化工原理实验四位一体教学模式

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[摘要]基于传统化工原理实验教学过程中存在的主要问题，提出了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”教学模式。通过课前的仿真练习和测验强化预习效果和安全意识，引入课前自讲环节强化课堂上学生的参与程度和生师互动，加强教学团队建设实现差异化考评，构建完善的考核制度强化过程考核。“四位一体”教学模式更加切合工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念，有利于推动构建重能力、强创新、差异化的人才培养体系。

[关键词]化工原理实验；工程认证；教学改革；虚拟仿真；成果导向教育

化工行业是国民经济中不可或缺的重要组成部分，培养高素质技术人才对化工行业的绿色可持续发展意义重大。《化工原理》是化工类专业的一门专业核心课，在四大基础化学、高等数学、大学物理等基础课程与化学反应工程、化工分离技术、化工传递等专业课程之间起到承上启下的作用，具有专业性强、应用性强、概念抽象、公式繁琐等特点，与工业生产实际联系紧密[1-2]；《化工原理实验》是一门以流体流动、传热、精馏、吸收等相关单元操作过程原理和设备为基础，以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程，是将化工原理理论与实际应用联系起来的重要环节，不仅能够加深学生对于理论知识的理解，还可以培养学生的工程概念和工程意识，这对于培养高素质的应用型化工人才至关重要[3]。高等院校肩负着为我国培养人才的重任，近年来很多教育工作者探索了化工原理实验的教学模式，完成了教学改革的研究工作。在成果导向教育(Outcomes-basedEducation，OBE)理念下，张海洋等从教学组织方式和成绩综合评定等方面完成探索研究[4]，曾嵘等从“引入互联网+虚拟仿真实验”、“以结果为导向的理念实施课程改革”方面提出改革措施[5]，徐颖等以干燥实验为例、阐述了实验方案的设计思路及其实施过程[6]。李玉等结合教学中遇到的安全问题，论述了安全意识的融入[7]。部分学者结合“双一流”建设、“新工科”人才培养、卓越人才培养的要求，从实验设备、实验内容、仿真平台、师资队伍、教学模式等方面完成改革探索[8-10]。此外，还有学者论述了化工实验大赛对教学改革的积极作用，基于此完成教学体系的改革探索[11-12]。本文基于本校《化工原理实验》教研组的教学经历，总结了教学中存在的主要问题，结合工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念，针对性地提出了“四位一体”混合式教学模式，即将对化学工程与工艺专业本科生进行教学实践。

1化工原理实验教学存在的问题

从中国矿业大学(北京)《化工原理实验》以往的教学实践来看，多数学生能在教师的指导下完成实验课程的基本操作，以及实验数据的分析和处理，但仍存在以下问题：(1)实验目的、原理、步骤等内容的预习环节缺乏，主要靠指导教师在课前讲解和演示，而后学生机械式地模仿完成，导致学生参与度不足，学习的兴趣、热情和积极度不高。(2)教学环节缺乏安全教育，导致学生安全意识缺乏，在实验操作中随意、马虎。(3)实验数据处理和报告撰写独立性差，实验报告的抄袭现象非常严重。(4)课程成绩根据实验报告和期末考试的得分计算，考核方式单一、存在“以偏概全”，不满足工程认证对毕业生独立、可评估的毕业要求。

2“四位一体”混合式教学模式

基于以上四个主要问题，先在新版教学大纲中重新设立了教学目标，包括：(1)掌握实验原理和依据，知悉实验装置中相关设备参数和操作参数的测试方法，能够安全地完成实验操作、获得实验数据，包括排除实验故障、解释故障出现的原因。(2)掌握实验数据的处理方法和实验报告的撰写步骤，知悉Excel、Origin等软件的使用方法和技巧，能够处理实验数据获得实验结果、撰写实验报告。(3)具备实事求是、严肃认真的学习态度和团结一致、勇于承担的工作作风，能够与团队成员沟通、合作完成实验操作任务。根据大纲内容，针对性地提出了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”混合式教学模式。

2.1仿真平台

北京欧倍尔实践教学云平台中包含了“天大版”化工原理实验虚拟仿真软件，与教学过程采用的实验装置完全匹配，因此本专业购买了教学云平台的使用权限。要求学生在课前登陆云平台，自学实验目的、原理、装置和步骤，并完成仿真测验中的实验操作、数据采集和思考题，考虑到实际操作后将处理实验数据，仿真测验不需进行数据处理，通过仿真练习和测验强化预习效果。教师可在软件后台下载测验成绩，评估学生的预习效果。另外，为了强化学生的安全意识，还要求学生在云平台中学习实验室安全常识，包括个人防护知识及化学品洒出、实验室火灾、水银泄露、停水停电等事故场景下的处置流程。

2.2课前自讲

除了仿真练习和测验外，每次实验课开始时花费约0.5课时，采用实验室配置的多媒体教学系统，以小组为单位、组员轮流讲解实验原理和目的，并且对照实验装置讲解实验步骤，教师主要对其中的细节知识和注意事项做补充和点评，以上“学生主讲、教师主评”环节紧扣工程认证的核心理念“以学生为中心”，充分调动学生课前预习的积极性和主动性，有效提高学生在实验课上的参与程度。为了避免课前预习占用过长时间，课件由教师提供、学生可直接使用或修改后使用，可以抵消学生的畏难情绪。通过课前自讲再次巩固基础知识，为即将进行的实际操作做好铺垫。

2.3实验操作

实验过程中学生以小组的形式完成实验操作，教师通过观察、给出必要的指导和纠错，还会发放实验数据采集表，避免实验数据漏记、错记，实验完成后生师签字确认，实验报告只能基于本小组的数据进行处理和撰写，一定程度上可以防止实验报告互相抄袭。另外，本专业不断加强实验教学团队建设，每次实验课由三名理论课程的任课教师承担、每名教师指导一个实验(即3个小组)，每个小组由2~4学生组成，教师数量和学生人数均符合“工程教育认证化工与制药类专业补充标准”，这样每名教师负责不超过12名学生，可以有效督促学生参与实验，在注重个体差异的情况下对学生的实验操作打分，更符合OBE理念强调个性化评定的内涵。

2.4报告撰写+考试

实验课结束后，学生处理实验数据、撰写实验报告，并且完成闭卷考试，教师对报告和试卷进行批改。根据学生在仿真测验、课前自讲、实验操作、实验报告和期末考试的得分情况评定课程成绩，其中前四个环节属于过程性评价，期末考试属于终结性评价，各个环节的具体占比如图4所示。以上考核制度将整个学习过程划为考核范围，使成绩能体现学生的综合实践能力及对知识的掌握程度；且通过强化过程考核，客观地评价课程目标的达成程度、制定持续改进的方法和措施，有利于贯彻工程认证“持续改进”的核心理念。

3结束语

本文探索构建了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”混合式教学模式，借助仿真平台强化课前预习效果和安全意识，引入课前自讲环节强化学生的参与程度和生师互动，降低生师比实现学生的差异化评定，构建完善的考核制度强化过程考核。“四位一体”教学模式可有效解决目前化工原理实验教学中存在的主要问题，更适应工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念。化工原理实验教学模式需持续探索和改革，满足现代化工行业重能力、强创新、差异化的综合型人才培养要求。

参考文献

[1]李果，朱大胜，贾文华，等．“互联网+”背景下精馏原理章节教学改革与探讨[J]．广东化工，2019，46(20)：176-177．

[2]吕海霞，杨志杰，张艳辉，等．基于应用型人才培养的化工原理实验教改探索与实践[J]．化工高等教育，2016，33(1)：26-30．

[3]张海洋，郭瑞丽，张建树，等．OBE工程教育理念下化工原理实验教学改革探索[J]．教育现代化，2019，6(86)：138-140．

[4]曾嵘，任玉，刘建文，等．基于工程认证的化工原理实验教学改革探究[J]．山东化工，2021，50(21)：210-212．

[5]徐颖，王春虎，郝庆兰．OBE工程教育理念下的化工干燥实验教学改革[J]．中国轻工教育，2018，(5)：69-73．

[6]李玉，李涛，董贺新，等．大学生安全意识培养在化工原理实验教学中的自然融入[J]．河南化工，2021，38(6)：62-65．

[7]孟玉兰，张文君，曹晶晶，等．“双一流”背景下化工原理实验教学的改革与探索[J]．实验室科学，2021，24(1)：117-119．

[8]陈霞，王亚琴，金杰．混合式教学在“化工原理实验”中的应用与探索[J]．安徽化工，2021，47(5)：126-128．

[9]陈鑫，董亮亮，涂国云，等．基于化工卓越人才培养的化工原理实验教学模式改革与探索[J]．大学化学，2021，36(11)：156-160．

[10]魏竭，易美桂，程远贵，等．基于化工实验大赛的化工原理实践教学改革探索[J]．四川化工，2021，24(5)：55-58.

作者：畅志兵 王彩红 曹俊雅 单位：中国矿业大学 化学与环境工程学院