化工原理实验课程改革与探索

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［摘要］基于工程认证，结合化工原理实验课程的特点，相应改革措施相继实施，包括创新教学模式和方法、工程观点强化、综合实验技能强化、实验安全知识强化及考核方式改革等。化工原理实验与科学研究相结合，有助于培养学生发现问题、以工程理念解决问题的能力，提高学生对实验技术的创新和应用能力。

［关键词］工程教育；化工原理实验；教学改革

化工原理实验课程是一门与工程技术密切相关的实践性基础课程，属于工程实验范畴。该课程涉及大量的工程实际问题和数据处理问题，一个实验涉及一个完整的单元操作，而多个单元操作就组成了化工生产过程，因此该课程具有很强的工程性和实际应用价值，对于培养学生的实验技能、科研能力及工程素养非常重要［1－3］。工程教育认证起源于20世纪30年代的美国，目前是国际通行的工程教育质量保障制度，其中涉及的教育理念主要有三方面：一是以学生为中心；二是以学生的学习产出为导向；三是坚持持续改进［4］。我国于2005年启动了工程教育专业认证，我校高分子专业和化学工程与工艺专业接受了认证。作为具有较强工程理念的核心骨干课程之一，化工原理实验需根据工程教育专业认证的要求，进行必要的改革和调整。我校实验室教研组根据化学工程与工艺专业培养方案的要求，针对授课过程中存在的学生课前预习效果差、实验操作过于依赖教师、创新能力和解决工程实际问题的能力差、实验安全意识薄弱等问题，结合工程教育专业认证标准及毕业要求，从创新实验教学模式、强化科学研究和工程理念、夯实验技能和实验安全知识基础、改革考核体制等方面，对化工原理实验课程进行了改革。

一、创新实验教学模式的建立

在建立创新实验教学模式的过程中，我们对化工原理实验室进行了重新规划，对原有老旧设备进行了更新，引进了一批综合性实验设备；同时为实验室配备了信息化教学设施，如在实验室安装了投影仪、对实验台面及通风橱进行了升级改造等。新的实验教学模式如图1所示。图1新的实验教学模式新的实验教学模式以工程教育专业认证为导向，以多媒体为辅助，具有以下特征。1．建立了化工原理实验网络在线课程。在线课程主要包含实验目的、设备结构与流程、设备操作规范、实验注意事项、数据处理及扩展阅读等方面的内容。每一个实验的实验原理、实验流程及实验操作都实现了网络在线预习和教材预习相结合。2．实施提问式教学。教师课前让学生分组观看实验设备并讨论仪表名称，思考实验操作步骤，采用提问式教学，引导并帮助学生强化对实验设备及仪表的认识，理解与掌握实验步骤；通过讲解实验原理和操作规程，培养学生应对突发事故的能力和解决工程问题的能力，真正实现以学生为中心、以成果导向教育（OBE）为目标的理念式教学。3．利用计算机软件对实验原始数据进行处理。学生归纳总结实验数据的规律，并通过翻转课堂的形式分析实验数据，找出不合理的数据及其产生原因。4．通过网络在线讨论的形式，检验学生对综合技能的掌握程度。本教研组还专门编著了适用于林业高校的化工原理实验教材，针对不同专业培养要求，设定不同的实验教学内容；同时根据不同专业学生需要，适当增设了一些综合选修实验和仿真实训项目。

二、科学研究的强化

我们在化工原理实验教学过程中，将一些实验现象与实际化工生产结合起来，通过具体的案例讲解实验涉及的理论；在工程实践过程中增加了应用教学环节，逐步引导学生进行科研创新实验的设计，进而提高他们学习的积极性和主动性，培养他们独立思考、分析并解决问题的能力。如进行流体流动综合实验教学时，我们将大组的8人平均分成两个小组，让两组学生分别对光滑管、粗糙管和局部阻力系数进行分工测试，这样学生就有充足的时间对实验结果进行处理，并分析层流、过渡流和湍流三种流动状态下流体阻力大小的影响因素。实验结束后，学生结合仿鲨鱼皮泳衣设计原理，讨论湍流减阻的原理，提高科研认知水平。又如在洞道干燥实验中，我们结合本校林业特色，引导学生把洞道干燥实验应用到木材干燥中，将滤布换成薄的小木板，测试滤布的干燥速率与小木板干燥速率的不同，进而分析被干燥物质结构对干燥速率的影响，以培养学生结合专业进行科研创新的能力和分析及解决问题的能力。再如在萃取实验中，我们拓展了萃取工艺，以仿真实验的形式让学生自行设计溶剂法提取茶多酚的工艺流程，培养学生对实验技术的创新和应用能力，以及工程素养和科研水平。此外，我们结合网络在线课程，增设扩展阅读模块，向学生推荐湍流减阻、传热、导热温度效应、木材干燥相关机理、林产原料的水蒸气蒸馏与溶剂提取等相关内容的科技论文，引导学生注重化工原理理论知识的应用，提高学生开展科技创新和思考工程问题的能力。

三、工程观念的强化

化工原理实验作为一门工程性强的必修课程，需要教师从解决实际工程问题的角度出发，有针对性地进行授课。如在离心泵性能实验教学中，我们设置了一些操作障碍（如气缚或气蚀等），让学生针对具体现象找出问题所在，并寻找解决问题的方法，以培养学生解决实际问题的能力。此外，实验室引进了一台流体流动综合实训设备，可以用来开展化工单元操作实训。在实验过程中，学生通过操控设备中某个仪表或者改变某个流程，提高了工程素质，巩固了所学化工原理基础知识，树立了工程理念，提升了处理实际问题的能力。

四、综合实验技能的提升

我们引入综合实验设备，开展选修实验，目的是强化学生综合实验技能的培训。如目前大部分萃取实验都是萃取煤油中的苯甲酸，由于煤油的味道很重，实验室总是有很强烈的煤油刺激味，我们把该实验设计成选用合适的萃取剂萃取水中的苯酚或重金属离子。此外在精馏实验中，除了全回流精馏总塔板效率测定外，我们让学生自行设计精馏流程，完成部分回流单股进料或多股进料的总塔板效率或单板效率及分离效率的测定实验，以培养学生的综合实验技能，增强学生的创新意识，提高学生的实践能力。

五、实验安全知识的强化

实验室安全操作是化工原理实验中非常重要的一个环节，必须得到重视。除了创造安全的实验操作环境和制定正确的操作规程外，教师要特别注重学生安全意识的培养，增强其回避不安全因素的能力［5］。如在传热综合实验中，阀门的开关顺序及状态比较复杂，教师在实验可采用提问和讨论的方式，了解学生对该实验操作顺序的掌握程度，同时提前告知学生可能出现的异常情况，让学生讨论如何应对。再如精馏实验中用到可燃物质乙醇，教师在实验前必须让学生了解并掌握易燃物质的安全使用和操作规范。我们在编著教材时增加了实验安全知识的内容；在网络课程中设置了安全知识讲座板块，并增设了与化工原理密切相关的安全知识视频，同时在观看过程中设置了安全知识测验环节，让学生理解安全操作的重要性，掌握设备的安全操作要点；在实验室配套设置了医疗小药箱，并在每个实验室内安装了通风橱和洗眼器。在第一次实验课时，授课老师会先带领学生参观实验室的整体布局，让学生了解实验安全通道及医疗保健箱的安放位置等，然后再开展实验。

六、考核方式的改革

化工原理实验成绩以往主要由学生的出勤情况得分和实验报告得分构成。化工原理实验属于工程技术范畴，实验项目由学生分组完成，有些学生课前不预习、课上不进行实验操作、课后抄写实验报告，传统的实验考核方式无法真正体现公平公正，无法真正实现对学生综合技能的考核。为此，我们改革了考核方式，考核成绩由平时成绩（20％）、实验报告成绩（40％）和考试成绩（40％）构成。平时成绩考核依据包括出勤情况、预习报告、课堂提问及在线讨论、实验操作四部分，如表1所示。实验报告成绩根据实验原理、实验流程图（要求手绘）、实验操作步骤、原始实验记录和数据处理表、数据处理过程、结果分析和讨论思考题等进行评定。数据处理由原来的手工计算、手工绘图变为计算机处理和绘制，且由每组4人分工完成。在实验报告中，每人针对自己处理的数据，写出数据处理过程，这就避免了同学之间相互抄袭现象的发生，同时可以考查学生运用计算机绘图的能力。我们还增加了数据结果分析和讨论环节，以培养学生归纳总结、撰写科学实验报告及就复杂工程问题与同行进行沟通和交流的能力。实验考试题型包含选择、判断、简答和实验设计4类，实验仪器仪表的使用和设备操作规范等内容的比例也加大了。实验设计题主要考查学生对理论知识与实验操作综合技能的运用，如给出一个物料，让学生通过实验原理分析，比较并选出合理的单元操作，设计实验过程并进行结果分析。这样的考核方式有利于学生掌握实验原理、仪表原理及仪器操作规范，锻炼思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高工程意识和实验技能，为将来走上工作岗位打好基础。

七、结束语

化工原理实验是一门重要的理论与实践相结合的课程，对于学生工程意识和实践创新能力的培养非常重要。本文结合工程认证，引入在线课程的建设与使用，课前预习、课中提问、课后讨论相结合的教学模式充分体现了以学生为中心的宗旨，培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力；科学研究、工程观念、综合实验技能和实验安全知识等方面的强化，充分体现了以学生学习产出为导向的OBE理念；同时考核方式改革有助于培养学生就复杂工程问题与业内同行沟通和交流的能力，提高学生的实验操作技能、科研能力及综合素质等，体现了持续改进理念。

总之，化工原理实验课程教学改革不但有助于提高学生的学习热情和科研兴趣，而且能强化学生创新实践能力和综合实验技能的培养。在工程认证理念的指引下，这门课程的学习还有助于提高学生的安全意识，为学生今后走上科研和工作岗位打下坚实的基础。

参考文献：

［1］姬登祥，张云，应惠娟，等．工程教育专业认证背景下化工原理实验教学探索［J］．教育教学论坛，2018（43）：265－267．

［2］朱兆友，马艺心，于聪，等．基于专业认证引领下的化工原理实验教学改革［J］．教育教学论坛，2018（10）：273－274．

［3］潘鹤林，黄婕，叶启亮．基于OBE理念构建化工原理课程教学模式的探索与实践［J］．化工高等教育，2018，35（5）：25－31．

［4］陈京帅．工程教育专业认证背景下化工原理实验教学改革探索［J］．广州化工，2017（17）：163－164．

［5］刘艳，欧阳跃军，陈迪钊，等．化工原理实验教学中化工安全意识培养的探索与实践［J］．化工高等教育，2017（4）：89－91．

作者:程倩 张继国 陈欲晓 李勍 单位:东北林业大学