新工科下化工原理實驗教學改革的研究

劉小風，曹曉燕，江慎華

(1.九江學院藥學與生命科學學院，江西 九江 332000；2.九江學院化學化工學院，江西 九江 332000)

0 引言

從2010年6月卓越工程師教育培養計劃在天津大學的召開，到2016年6月中國正式成為《華盛頓協議》的會員，再到2017年“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”的提出，2018年4月全球首個新工科教育中心在天津大學率先成立，新工科作為主動應對新科技革命和產業變革的戰略行動，在教育部的大力推動下應運而生[1]。新工科是以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才的系統工程，體現了我國建設新時代工程教育強國的迫切性[2]。

化工原理實驗作為化工原理的實踐教學環節，是化工相關專業學生的必修實踐課。與化學基礎實驗相比，化工原理實驗的研究對象為實際工程問題，研究內容則為化工單元操作，通常，一個實驗就是一個完整的單元操作，而化工生產過程就是由多個單元操作組成的[3]。因此，對于初接觸工程問題的學生而言，通過化工原理實驗，在解決復雜實際問題和工程問題的過程中，對提升學生的實驗技能、科研素養以及工程能力等方面都起到了基礎性的作用。

傳統的化工原理實驗往往是以教師為中心，隨著新工科建設的深入，新技術和新產業的不斷發展，必然要求高素質的工程教育人才。因此，為了順應新工科發展的要求，化工原理實驗進行必要的改革探索勢在必行。

1 化工原理實驗教學存在的問題

九江學院的化工專業始建于2004年，已有近二十年的專業發展歷史，是我校首個省級一流專業。目前，化工原理實驗課程主要面向化學化工學院、資源與環境工程學院及藥學與生命科學學院等學院的學生開設，涉及化學工程與工藝、應用化學、環境工程、生物工程、制藥工程等多個專業，是這些專業的主干課程。針對不同院系，不同專業，課程學時設置也有所不同，如：化學工程與工藝專業為48學時，涉及12個實驗；應用化學、環境工程和制藥工程專業為32學時，共8個實驗；生物工程則為16學時，4個實驗。課程覆蓋面較廣，基本能滿足化工及其相關專業的化工原理實驗教學需求，但也存在著一些問題。

(1)教學模式陳舊。傳統的化工原理實驗課程多采用“學生課前預習—教師課堂講解—現場實驗操作—學生課后撰寫實驗報告”單一的教學模式。在單一的教學模式下，教師為教學的中心，教師在教學中起主導作用，而學生往往處于被動學習狀態，被動地接受知識內容。這種教學模式與以學生為中心的教學思想是不相符的，更不能適應新工科對工程人才培養的要求。

(2)學生安全意識淡薄。由于初次接觸工程類實驗課程，學生對化工實驗室沒有全面的安全知識，安全意識也比較薄弱。化工原理實驗是工程類實踐課程，因此，通常所涉及的設備比較龐大，流程比較復雜，管道交錯，閥門多，經常會出現不按操作規范進行操作，而造成操作失誤的情況發生；對一些高溫高壓設備認識不足，往往把這些設備當成普通設備對待，安全意識不足；對易燃、易爆、易腐蝕類的化學品的安全使用和操作規范認識不足等等，這些都會成為實驗室安全事故的隱患。

(3)學生工程觀念不足。工程性是化工原理實驗區別于化學類實驗的明顯特征，通過化工原理實驗，學生能了解工程實驗中應用了哪些基礎原理，這些基礎原理是如何實現的，加深學生對化工原理理論知識的理解；掌握常用的工程實驗方法和基本操作技能，提高學生分析、解決實際工程問題的能力。然而，由于各方面的原因，一些學生對實驗課程不夠重視，僅僅把實驗課作為一項任務，常常出現預習照搬書本內容，上課心不在焉，操作則“依葫蘆畫瓢”，根據老師的演示進行模仿，甚至實出現實驗報告抄襲等現象，學生工程觀念不足，致使化工原理實驗難以達到應有的課程教學要求。

(4)課程思政融入不夠。化工原理實驗是一門理論與實踐聯系非常緊密的課程，在鍛煉學生具有工程實踐能力、團隊協作能力以及培養學生具有工科思維方式等方面都有非常重要的作用。由于工科課程的特殊性，很多人認為化工原理實驗只需將化工原理專業知識教授給學生，思想政治教育應該是思政課的責任和義務，因此，化工原理實驗與思想政治教育基本處于脫節狀態，未能對當代大學生的“三觀”起到應有的正確引導作用。

(5)考核標準不合理。與很多實驗課程類似，傳統的化工原理實驗，其考核往往是依據實驗報告的成績進行評定的，是以結果為導向的考核標準。化工原理實驗作為工程性很強的實踐課程，所涉及的設備基本是大型的化工設備，受到場地、時間以及流程復雜性等因素的限制，通常需要多名學生共同來完成一個單元操作。在整個實驗過程中，部分學生就會有偷懶、依賴的思想，操作別人操作，數據別人采集，甚至最后的實驗報告都拷貝別人的，因此，最終提交的實驗報告并不能全面反映學生的實際情況，考核標準不夠客觀，不利于學生綜合素質的評價。

2 化工原理實驗教學改革

在新工科背景下，對化工原理實驗教學進行改革是非常有必要，筆者結合九江學院化工原理實驗教學實際，從以下幾個方面進行了改革探索，以促進化工原理實驗課程的良性發展。

2.1 以學生為中心，改革教學模式

傳統以教師為中心的化工原理實驗教學模式，學生多是被動學習，自主性不夠，教學質量不高，改革教學模式，以學生為中心，教師起引導作用，充分調動學生的學習興趣和積極性，引導學生主動學習、主動思考，不斷培養學生的創新意識。

(1)利用現代教育技術，豐富教學手段。隨著新媒體時代的到來，現代教學技術不斷更新換代，QQ、微信、手機、自媒體等逐漸進入人們的視野。充分利用這些新型教育技術，將其融入化工原理實驗教學中，豐富了教學手段的同時，也為學生提供了多層次、多方位的學習平臺，拓展了學習的寬度與維度。

(2)建設化工原理實驗在線課程，拓展教學資源。在線課程已經成為高校教學活動中非常重要的教學手段。化工原理實驗在線課程的內容主要包括實驗目的和原理、裝置設備的構造組成、操作流程、操作規范以及實驗中需要注意的事項等，按照教學內容的要求，針對每個單元操作，錄制相應的教學視頻，通過微課及學習通等網絡教學平臺進行放送。為不同專業的學生，不同學習情況的學生，提供開放性、靈活性較強的線上教學平臺。

(3)以競賽為依托，以賽促學。鼓勵學生積極參加課外競賽活動，培養學生研究興趣的同時，也培養其不斷學習和創新的意識。九江學院將學生參加課外競賽活動納入學生課外實踐考核范疇，每年都組織學生參加全國大學生制藥工程設計競賽、全國大學生化工設計競賽、全國大學生化工實驗大賽等各類化工制藥方面的競賽，為競賽提供有力地支持與保障。近年來，學生在各類比賽中取得優異的成績，其中，化工設計競賽獲得全國一等獎1項，二等獎8項，三等獎多項。學生在參加競賽的過程中，加深了對化工原理實驗內容的理解，鍛煉了實驗動手技能，加強了創新意識，提高學習的積極性與主動性，真正達到已競答為依托，以賽促學的目的。

(4)通過在線討論，檢驗教學效果。因受課時的限制，課堂教學往往不能包羅萬象，通過課后的教學討論，教師通過線上發布討論議題，學生利用課余時間積極參加，即可檢驗學生課堂學習的效果，反哺課堂教學，也延伸了學習的深度，提高了教學的有效性。

2.2 加強安全教育，強化安全意識

實驗室安全操作是化工原理實驗能順利開展的前提，是化工原理實驗極為重要的一個環節，必須引起足夠的重視[4]。學生加強安教育，強化安全意識，才能保證實驗室安全操作，實驗順利開展。因此，為滿足新工科建設的需要，應適當調整化工原理實驗課程內容，將化工安全的相關內容納入實驗教學中，拓展學生的化工工程安全知識內容，引導學生進行安全操作，培養學生學會隱患預防、排除、應急處理事故的能力。如傳熱的單元操作中，冷空氣和水蒸氣在管道內進行熱交換過程，熱流體的管路及排氣口溫度都很高，稍不注意就可能引起燙傷等事故。從光滑管過渡到螺紋管，閥門的開放順序比較復雜，順序混亂了，則有可能引起異常情況、實驗失敗甚至引起事故等。在這一單元操作中，教師就可將安全知識教育融入在授課中，采用提問或者討論的方式，在一問一答，不斷討論中，讓學生了解該單元操作的操作順序，安全注意事項等，培養學生的安全意識；實驗室內，在顯眼的位置配備了醫療小藥箱和滅火器材，第一堂實驗課前，授課老師先帶學生了解實驗室的整體布局，實驗室安全通道的位置以及醫療、滅火器材的安放位置，為以后的安全實驗打下基礎；線上教學資源中，可設置安全知識內容板塊，增加與工程實驗安全相關的一些案例視頻，讓學生在看視頻的過程中，提高對安全操作的重視，不斷增強安全意識。

2.3 強化工程化觀念，樹立工科思維

培養學生建立工程意識，強化工程觀念，樹立工科思維，對于其畢業后順利走上專業的工作崗位有著非常重要的作用。因此，在化工原理實驗實踐教學中，我們始終注意加強學生工程意識和工程思維的培養過程，從解決工程實際問題出發，進行針對性地授課。如在精餾綜合實驗教學過程中，有意識地設置漏液、液泛等操作障礙，讓學生在實驗過程中根據實驗現象找出具體問題所在，引導學生對具體問題進行分析處理。在實踐教學中，學生通過改變某個工藝流程或者調整某些工藝參數、調整某個儀表等，提高了工程意識，加深了對化工原理理論知識的理解，強化了工程化觀念，樹立了工科思維，從而不斷提高學生分析和解決實際工程問題的能力和綜合素質。

2.4 有機融入課程思政，產生協同效應

2016年12月，在全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記指出“把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人”，同時還強調“其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[5]。”這就要求高校教師不斷探索和實踐，將課程思政教育工作貫穿于專業教學中，不僅向學生傳授課程知識內容，而且還要求學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，育德于教，真正實現“三全育人”。對于化工原理實驗課程而言，課程思政的主要任務是培養學生如何運用辯證唯物主義觀點，采用科學的方法論去考察、分析和解決實際工程問題；培養學生樹立工程化觀念，具有工程價值觀和倫理道德觀。因此，在化工原理實驗教學改革中，以實踐教學為基石，注重培養學生具有社會主義核心價值觀；以學生為中心，深挖課程思政元素，不斷探索學生科學素養和創新意識的培養模式，使課程思政與專業教學有機融合，產生協同效應，為國家培養高素質的工程教育人才。

2.5 改革考核體系，完善評價標準

傳統的化工原理實驗，考核標準往往以結果考核為主，忽視了過程考核的重要性。隨著新工科的發展，在培養高素質工程教育人才的要求下，化工原理實驗考核體系也需進行改革，不斷完善評價標準。因此，將過程考核納入到考核范圍內，從三個方面對學生進行考核：一是在線學習情況，其中包含學習的時長、視頻觀看的次數以及學習的效果等；二是線上討論情況，包括討論的次數、討論的質量等；三是具體實驗操作情況，包括操作過程中對流程的熟悉程度，操作的規范性，參數選取的合理性等。以套管換熱器傳熱實驗為例，具體的過程考核內容包括：課前線上+線下預習情況；課堂問答和討論情況；實驗操作情況；課后實驗總結及線上討論情況等。最終學生的成績評定由過程考核和結果考核組成，過程考核和結果考核各占50%。通過改革考核體系，完善評價標準，激發學生的自主性學習，培養學生主動學習、主動思考的意識。任課教師也可在教學改革中不斷發現問題，解決問題，以不斷提高化工原理實驗課程的教學質量。

3 結語

化工原理實驗作為化工原理的實踐教學環節，是化工相關專業學生的必修實踐課。傳統的化工原理實驗教學存在教學模式陳舊、學生安全意識淡薄、學生工程觀念不足、課程思政融入不夠以及考核標準不合理等問題。新工科背景下，對化工原理實驗課程進行教學改革，將傳統以教師為中心的教學模式，轉變為以學生為中心，教師起引導作用；將安全教育知識、工程化觀念滲透到化工原理實驗教學中；將課程思政與化工原理實驗融合在一起；改革以往以結果考核為標準的評價體系，旨在培養具有專業知識硬、實踐能力強、綜合素質高的工程教育人才。