鄧朝芳?李青嵩

摘 要：化工原理實驗是化工類或近化工類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)學(xué)生的工程意識與工程設(shè)計能力十分重要。本文針對目前化工原理實驗課程中存在的一些問題，采用探討式教學(xué)方式，強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果，引入多種化工軟件，注重實驗課程的過程性考核，加強(qiáng)與其他化工設(shè)計類課程的結(jié)合等多種措施提升實驗課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化工原理實驗；化工軟件；教學(xué)改革

化工原理課程是化工類及其相近專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是培養(yǎng)化工技術(shù)人才的重要課程，是連接理論與工程的紐帶。是同學(xué)們接觸到的第一門工程課程，引導(dǎo)同學(xué)們以工程的角度來理解、分析、解決問題，設(shè)計與優(yōu)化化工單元操作設(shè)備，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)?；ぴ砀拍疃?，推導(dǎo)復(fù)雜，經(jīng)驗公式多、工程性強(qiáng)，并且存在大量的試差、手工計算以及繪圖等，因此學(xué)習(xí)難度較大。而化工原理實驗的開展又以理論課程為基礎(chǔ)，實驗課程的有效開展也會進(jìn)一步促進(jìn)理論課程的教學(xué)效果。本文就如何提高化工原理實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，提升同學(xué)們設(shè)計優(yōu)化工程問題的能力等方面作了如下思考[1-2]。

1 實驗教學(xué)中存在的問題

化工原理實驗屬于工程類實驗，對培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、提高化工過程優(yōu)化與設(shè)計的綜合素養(yǎng)，解決實際工程問題的能力等十分重要，就目前的狀況而言，化工原理實驗主要存在以下問題（1）由于教學(xué)資源有限，大多數(shù)儀器都只有一臺，學(xué)生動手機(jī)會很少，大多數(shù)同學(xué)成為了觀望者，實驗過程走馬觀花，實質(zhì)收獲甚少。（2）實驗預(yù)習(xí)不充分，加之課程難度較大，預(yù)習(xí)效果不佳，導(dǎo)致實驗時無從下手，主要靠老師講解與演示而被動接受。（3）實驗課程與理論課程銜接不夠，實驗項目與理論教學(xué)時間差距過大，教學(xué)效果欠佳，并且化工原理實驗大多數(shù)開展的項目是單元操作過程的驗證，而工藝條件的設(shè)計與優(yōu)化幾乎沒有涉及，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計與優(yōu)化意識。（4）實驗報告作為成績評定的而主要標(biāo)準(zhǔn)，影響學(xué)生的動手積極性。

2 課程改革探討

2.1 探討式教學(xué)、強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果

由于教學(xué)資源有限，化工設(shè)備也較昂貴，很多儀器設(shè)備都只有一臺，如果小組人數(shù)太少，教學(xué)成本與教師課時量過大，加大了實驗課程開展的難度，如果小組人數(shù)過多，實驗教學(xué)效果會受到影響。因此，在教學(xué)過程中可以采用探討式教學(xué)的方式，將人事招聘中的“無領(lǐng)導(dǎo)小組討論”模式引入到實驗教學(xué)中，不過不同的是在討論結(jié)束后教師需要對各組意見進(jìn)行總結(jié)與評價。這可以有效的培養(yǎng)學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力，溝通能力，團(tuán)隊合作能力，有效的考察專業(yè)知識的掌握情況。一般4-5位同學(xué)為一組，在規(guī)定的時間范圍內(nèi)圍繞實驗中的一個問題進(jìn)行組內(nèi)討論，產(chǎn)生小組結(jié)論，然后再進(jìn)行組與組之間的辯論，教師在一旁觀測同學(xué)們的表現(xiàn)并在結(jié)束后進(jìn)行總結(jié)與評價，由每組的活躍程度和結(jié)論的可靠性等作為小組做實驗的順序與實驗成績評價依據(jù)，這會提高學(xué)生的課堂參與率與積極性，同時，同學(xué)們?yōu)榱苏n堂的良好表現(xiàn)，會更加注重實驗的預(yù)習(xí)，從而達(dá)到強(qiáng)化實驗預(yù)習(xí)效果的目的。

2.2 利用多種軟件優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

化工原理實驗開展的大多數(shù)項目是單元操作過程的驗證，而工藝條件的設(shè)計與優(yōu)化幾乎沒有涉及，不利于學(xué)生探索與研究能力的培養(yǎng)，并且實驗中會遇到大量的圖表繪制，經(jīng)驗公式的擬合等，單憑設(shè)備裝置很難達(dá)到良好的教學(xué)效果，隨著計算機(jī)的發(fā)展，可用于實驗教學(xué)與科研的軟件也得到了極大的發(fā)展，可以將一些化工軟件引入到實驗教學(xué)當(dāng)中，比如Aspen Plus軟件、Origin軟件等以提高實驗的教學(xué)效果。另外，化工原理教學(xué)實驗儀器數(shù)量有限，不可能達(dá)到人手一臺，并且大多化學(xué)化工實驗都涉及到有毒、有害、易燃、易爆性質(zhì)的試劑，這些實驗在教學(xué)中可能是“想做而不能做”或者“能做而不愿意做”的實驗，實驗教學(xué)中引入虛擬仿真軟件可以有效的解決該問題。Aspen Plus是大型通用的流程模擬系統(tǒng)，在醫(yī)藥、化學(xué)化工等工程領(lǐng)域都有應(yīng)用，可以用于生產(chǎn)裝置設(shè)計，穩(wěn)態(tài)工藝模擬與優(yōu)化，經(jīng)過三十年的發(fā)展，該軟件已經(jīng)更新了十余次，成為舉世公認(rèn)的大型流程模擬軟件，該軟件其中的“單元模塊”正好對應(yīng)化工原理的“單元操作”，利用Aspen Plus軟件可以預(yù)測物流的流率、組成、操作條件、設(shè)備尺寸等等，其中Aspen Plus靈敏度分析、設(shè)計規(guī)定、過程優(yōu)化都是化工過程設(shè)計的有效工具，將Aspen Plus模擬軟件應(yīng)用到化工原理實驗教學(xué)中，可以方便快捷的得到實驗結(jié)果隨操作變量的變化趨勢，尋找達(dá)到某一工況指標(biāo)需要的操作條件，還可以進(jìn)行最值的求解等，這都可以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，提高設(shè)計優(yōu)化的能力，促進(jìn)對理論課程的理解[3-4]；化工原理實驗大多數(shù)據(jù)復(fù)雜，很多經(jīng)驗公式需要擬合，單憑手繪或一般的制圖軟件很難滿足要求，Origin是一個專業(yè)的數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件，不但繪圖的功能強(qiáng)大，而且還提供了多種曲線擬合方法，可以擬合化工原理實驗當(dāng)中的恒壓過濾曲線、對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式、蒸餾過程氣液平衡曲線等，將Origin軟件應(yīng)用于化工原理實驗中，可以方便準(zhǔn)確的擬合實驗數(shù)據(jù)，提高學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理的能力和科學(xué)研究素養(yǎng)[5]；化工原理教學(xué)實驗儀器設(shè)備數(shù)量有限，十幾個人圍著一臺儀器轉(zhuǎn)的現(xiàn)象時有發(fā)生，很多同學(xué)做實驗都是走馬觀花，沒有達(dá)到預(yù)期的實驗效果，還有些實驗由于危險性較大，為了保證實驗的安全，不宜作為教學(xué)實驗，近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也帶來了教學(xué)方式方法上的革命，虛擬仿真技術(shù)也廣泛的應(yīng)用于實驗教學(xué)中，虛擬仿真實驗實驗開設(shè)方便，沒有時間和空間的限制，降低了實驗教學(xué)成本，并且保證了實驗的安全。由于沒有時間、空間以及實驗儀器套數(shù)的限制，實物實驗前讓每個學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)或者機(jī)房進(jìn)行虛擬仿真實驗，再進(jìn)行實物實驗，將虛擬仿真實驗和實物教學(xué)實驗有效的結(jié)合起來，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，加強(qiáng)學(xué)生對實物實驗的理解，提高實驗教學(xué)的質(zhì)量。綜上所述，單一的實物實驗教學(xué)很難達(dá)到較好的實驗教學(xué)效果，如果在實驗教學(xué)過程中引入多種軟件，與實物教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來，虛實結(jié)合，相互促進(jìn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生化工過程的優(yōu)化設(shè)計能力與科學(xué)研究素養(yǎng)。

2.3 注重過程性評價，激發(fā)學(xué)生的動手積極性

很多實驗課程期末考核主要由期末實驗考試和實驗報告兩部分組成，這會導(dǎo)致同學(xué)們只注重最后一次實驗或者實驗報告的書寫，而忽略了實驗過程本身，特別是存在十幾個人共享一臺儀器現(xiàn)象的化工原理試驗中，不過不注重過程想評價很難達(dá)到你良好的實驗教學(xué)效果，因此在實驗成績考核中，需更加注重實驗過程性評價，例如問題討論發(fā)言的積極性，實驗過程中動手積極性，操作的規(guī)范性等，這將會激發(fā)學(xué)生實驗過程中的動手積極性，有利于教師啟發(fā)式、探討式教學(xué)，提升實驗教學(xué)的效果。

2.4 與其他課程結(jié)合教學(xué)，提高化工設(shè)計能力

化工原理課程是連接基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的紐帶，是基礎(chǔ)理論課程到工程實際課程過渡的橋梁?；ぴ韺嶒炚n程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識與能力方面具有非常重要的作用，是后續(xù)工程計算與設(shè)計的基礎(chǔ)，化工設(shè)計與優(yōu)化的能力是化工類人才所必備的素養(yǎng)，因此，化工原理實驗課程不但要與化工原理理論課程還應(yīng)與其他設(shè)計課程有機(jī)結(jié)合起來，如化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工設(shè)計等，合理安排教學(xué)的進(jìn)程，加強(qiáng)課程之間的聯(lián)系，加深課程之間的聯(lián)系，減少課程群的無效課時，從而提升整個化工設(shè)計課程群的教學(xué)效果，提高同學(xué)們的化工設(shè)計能力，為參加化工類設(shè)計大賽做好準(zhǔn)備。

3 總結(jié)

化工原理課程是化工類或近化工類專業(yè)的專業(yè)課程，是連接基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的紐帶，是基礎(chǔ)理論課程到工程實際課程過渡的橋梁。化工原理實驗課程對培養(yǎng)學(xué)生的工程意識與工程設(shè)計能力十分重要。本文針對目前化工原理實驗課程中存在的一些問題，采用探討式教學(xué)方式，強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果，為了克服實物實驗教學(xué)的缺點，引入多種化工軟件，如Aspen Plus軟件、Origin軟件、化工仿真軟件等，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計優(yōu)化能力，降低實驗教學(xué)的成本，保證實驗的安全性等，同時更加注重實驗課程的過程性考核，加強(qiáng)與其他化工設(shè)計類課程的結(jié)合，從而提升實驗課程教學(xué)效果，加強(qiáng)同學(xué)們的工程意識與工程設(shè)計能力，為后續(xù)化工設(shè)計課程打下堅實的基礎(chǔ)，為參加化工設(shè)計大賽做好準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

鄧朝芳（1989—），女，重慶合川人，碩士，主要研究：實驗室建設(shè)與管理。

李青嵩（1987—），女，重慶南岸人，碩士，主要研究：學(xué)生教育管理。