程遠(yuǎn)貴，余 徽，周 勇

(四川大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，成都 610065)

近20年來，美國的工程教育逐漸融合了技術(shù)取向和科學(xué)取向，重點(diǎn)從注重科學(xué)轉(zhuǎn)向工程實(shí)踐［1，2］。2010年教育部推出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”就是“大工程觀”教育理念在中國的具體體現(xiàn)［3］?；ぴ韺?shí)驗(yàn)是“化工類”工科學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)的基石和落腳點(diǎn)。本課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)，解決化工過程及設(shè)備中的問題的能力，主動(dòng)獲取知識(shí)的能力以及發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的能力?；ぴ韺?shí)驗(yàn)屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇，它不同于基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)。與一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的區(qū)別在于它具有工程特點(diǎn)?；ぴ韺?shí)驗(yàn)裝置包含了工藝、設(shè)備、儀表、電氣和管道等各方面專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，流程復(fù)雜，測試點(diǎn)和控制點(diǎn)多，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都相當(dāng)于化工生產(chǎn)中的一個(gè)小型單元操作。而學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)處于起步階段，還未建立成熟的知識(shí)體系，難于運(yùn)用工程研究方法解決實(shí)際問題。如何通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)建立學(xué)生工程概念，提高學(xué)生的工程技能，解決工程問題以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)正是我們教育工作者思考和關(guān)心的問題，也是化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要解決的問題。

1 運(yùn)用工程案例，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

“興趣是最好的老師”。濃厚的學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生一種自覺的動(dòng)機(jī)，可以激勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮潛能，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量［4］。因此在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣作為教學(xué)切入點(diǎn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)方法。在磷化工領(lǐng)域中四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院取得了很好的產(chǎn)學(xué)研成果，以此現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)流程為背景，建設(shè)了一套“年產(chǎn)20萬噸磷銨”生產(chǎn)線的實(shí)體教學(xué)模型。

現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型是改善教學(xué)效果的一種手段。過去是單一的設(shè)備模型，如流體輸送設(shè)備模型:離心泵、風(fēng)機(jī);傳熱設(shè)備模型:管式換熱器和板式換熱器;過濾設(shè)備模型:板框過濾機(jī)和翻板過濾機(jī);干燥設(shè)備模型:氣流干燥器和噴霧干燥器?，F(xiàn)在通過管線把單一設(shè)備模型組合成工藝生產(chǎn)線實(shí)物教學(xué)模型，清晰展現(xiàn)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)線，即從磷礦石為原料，經(jīng)粉碎、酸洗、過濾、反應(yīng)、干燥等化工單元操作制取產(chǎn)品磷銨。該實(shí)體模型融合了各化工單元操作，反映了從原料到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，體現(xiàn)了化工生產(chǎn)的工程性特點(diǎn)。學(xué)生在認(rèn)識(shí)此工藝的過程中，以啟發(fā)式、提問式、討論式等教學(xué)方法，剖析整個(gè)工藝過程。讓學(xué)生初步建立工程概念，意識(shí)到做好化工原理實(shí)驗(yàn)的重要性，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

2 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)效果

教學(xué)是教師和學(xué)生的互動(dòng)活動(dòng)，是教師傳授，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程。為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)和要求，在教學(xué)過程中，應(yīng)充分重視師生雙方互動(dòng)，做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)“三步法”，即強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、細(xì)化實(shí)驗(yàn)操作、完善實(shí)驗(yàn)考核。

2.1 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，提高實(shí)驗(yàn)效率

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)是保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，提高實(shí)驗(yàn)效率的有效措施［5］?；ぴ韺?shí)驗(yàn)有演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。其特點(diǎn)是理論性、技術(shù)性和工程性強(qiáng);面對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多，教學(xué)任務(wù)重，學(xué)時(shí)數(shù)少。學(xué)生如不預(yù)習(xí)，面對實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)可用兩個(gè)字形容“茫然”，教材是教材，裝置是裝置，兩者脫節(jié)了，學(xué)生需要認(rèn)真預(yù)習(xí)，才能把實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)裝置中。

雖然實(shí)驗(yàn)前學(xué)生都會(huì)預(yù)習(xí)，寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，但預(yù)習(xí)效果較差。以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師主講，演示整個(gè)過程，學(xué)生基本上是“被動(dòng)式”吸收，學(xué)生的主體地位沒能得到充分發(fā)揮，造成預(yù)習(xí)時(shí)，照抄實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容應(yīng)付教師檢查。針對此種情況，要運(yùn)用提問式或啟發(fā)式，啟發(fā)學(xué)生從目的、原理、流程、操作、儀表、電氣和設(shè)備中發(fā)現(xiàn)自己感興趣的問題，啟發(fā)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、探究問題和解決問題。如預(yù)習(xí)離心泵實(shí)驗(yàn)時(shí)，在教材操作步驟中寫到“啟動(dòng)離心泵”5個(gè)字，啟發(fā)學(xué)生思考如何啟動(dòng)離心泵?啟動(dòng)時(shí)注意事項(xiàng)是什么?學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中多提問自己，提的問題越多越好，并且通過圖書館查閱文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)資料以及學(xué)生討論來解答問題，實(shí)在解答不了的問題最后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在教師的啟發(fā)下解決此問題。

預(yù)習(xí)途徑多樣化。以往是以教材內(nèi)容為主預(yù)習(xí)，現(xiàn)在開放了實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場預(yù)習(xí)。四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)了化工原理實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程平臺(tái)，在網(wǎng)上預(yù)習(xí)。學(xué)生在校園網(wǎng)上登錄此平臺(tái)可閱覽實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁格式，支持網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)，具體包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)步驟;對實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行仿真操作，操作界面直觀、簡潔，使學(xué)生便于理清流程;對數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳送，若實(shí)驗(yàn)室有學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)采集，讀取數(shù)據(jù)，并可在旁觀看其他學(xué)生做實(shí)驗(yàn)情況;對實(shí)驗(yàn)操作的結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)、繪制曲線并打印結(jié)果。將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，通過化工原理實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，拓展了學(xué)生視野，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與的興趣與積極性。

加強(qiáng)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的考核。實(shí)驗(yàn)前圍繞實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程、操作方法、儀器儀表的使用等內(nèi)容進(jìn)行考查，明確實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測取哪些變量參數(shù)?如何測取?預(yù)估實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，擬定好實(shí)驗(yàn)操作步驟?？己说闹饕问绞菣z查預(yù)習(xí)報(bào)告，讓學(xué)生主講，教師引導(dǎo)或者學(xué)生提問，其他學(xué)生回答等教學(xué)手段發(fā)現(xiàn)預(yù)習(xí)中存在問題并及時(shí)糾正。通過這些教學(xué)手段激勵(lì)學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，效果明顯。

預(yù)習(xí)不合格者，不準(zhǔn)正式操作實(shí)驗(yàn)。把好實(shí)驗(yàn)第一關(guān)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，細(xì)化實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)驗(yàn)技能

實(shí)驗(yàn)操作是理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐的過程，是學(xué)生實(shí)際動(dòng)手解決問題的過程。在實(shí)驗(yàn)操作過程中如何運(yùn)用已學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題是我們教學(xué)的重點(diǎn)。如流體流經(jīng)管道內(nèi)的能量損失的測定，首先，引導(dǎo)學(xué)生確定所要研究的對象，建立1－1，2－2截面和基準(zhǔn)面，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)列柏努利方程表達(dá)式，確定實(shí)驗(yàn)測定的變量參數(shù);其次，確定實(shí)驗(yàn)中用什么儀表測定，為什么在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場要用這些儀表?最后，通過流體流經(jīng)管道內(nèi)的能量損失的測定，讓學(xué)生明確在工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，流體在流動(dòng)過程中能量損耗的多少是選擇輸送設(shè)備依據(jù)之一。通過此環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生更牢固地掌握工程實(shí)驗(yàn)方面的原理及測試手段，能把復(fù)雜的真實(shí)設(shè)備與工藝過程用最基本的原理來解釋和描述，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理論的綜合運(yùn)用，使其解決問題能力得到培養(yǎng)和提高。

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，賦予實(shí)驗(yàn)新的內(nèi)涵。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不但要強(qiáng)化理論教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，更要結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，滿足學(xué)生求知的渴望和需求，從而激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和熱情［6］。為此，在教育部提出實(shí)施“精品工程”戰(zhàn)略的大背景下，四川大學(xué)啟動(dòng)了重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃。自主研發(fā)了多套流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，水蒸氣和空氣進(jìn)行熱量傳遞的傳熱綜合實(shí)驗(yàn)，大大改善了實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從單一驗(yàn)證性向多元化、綜合性發(fā)展，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)實(shí)行了小班化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能滿足學(xué)生的需求。如流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)包含了阻力損失測定、離心泵性能測定、孔板流量標(biāo)定等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把過去單一的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目融為一體，既節(jié)省經(jīng)費(fèi)，又節(jié)省空間。它不是簡單地融合，而是有機(jī)地整合。它再現(xiàn)了流體在整個(gè)管道內(nèi)流動(dòng)變化規(guī)律，便于引導(dǎo)學(xué)生對流體工程性問題的研究。流體從非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程，過去在化工原理實(shí)驗(yàn)中從未測定，現(xiàn)在通過無紙記錄儀記錄了整個(gè)過程的變化情況，清晰展示流體流動(dòng)過程中壓差、流量等參數(shù)的變化。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)裝置中大量引入現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的測試儀表，此類儀表采集數(shù)據(jù)既可就地顯示，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳，與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)接近，拓展開闊了學(xué)生視野，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚。

細(xì)化實(shí)驗(yàn)操作，重視技能培養(yǎng)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不是為采集數(shù)據(jù)而采集數(shù)據(jù)。精確采集數(shù)據(jù)僅是一個(gè)方面，更重要的實(shí)踐技能的訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)操作過程中，教師要提醒實(shí)驗(yàn)的各種注意事項(xiàng)，如用電的安全，設(shè)備、儀器的安全使用等，防患于未然，勤于巡視和觀察、引導(dǎo)，及時(shí)糾正學(xué)生的不當(dāng)操作。在條件可控范圍內(nèi)允許學(xué)生操作失誤，鼓勵(lì)學(xué)生勤于動(dòng)手，有意識(shí)訓(xùn)練學(xué)生，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，掌握實(shí)驗(yàn)技能。如在流體實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中，管線多、閥門多，如何調(diào)節(jié)流量就是實(shí)訓(xùn)內(nèi)容之一。引導(dǎo)學(xué)生理清流程，針對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具體去分析，采用哪一個(gè)閥門調(diào)節(jié)流量更合理。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題后，可重新提出實(shí)驗(yàn)方案，規(guī)劃布置流程，在條件許可下可拆卸重裝實(shí)驗(yàn)裝置，重新操作，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)訓(xùn)技能。

分專業(yè)、分層次、分對象的個(gè)性化指導(dǎo)教學(xué)。化工原理實(shí)驗(yàn)是化學(xué)工程、應(yīng)用化學(xué)、過程裝備與控制、生物工程、環(huán)境工程、高分子等專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)課。四川大學(xué)采取獨(dú)立設(shè)課的學(xué)分制管理模式，學(xué)生來自不同專業(yè)，層次不一樣，學(xué)分不一樣，學(xué)時(shí)也不一樣。因此，對不同專業(yè)要采用不同教學(xué)方法和手段，開設(shè)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)行漸進(jìn)式分層次的教學(xué)方法以此提高教學(xué)效果。例如:在傳熱綜合實(shí)驗(yàn)中，學(xué)時(shí)少可要求學(xué)生掌握熱量傳遞過程變化規(guī)律，如總傳熱系數(shù)、空氣給熱系數(shù)測定等;學(xué)時(shí)多的可進(jìn)行知識(shí)面拓展，掌握不凝氣對傳熱的影響規(guī)律，同時(shí)把光滑管和螺紋管夾套換熱器在同一工況下進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，或者測定套管換熱器氣流阻力損失變化規(guī)律等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富，可供學(xué)生選擇，能滿足不同專業(yè)、不同層次學(xué)生求知需求，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)求知的熱情。

2.3 完善實(shí)驗(yàn)考核評(píng)估體系。

通過科學(xué)的考核方式能夠監(jiān)控、檢查教學(xué)過程，對教師教的效果和學(xué)生學(xué)的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)考核，這對提高實(shí)驗(yàn)教師教學(xué)積極性，提高學(xué)生后續(xù)實(shí)驗(yàn)的興趣具有重要意義［7］。四川大學(xué)對教師的考核采取兩條線:一是教學(xué)質(zhì)量督導(dǎo)組隨時(shí)檢查評(píng)定;二是上課學(xué)生無記名評(píng)價(jià)教師上課效果，鞭策教師提高教學(xué)。對學(xué)生的考核以實(shí)驗(yàn)成績來評(píng)定。實(shí)驗(yàn)成績考核包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程，即實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考核是評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備是否充分，通過預(yù)習(xí)能否寫出實(shí)驗(yàn)具體方案、設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)記錄表、提出思考問題等;實(shí)驗(yàn)操作考核是評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的動(dòng)手操作能力、觀察能力、分析能力、解決問題能力是否達(dá)到了實(shí)訓(xùn)效果;實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核是評(píng)價(jià)學(xué)生的科技論文寫作能力。實(shí)驗(yàn)報(bào)告按小論文格式要求，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及作圖能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、討論能力，規(guī)范和訓(xùn)練學(xué)生的寫作能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)成績由這三個(gè)方面按3∶4∶3的比例構(gòu)成，即

最終實(shí)驗(yàn)成績由每個(gè)實(shí)驗(yàn)成績匯總平均。在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前事先告知學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，客觀公正評(píng)價(jià)每位學(xué)生成績，有助于學(xué)生高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。

3 結(jié)束語

在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索中運(yùn)用多種教學(xué)方法強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、以工程案例為素材、運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣和熱情，讓學(xué)生在輕松的氣氛中不斷提升自己的實(shí)驗(yàn)技能，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、建立工程概念的教學(xué)目標(biāo)。

［1］中國工程院“創(chuàng)新人才”項(xiàng)目組.走向創(chuàng)新:創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)研究［J］.高等工程教育研究，2010(1):1－19.

［2］鞠晨鳴，徐建成，居里鍇.工程訓(xùn)練合作項(xiàng)目課程開發(fā)建設(shè)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29(4):189－191.

［3］王淑芳，金涌.大工程觀念教育理念下工程教育課程體系與教育改革［J］.化工高等教育，2011(1):13－19.

［4］鐘亞蘭，黃馳，龔淑玲，等.化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011，9(5):97－99.

［5］吳洪特，于兵川.強(qiáng)化化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(5):57－59.

［6］吳倩，徐寧.化工原理精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)方法與思路［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，10(2):86－87，123.

［7］劉映琦，劉肅，李健.提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的創(chuàng)新實(shí)踐與探索［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，8(1):58－61.