相應的項目設計書，指定給學生一個設計方向，要求學生設計出能滿足工藝要求的蒸餾塔、吸收塔、冷凝器、蒸發器等設備和相應的工藝流程，考查學生對所學各類原理的使用和各種公式的計算，模擬解決現實工藝生產中的實際問題;畢業設計綜合了化工原理實驗教學的規范操作[2]，注重提升學生的創新能力，對培養學生產生工科意識，靈活利用理論知識解決實際問題，提高數據處理的思維能力都有著很大的幫助，是對本科生素質的最后一項全面考查。

（一）實驗課程與理論課程結合

在理論課程的教學中同步穿插實驗課程的教學，讓學生學以致用，學有所用。例如在理論課程“離心泵”的教學過程中進行實踐教學，讓學生直觀真實地接觸離心泵，勝過在課本上看理論圖數十次，在進行理論課程的學習后，及時在實踐課程中完成“離心泵特性曲線的測定”實驗，在實驗過程中，既可以讓學生更透徹地了解離心泵的內部結構，又可以掌握離心泵的操作，還可以熟悉離心泵的工作原理和特點，通過對實驗數據的處理，則更能透徹理解離心泵性能參數的幾個公式的推導和意義，在實驗報告的撰寫過程中，也能及時總結離心泵的相關理論知識和實踐操作，鞏固和完善所學內容。

（二）調整課程課時

以往的化工原理課程課時安排較少，僅有64課時，難以滿足理論課程學習的數量要求和質量要求，且在實踐教學上也不夠重視，安排的實驗課程并未與理論課程有機結合，使得學生的理論基礎和實踐經驗都稍有欠缺。因此，無論是理論課程還是實踐課程，都應適當增加課時安排，才能保障教學任務得以更好地實施，提升教學質量，現已從原來的一學期64的理論課時，改為了兩學期分別有48理論課時的教學安排。增加理論教學課時的目的，一是使學生有更多時間學習更多化工原理課程的理論知識，二是用來分析和總結學生在實踐課程中的不足，有針對性地給學生一些指導性意見，如果學生在離心泵特性曲線中的實驗數據有誤，或是計算出誤，可以在理論課程上總結經驗教訓，及時發現和解決問題。

（三）使用虛擬仿真實驗平臺進行演習

在使用一些昂貴的精密儀器進行實驗或是模擬實際生產時，為了保障實驗操作規范、確保實驗的成功率，可以先用虛擬仿真平臺進行仿真實驗演習，仿真實驗演習的優點有很多，一是可以讓學生掌握多種基礎實驗技能，規范實驗操作，不需要老師在一旁指導;二是可以省下實驗過程中發生化學反應的等待時間，在有限的時間內進行更多次的仿真實驗演習，提高學習效率;三是在多次練習同一實驗的規范操作時，可以避免重復實驗造成實驗試劑的浪費，減少不規范實驗操作引發的意外事故，既節約成本，又綠色環保，還可以在一定程度上保障學生的人身安全;四是仿真模擬演習可以較為真實地模擬出實際工藝流程中場景，如一些工廠的車間、生產流水線等，當模擬演習出現操作錯誤時，也能讓學生看到不當操作引起的各種現象，加深印象，讓學生對真實的生產流程有了初步認知，更能直觀地感受到所學理論知識的用武之地，對將來從事相關方面的工作都有著很大幫助。

（四）完成化工原理課程設計任務

在完成化工原理的理論課程學習后，為檢驗教學成果，可以開設“化工原理課程設計”實踐課作為考核，檢驗學生對化工原理學科的掌握情況。化工原理課程設計的對象是化工單元操作設備的工藝設計，基本考核方式主要是由教師分配給學生化工原理課程設計任務書，由學生運用所學知識，獨立完成設計任務，通過編制設計方案，調研建設項目的各個方面，規劃出幾個設計方案，然后對比分析，權衡利弊，優中擇優，最后選用技術上先進、經濟上合理、生產上安全，并對環境友好的最佳方案。比如在關于冷凝器的設計書“年處理2萬噸正戊烷冷凝器的設計”中，首先需要了解冷凝工藝設計的相關知識和生產流程，再進行相關計算，查閱地下水與正戊烷在各自定性溫度下的物性數據，接著初步估算出換熱面積，根據計算所得數據初步選擇合適的標準冷凝器，核算總傳熱系數、傳熱面積裕度和壓降等參數是否合適，所有參數確定無誤后再畫出設備裝置圖和生產流程圖，完成設計。在完成設計任務的過程中，不僅可以培養學生查閱資料、處理數據、繪制圖表的能力，還能鍛煉學生快速而精確地完成工程計算，模擬處理實際問題的能力，使學生掌握化工原理課程設計的基本程序和方法，能用簡潔的文字和適當的圖表表達設計思想[3]，做出一次模擬實際生產設計的簡單嘗試。

（五）重視畢業設計實驗

除了培養學生的實踐能力之外，也要注重創新思維的養成，科學研究的本質之一就是創新，創新是科學發展的重要動力來源。畢業設計作為實踐教學中最后的環節，學生在此具有很大的自主發揮空間。應當提升對本科畢業設計的重視程度，適當拓展考核力度和廣度，鼓勵學生自主創新。畢業設計應使用以學生為主體、導師為主導的實踐教學模式，導師只負責審核實驗方案、操作要求、技術指標等要求，由學生自行完成畢業設計的選題、實驗方案制定、技術路線設計、具體操作和調試、指標測試與計算等過程。從任務分析、方案制定到系統調試、指標測試以及最后的報告撰寫等全過程的實踐，都著重考查學生的理論知識基礎、自主創新能力、實踐操作能力和科研精神，學生既能將所學理論知識進行綜合運用，又能把研究視野擴展到相關知識領域，發現和解決復雜工程問題的能力、創新思維能力和研究能力在這種潛移默化的過程中也能得到提升[4]。

三、校外實踐教學

除校內的實踐教學之外，也可以適當開展一些校外的實踐教學[5]，比如鼓勵學生參加專業性相關的各種競賽和到企業中完成見習、實習工作等。校外實踐可以使學生的課余生活更加豐富，增長見識，開闊眼界，學到一些校內接觸不到的專業知識，提前接觸了解企業文化和管理制度，強化學生的責任感和團隊精神，使學生目光和焦點不只局限于本校之中。只有不斷開闊視野，才不會被不斷進步的時代拋下，這無論是對將來考研還是參加工作，都有很大的積極意義。

（一）專業競賽

鼓勵學生在課余時間積極參加一些化工技能比賽，如“全國大學生化工實驗大賽”，在與其他學校的優秀學生同臺競技、切磋交流的機會中，既可以豐富閱歷、放寬眼界，又可以檢驗自身的專業水平，加強綜合素質和能力培養，讓專業素養完成進一步的突破。

（二）企業見習和實習

應當開發和加強見習和實習方面的實踐課程，與更多企業進行合作，建立實踐教學基地，鼓勵和引導學生去各企業參加見習或是實習工作。我校本專業的大四學生一般會去一些糖廠進行為期三個月的實習，糖廠車間包括壓榨車間、澄清車間、煮糖車間、精餾車間等，實習工作需要學生了解制糖工藝的全工藝流程，掌握相關器械設備的使用，學習遇到緊急突發事件的應對和處理辦法，此外，學生也可以親身接觸到企業文化，直接感受正規企業的管理模式，實現從學生到職員的初步轉變。學生在返校后會撰寫實習報告，記錄下實習過程中的收獲、實習情況和該企業的生產流程、企業文化等，結合自身所學知識，梳理工廠的流水線，對公司的工作有一個初步的認知，反思自身在實習工作中存在的不足之處，加以改進，提升自身能力及素養。學生實習相當于提前參與工作，可讓學生更早地接觸企業、融入企業，把理論知識運用到實際的生產流程工作中，找出自身掌握的理論知識的缺陷所在，彌補自身不足，提高理論與實際結合的能力，提升實踐工作水平。

四、實踐教學促進理論教學的實際效果

加強實踐課程的教學之后，通過觀察學生上課時的隨堂表現，分析學生作業以及考試情況，收集學生對課程教學改進之調后的滿意度調查等發現，理論教學中存在的困難有了明顯的改善：1.學生的學習積極性大大提升，不僅理論教學課堂的課堂氣氛活躍了許多，一改以往死氣沉沉的精神面貌，學生也會積極主動地提出在教學中產生的疑惑，提高了課堂的互動性，學生聽課的專注度很高，課后作業的正確率和考試成績相較往屆也有了明顯提升;2.學生在實踐課程中對儀器有了初步認識，在進行虛擬仿真實驗演習時，從在學校“聽天書”的場景轉換到在工地搞生產，學習趣味性十足，變被動學習為主動學習，學生對理論教程中的知識點更加重視，并能靈活運用到實驗中，學習效率大大提升;3. 從學生對這種教學模式的反饋來看，學生的滿意度和評價都很高，學生對課堂互動的效果、課程內容的設計、教學內容和教學方法等都表示滿意，對化工原理學科的了解和學習都有著較深的體會，對將來學習其他化工核心課程或者考研也有著很大幫助;4. 在有了一定的理論基礎和動手能力之后，學生則可以開始著手畢業設計實驗，跟往屆學生相比，強化過實踐教學的這屆學生不僅參與畢業設計實驗的積極性更高，實驗創意方向也是百花齊放，在畢業設計的過程中遇到難題，首先不是想著找師兄或導師幫忙，而是通過閱讀文獻，查找儀器使用方法來解決，在此過程中補充學習到很多理論教學中的盲點，提高了學生自主學習能力，科研精神也得到進一步的升華。

表1和表2分別是我校2018級和2019級學生化工原理課程的課程成績情況。

對比兩表可以看出，2018級成績優秀的學生占比為23.8%，成績良好和中等的學生占比均為21.4%，但未通過課程考核的學生占比為11.9%，平均分為73.6;相較而言，2019級學生則成績更為均衡集中，中等和良好的學生占比分別為42.9%和49.0%，共計為91.9%，平均分為78.4，高出18級近5分，未通過課程考核的同學僅有一位，占比2%，成績優秀的學生也僅有1位，應當加強對優秀層次學生的培養。不過從總體情況上看，2019級學生成績有著很大的提升，可見實踐教學對理論教學的促進作用較為明顯。2018級化工原理課程為一學期共64課時，19級化工原理課程為兩學期則各48課時，在之后的理論教學中，應針對優秀學生較少的問題，改進完善教學計劃，培養出更多優秀的學生。

五、結語

用實踐教學促進化工原理理論教學的教學方案是一個長期的過程，2018級和2019級的成績對比只能作為一份參考，并不能反映教學中的全部情況，18級各分數段學生人數分布均勻，但未通過課程的人數較多，2019級學生整體成績更好，優秀人數不多的原因可能是提升了在實踐方面的能力，沒有刻板地把全部精力投入在理論學習中，但總體情況上，無論是平均成績的提高還是通過課程的人數比例增多，無疑都是讓人滿意的，在此基礎上，加強優秀學生的培養，提升高分層次的人數，是教學工作進一步的完善方向。

通過對化工原理實踐教學的實施，激發了學生學習的興趣和積極性，加深了學生對化工理論知識的理解和掌握，培養了學生獲取知識的能力、總結概括的能力、發現及解決工程問題的能力，有助于學生養成良好的科學素養。學生由于實踐能力的提高，在參加實習工作時，也受到了中糧糖廠等企業的高度贊譽，并希望更多學生能在畢業后前往該企業就業。

通過增強化工原理實踐教學的方式改善教學模式，對于理論教學也有顯著的促進作用，補足了教學過程中的缺陷所在，但在實際教學中仍有待改進之處，教學的目的不單單是為了提升學生的學習成績，還應培養學生對專業知識的實際應用能力、自主學習能力，養成創新思維等綜合素質。提升教學質量，逐步完善和改進教學模式，優化創新理念，不斷改革，為國家培養出更多理論知識淵博，實踐能力突出，學習能力強，具備創新思維的優秀復合型人才，是高等院校一直堅守的教學目標。

參考文獻：

[1] 陳敏恒，叢德滋，齊鳴齋，等. 化工原理（上）第5版[M]. 北京：化學工業出版社，2020：1+3.

[2] 林錦良. 淺析化學實踐教學對理論教學的促進作用[J]. 廣東化工，2018（14）：246+262.

[3] 付家新. 化工原理課程設計（第二版）[M]. 北京：化學工業出版社，2016：2-3.

[4] 張金萍，張鵬. 重視本科畢業設計 提升本科畢業設計質量[J]. 高等教育建筑，2015（03）：143-145.

[5] 邢志勇，付穎，等. 化工原理實踐教學的探索[J]. 教育教學論壇，2015（16）：107-108.

基金項目：2020年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“基于工程教育專業認證的化工原理混合式教學研究與實踐”（項目編號：2020JGA331）;2020年度廣西民族師范學院校級一流課程建設項目“化工原理”（項目編號：YLHHKC20 2008）;2021年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“以產品為導向的食品科學與工程專業實踐教學創新與實踐”（項目編號：2021JGB382）。

作者簡介：黃瑩瑩（1989—），女，博士，廣西民族師范學院化學與生物工程學院講師，研究方向為林產化工及工業催化;邱詩銘（1983—），男，碩士，廣西民族師范學院化學與生物工程學院副院長，副教授，研究方向為工業催化;袁芳（1986—），女，碩士，廣西民族師范學院化學與生物工程學院講師，研究方向為食品加工與保鮮。