能源化工專業實驗教學改革與效果評價

張寧　張燕紅　李瓊

［摘 要］專業實驗是能源化工專業一門重要的實踐性課程，但教師在教學實踐中發現，課程往往存在實驗教學效率低、實驗預習效果把控不好、實驗安全操作考核欠缺、實驗運行條件設置不靈活、實驗成績評定標準不完善等問題。為此，課程組開發了基于移動互聯網技術的實驗輔助教學軟件，幫助學生有重點地進行課前預習并檢查其效果，同時優化實驗成績評分細則。實踐證明，上述實驗教學改革能提高課程各指標點的達成度，加深學生對實驗的理解，提高現有實驗教學水平。

［關鍵詞］能源化工；實驗教學改革；效果評價

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）23-0048-04

能源是國民經濟發展的命脈。為滿足我國對能源領域人才的需求，華南理工大學（以下簡稱我校）結合化工學科優勢，開設了能源化工本科專業，重在培養服務我國能源發展的技術型人才。工科專業的實驗課程作為理論知識聯系實際應用的橋梁，是重要的實踐性教學環節[1]。為此，我校在課程人才培養計劃中將專業課相關的實驗內容集中為一門專業實驗課程進行教學。該課程不僅涵蓋傳統能源化工的基礎實驗，還在我國致力于實現“碳達峰”和“碳中和”目標的背景下，加入了儲能和燃料電池等新能源領域的實驗，不斷提高綜合性和設計性實驗的比重。通過專業實驗的組織開展，可以激發學生的獨立創新意識，培養學生動手解決問題的能力，因此確保實驗課程的教學質量非常重要[2]。

一、能源化工專業實驗教學存在的問題

筆者在多年能源化工專業實驗教學工作中發現，雖然目前實驗教學水平相比之前有了提高，但是往往在一定程度上存在一些不足之處，主要包括以下五個方面。

1.實驗教學效率低。實驗指導教師在實驗課上需要對實驗原理、實驗步驟、注意事項、數據處理等進行講解，講解過程會占用學生大量的實驗時間，影響實驗進度。一旦學生實驗開展不順利，就需要更多的時間來完善實驗數據，這種情況往往導致實驗課拖堂現象的發生。

2.實驗預習效果把控不好。為了讓學生更好地開展實驗，指導教師要求學生進行課前預習并撰寫實驗預習報告。雖然要求撰寫實驗預習報告可以督促學生進行課前預習，但是難以有效評估其預習效果。

3.實驗安全操作的考核欠缺。我校很多能源化工專業實驗在操作過程中需要使用液化石油氣或石油產品等易燃易爆的氣體或液體，在實驗中主要依靠指導教師監督學生進行操作，往往欠缺十分有效的實驗安全操作考核措施以確保實驗的安全順利進行。

4.實驗運行條件設置不靈活。為了培養學生獨立開展實驗的能力，課程往往設定了多種實驗條件，要求學生在不同的實驗條件下進行實驗。所設定的實驗條件經過指導教師課前驗證，通常能夠通過學生的數據判斷其實驗的準確性。如果學生的實驗條件和教師設定的實驗條件不一致，由于實驗數據處理往往比較復雜，教師很難在短時間內判斷學生實驗數據的準確性，這就容易使實驗運行條件設置被局限于指導教師給定的有限范圍內，從而造成實驗運行條件設置不靈活。

5.實驗成績評定標準不完善。實驗成績評定以實驗報告成績為主，學生的課堂表現、數據分析過程表現等占總成績的比例較低，造成學生對實驗結果過分看重，不利于培養學生在實驗過程中分析問題和解決問題的能力。

二、能源化工專業實驗教學方式的改革

（一）開發基于移動互聯網技術的軟件來輔助實驗教學

實驗教學視頻是輔助實驗教學的有力工具[3]。筆者結合多年的實驗教學經驗制作了實驗教學視頻[4]，并將結合了教學視頻與實驗操作文字介紹的實驗教學輔助軟件[5]用于幫助學生進行課前預習。在教學實踐中筆者發現，教學視頻與實驗輔助教學軟件雖然講解詳細，但是存在重點不突出的問題，學生對于不熟悉的操作步驟很難在視頻或軟件中快速定位、回看學習[6]。

我國移動互聯網技術的飛速發展，為利用移動設備輔助實驗教學提供了必要的基礎。為解決上述實驗教學視頻和軟件在輔助實驗教學中的不足，筆者開發了基于移動互聯網技術的實驗教學輔助軟件，在軟件中設有實驗課前輔助預習模塊，利用動圖與文本相結合的方式介紹實驗原理、實驗設備、實驗步驟、注意事項、數據處理等內容。動圖相比于實驗操作視頻，可以方便學生更快速地定位不同的操作步驟，重點突出。同時動圖相比于視頻，降低了移動互聯網帶寬的占用，更有助于在移動設備中應用。利用上述軟件開展預習可以同時通過文字、聲音、動畫等多種形式幫助學生提升預習效果。借助移動互聯網技術，學生可以通過移動設備利用碎片時間隨時隨地進行實驗課的預習，有效提高預習效率。

實驗教學輔助軟件設有實驗課預習評價模塊，有針對實驗的原理、關鍵步驟等重要知識點編寫的預習題，用于檢測學生的預習效果。如果學生回答預習題時出現錯誤，預習評價模塊就會引導學生再次深入進行實驗預習，直到學生通過實驗知識預習測試后才能夠進行實驗。實驗教學輔助軟件還設有實驗課安全操作評價模塊，針對實驗中使用的易燃易爆氣體和液體，軟件通過安全操作測試題強化學生實驗安全注意事項的考核，增強學生的安全意識。此外，實驗教學輔助軟件設有實驗數據驗證模塊，其功能可以將輸入的原始數據進行處理并自動計算得到實驗結果，從而幫助學生初步判斷實驗數據的準確性。對于不合理的實驗數據，學生可以在指導教師的幫助下分析原因，通過實驗不斷完善數據，進一步加深學生對實驗的認知。實驗數據的快速驗證功能方便指導教師設置多種實驗條件要求，讓學生在不同的測試條件下進行實驗，為學生獨立開展實驗打下良好的基礎。

通過實施上述實驗教學輔助功能，學生的課前預習效果有了顯著的提升，課前基本能夠掌握實驗的基本流程，指導教師在實驗課堂上只需要對以往實驗中學生容易出現問題的關鍵步驟和注意事項進行重點講解，這樣可以有效縮短課堂講解時間，增加學生的實驗時長，使得實驗課的效率顯著提高，實驗課拖堂現象大幅減少。開展課前實驗預習和課堂重點講解相結合的方式也使得學生對實驗有了進一步的認識，降低了學生誤操作的概率，從而有利于延長實驗設備的壽命，減少實驗耗材的使用。安全操作測試使得學生的安全意識有了極大的提升，實驗操作更加符合安全規范，進而減少了實驗安全隱患。學生還能夠借助實驗教學輔助軟件自主檢查實驗數據的準確性，對于不合理的實驗數據，學生自己或在指導教師的幫助下分析實驗數據偏差出現的根源，培養學生分析與解決問題的能力。學生能夠在實驗課上解決數據不合理的問題，就為其后續高質量地完成實驗報告提供保證。

（二）實驗評分細則的優化

改變以往實驗課以實驗報告質量評定為主的評分標準，加入實驗預習、實驗課堂表現、實驗數據處理等考核內容，可以更加全面地評價學生的實驗成績。實驗報告、實驗預習、實驗課堂表現、實驗數據處理這四個部分的成績分別占總成績的20%、20%、30%、30%。其中，實驗預習評價主要對學生在實驗教學輔助軟件提交的課前預習題和安全操作測試題答案進行評分。實驗課堂表現主要包括學生的出勤情況、對實驗的熟悉程度、對實驗關鍵參數的認知等。對于需要學生集體合作的復雜綜合性和設計性實驗，還要考核學生的團隊合作精神。為了防止學生為追求實驗結果的完美而人為修改實驗數據，要求學生的原始實驗數據表在指導教師審核后，由做實驗的學生本人和指導教師進行雙簽名，學生再將原始數據表加入實驗報告，作為實驗報告中原始數據的來源，注重培養學生科研誠信精神。數據處理主要包括學生對原始數據的計算處理、有效數字的選取、實驗誤差的分析等。同時對原有實驗報告的評分標準進行細分，根據其重要性設置相應的權重系數（見表1）。在考核內容中，特別加入安全保障應急預案的考核項目，目的是讓學生在深入了解實驗安全操作的基礎上制訂相應的安全保障應急預案，培養實驗安全意識。此外，每個實驗報告的最后都有思考題，要求學生根據實驗內容綜合運用多學科知識和查詢文獻回答相關問題。特別要求學生按照《信息與文獻 參考文獻著錄規則》（GB/T 7714—2015）的要求引用參考文獻，將引用文獻的規范性作為實驗報告的一個記分項，為學生今后撰寫論文打下良好的基礎。

三、能源化工專業實驗教學改革的評價

工程教育認證是提高我國工程教育質量的重要手段。我國于2006年開始組織啟動全國范圍的工程教育專業認證試點工作，于2015年成立中國工程教育專業認證協會，并于2016年正式加入國際工程教育學位互認協議《華盛頓協議》。通過工程教育認證的專業，畢業生學位可以得到《華盛頓協議》其他成員組織的認可，進而可以滿足我國目前高等教育人才培養國際化的需要[7]。工程教育認證需要按照該協議標準，對工科畢業生的培養質量進行評價，判斷其是否滿足行業認可的既定質量標準[8]。工程教育認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。

能源化工專業實驗根據教學大綱的要求，按照工程教育認證標準，制訂了符合畢業要求的8個指標點（見表2），其中針對專業實驗的畢業要求指標點涵蓋實驗的設計與開展、數據的測試分析、技術方案的優化等全過程，并注重對學生文獻檢索能力、安全意識、團隊合作精神、成果表達能力的鍛煉，以實現培養符合社會需求的能源領域高素質復合型人才的目標。通過實驗教學實踐支撐上述指標點的達成，堅持以學生為中心、產出為導向、持續改進的指導思想，不斷提高實驗教學質量[9]。

通過對比表3數據可知，實驗教學改革后，各個指標點的目標達成度比教學改革前都有不同程度的提高，特別是指標點2和指標點4的目標達成度提高明顯，分別提高了9.72個百分點和8.50個百分點。這2個指標點涵蓋學生通過文獻調研或相關方法解決問題的能力以及對實驗結果的分析和解釋能力。上述指標點目標達成度的提高顯示出學生分析問題和解決問題的能力得到了增強，為學生未來從事相關專業科學研究與其他工作打下了良好的基礎。課程目標達成度也由教學改革前的80.08%提高到84.53%，說明通過本文提出的實驗教學改進方法的落實，能源化工專業實驗教學質量有了顯著的提高，可以全面提高現有實驗教學水平。

四、結語

專業實驗作為能源化工專業的一門核心必修課，是指導學生理論聯系實際的重要環節。基于移動互聯網技術的實驗教學輔助軟件具有讓學生隨時隨地學習的便利性，可以幫助學生有重點地進行課前預習，通過課前預習題和安全操作測試題強化預習效果，借助實驗數據驗證功能幫助學生自主檢查實驗數據的正確性。同時進一步優化了實驗成績評分細則，有助于更加綜合全面地衡量學生的實驗能力和水平。經過教學實踐證明，通過上述教學改革方法，課程各個指標點的目標達成度比教學改革前都有了不同程度的提高，激發了學生的學習積極性，加深了學生對實驗的理解，提高了學生自主分析問題和解決問題的能力，為學生未來從事相關專業科學研究與其他工作打下了良好的基礎。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 李春香，姚忠平，甘陽，等. 能源化工新專業實驗教學改革與探索[J]. 實驗室研究與探索，2018， 37（4）：200-202.

[2] 翟雪，喬金碩，孫旺，等. 能源化工專業實驗教學模式的探索與改革[J]. 實驗技術與管理，2020， 37（11）：205-208.

[3] 董友珍，王俊，李萬鑫，等. 微課在化工工藝實驗教學中的應用[J]. 廣東化工，2016，43（20）：211.

[4] 張寧，解東來，王衛星. 能源工程及自動化專業實驗教學改革的探索與實踐[J]. 化工高等教育，2010，27（2）：54-56.

[5] 張寧，張燕紅，李瓊. 自主學習型軟件在能源化工實驗教學中的探索與實踐[J]. 廣東化工，2017， 44（5）：177.

[6] 張寧，張燕紅，關國強，等. 新工科背景下能源化工專業實踐教學改革探索[J]. 化工高等教育，2020， 37（5）：107-110.

[7] 李強.工程教育認證下能源化工綜合實驗的教學改革與實踐[J].廣東化工，2021，48（12）：230-231.

[8] 王金平. 工程認證背景下能源化工專業實驗教學改革探索[J]. 化工管理，2019（20）：18-19.

[9] 張曉陽，王東東，王晗，等. 工程教育認證背景下專業拓展課教學策略與考核方式探索[J]. 高教學刊，2023， 9（15）：89-92.

［責任編輯：林志恒］