曾明榮， 韓媛媛， 趙 鵬

(華僑大學 基礎化學化工實驗中心，福建 廈門 361021)

?

化工原理實驗教學模式的研究與探索

曾明榮， 韓媛媛， 趙 鵬

(華僑大學 基礎化學化工實驗中心，福建 廈門 361021)

化工原理實驗教學通過建設各類基礎平臺、改進實驗教學方法及方式、注重實驗教學團隊建設等，結(jié)合我?；ぴ韺嶒炇椰F(xiàn)狀條件，在經(jīng)過多年實驗教學經(jīng)驗總結(jié)的基礎上，提出一套貫穿化工原理實驗教學全過程的實驗教學模式，即“化工原理實驗教學模式——1234法”。經(jīng)過實踐檢驗，證明該模式具有良好的適應性和可操作性，對培養(yǎng)學生工程興趣、提高學生分析工程問題和解決工程問題的能力具有促進作用。

化工原理實驗； 實驗教學模式； 實驗教學方法； 實驗隊伍建設

0 引 言

實驗教學活動是對理論教學中相關理論進行檢驗或?qū)碚撝R進行應用，也是學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要途徑之一，是激發(fā)學生學習興趣、自主探索研究的基礎實踐教學活動。加強對實驗教學方法、實驗教學手段、實驗教學形式等研究和探索，滿足學生自主探索、自主實踐、自主創(chuàng)新的需求，促進和提高實驗教學的質(zhì)量。

各高校都非常重視培養(yǎng)自己特色的人才，即“博學型專家”、或“通用型人才”、或“綜合型人才”、或“專業(yè)型人才”等。且在人才培養(yǎng)的過程中都十分重視實驗教學在培養(yǎng)人才過程中的特殊作用，不斷強化實驗教學環(huán)節(jié)，加大實驗課學時數(shù)，加強實驗室硬件建設，由此不難看出實驗教學與人才培養(yǎng)的重要關系。

在高等教育中，實驗教學在綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中，起著理論教學不可替代的特殊作用；學生通過實驗課的實踐訓練，可以掌握實驗操作技能和知識應用技能，在他們畢業(yè)走向社會后，這些知識和技能與所學到的理論知識一樣重要，有的則比理論知識更早、更快地發(fā)揮作用；通過實驗教學可以開拓學生的思路，激發(fā)探索精神，培養(yǎng)學生分析間題、解決間題的能力和歸納綜合的能力[1-3]；通過實驗教學可以訓練學生從事科學研究的能力；實驗教學使學生在不同程度上接觸與科學技術(shù)相關聯(lián)的社會各方面，使他們正確對待和解決與科學技術(shù)的關系上有一定的思想準備，這對學生走出校門后能較快地適應社會形勢的要求有積極的作用；同時實驗教學也可以消除或減輕學生對科學研究的幻想，使學生對科技事業(yè)的艱苦性和平凡性有一定的思想準備。

1 化工原理實驗教學模式的建立

1.1 化工原理實驗教學模式建立的重要性

實驗教學模式是依據(jù)一定的教學理論和知識結(jié)構(gòu)，為完成教學目標規(guī)定的教學任務，對實驗教學活動全過程中的計劃、大綱、教材、教師、學生、儀器設備、場地、時間等因素進行綜合優(yōu)化設計和組合，從而形成相對穩(wěn)定的內(nèi)在組織結(jié)構(gòu)及程序和方法的教學形式?；ぴ韺嶒炇腔ぁ⒅扑?、生物、材料、應化等專業(yè)的學生接觸工程類實驗的第一門實驗課，對學生今后接觸工程類實踐的影響至關重要。因此應充分利用現(xiàn)有的實驗條件，充分挖掘和改善軟件條件，培養(yǎng)學生工程意識、提高學生動手能力、擴展學生思維創(chuàng)新。因此，建立一個完善的實驗教學模式，改善實驗教學手段、探索實驗教學方法，最大限度地發(fā)揮好實驗教學過程中的每一個環(huán)節(jié)，不斷提高化工原理實驗的教學質(zhì)量，為培養(yǎng)工程類人才做出貢獻，具有現(xiàn)實的重要意義。

1.2 化工原理實驗教學模式的結(jié)構(gòu)設計[4]

根據(jù)化工原理實驗室的現(xiàn)有實際情況，制定一套貫穿實驗教學全過程(網(wǎng)絡教材預習—仿真實驗訓練—現(xiàn)場預習互動—現(xiàn)場實踐操作—典型操作單元競賽)的“化工原理實驗教學模式——1234法”；建立一個完整的實驗教學手段體系——多媒體硬件設備和多媒體軟件課件；不斷充實不斷完善實驗教學方法——模型零件與現(xiàn)場實物相結(jié)合、現(xiàn)場預習與現(xiàn)場互動交流相結(jié)合、仿真實驗訓練與實際操作訓練相結(jié)合等。因此，應該認真對待實驗教學過程的每一個環(huán)節(jié)，讓學生獲得最大化的知識和實踐經(jīng)驗。

“化工原理實驗教學模式——1234法”主要內(nèi)容：

(1) 一條主線。以提高學生工程意識、提高學生實踐操作能力和解決實際問題能力為主線，貫穿化工原理實驗教學全過程。

(2) 二個動力。通過不斷改革創(chuàng)新，以實現(xiàn)化工原理實驗教學體系的可持續(xù)為動力，以提高化工原理實驗教學質(zhì)量為動力。

(3) 三種方式。實施多層次教學法(仿真實驗、實驗操作、典型操作單元競賽)、開展開放式教學法(利用現(xiàn)有的實驗裝置，采取預約方式進行計劃外教學)、自主開發(fā)創(chuàng)新研究法(學生自己或在導師的指導下開展科研活動)，充分發(fā)揮學生主體的主動性和創(chuàng)造性。

(4) 四個平臺。①建立網(wǎng)絡預習和仿真訓練的基礎平臺、②充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)應用的手段平臺、③完善實驗室儀器裝置硬件建設的保障平臺、④師資結(jié)構(gòu)合理的穩(wěn)定的教學團隊平臺。

1.3 化工原理實驗教學模式設計的基本原則[4]

(1) 以強化工程意識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐操作能力為基本原則。對工科的學生來說，在接受知識傳授的同時還應該注重工程意識的培養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實踐操作能力的培養(yǎng)，使學生整體知識、能力、素質(zhì)得到全面提高。實驗教學就是應以學生的綜合素質(zhì)、學生實踐創(chuàng)新操作能力和分析解決問題能力提高為主線，建立起系統(tǒng)性、合理性、科學性的實驗教學模式。

(2) 以整合現(xiàn)有實驗教學資源(網(wǎng)絡、實驗裝置、師資、現(xiàn)代技術(shù)手段等資源)為基本原則。實驗教學過程也是對實驗教學資源整合優(yōu)化的過程，實驗教學資源整合優(yōu)化越到位，對學生知識接受、創(chuàng)新能力培養(yǎng)就越有利，其實驗教學的效果就會越好。實驗教學過程不但要使理論知識應用到實驗實踐中，而且還要指導學生實踐操作，以提高學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，實驗教學必須與理論教學相協(xié)調(diào)、實驗教學必須與學生實踐操作能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)相協(xié)調(diào)、實驗教學必須與學生人生觀價值觀等相協(xié)調(diào)。

(3) 以學生為主體中心，因材施教、突出個性的多種教學方式為基本原則。實驗教學必須以學生為主體中心，按照學校的培養(yǎng)計劃(目標)和社會對人才的需求要求，對學生進行因材施教、突出個性的多種教學方式，以適應社會對人才的需求。實驗教學內(nèi)容、實驗教學方法、實驗教學手段等必須適應因材施教和培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需要。在實驗教學整合優(yōu)化過程中必須強化學生的中心地位，以學生為主體中心就是要突出學生的個性，培養(yǎng)加強學生的個性發(fā)展，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，這符合教育規(guī)律和人才成長規(guī)律。

2 實驗教學模式的實際應用

為了加強貫穿實驗教學活動全過程(網(wǎng)絡教材預習—仿真實驗訓練—現(xiàn)場預習互動—現(xiàn)場實踐操作—典型操作單元競賽)[5]，緊密圍繞“化工原理實驗教學模式——1234法”開展實驗教學活動，其具體涵蓋：

2.1 加強基礎平臺建設

基礎平臺建設是為了滿足學生實踐前獲取相關知識、接受相關訓練和對工程性工藝流程設備認識的需求而設立，其主要包括：網(wǎng)絡預習平臺建設、仿真實驗訓練平臺建設、模型室建設。

網(wǎng)絡預習平臺建設[6]主要依托“基礎化學化工實驗省級示范中心”的網(wǎng)站，結(jié)合化工原理實驗的特點，建立包括：相關基本知識、實驗項目內(nèi)容、實驗項目PPT課件、實驗思考題及訓練題庫、實驗教學大綱、相關實驗的素材資料、圖片視頻等。

仿真實驗訓練平臺建設主要依托北京東方仿真控制技術(shù)有限公司研發(fā)的“化工原理實驗仿真軟件系統(tǒng)”，該軟件系統(tǒng)已購置，并向?qū)W生開放，讓學生在實際實驗操作前進行模擬實驗訓練。

模型室建設平臺主要是收集與化工原理實驗裝置相關的零部件、相關流程及部件圖片、小實物、小模型裝置等，為學生提供更直觀的實物。

2.2 實行多樣化的實驗教學[7-10]

(1) 多層次教學法。包括仿真實驗訓練、實驗項目實際操作、典型操作單元競賽活動。利用化工原理仿真實驗室對全體學生開放，在正常的上班時間段內(nèi)接受學生上機進行化工原理仿真實驗的訓練，提高學生對化工原理實驗重量性的認識，為做好實際實驗操作打下基礎；在進行實際實驗教學過程中，主要解決三個“注重”問題，即注重實驗操作前的互動效果問題、注重學生對工藝流程的掌握程度問題、注重學生實驗操作過程遇到問題的解決能力問題。在實驗教學結(jié)束后，對實驗教學效果進行檢驗，組織開展典型操作單元競賽活動，即以“塔板精餾實驗”為例，主要“檢驗”三個問題，即檢驗學生實驗過程中的團隊協(xié)作精神、檢驗學生實驗過程中的操作規(guī)范問題、檢驗學生對實驗結(jié)果的檢測和處理問題，為了公平公正，詳細制定了“精餾塔操作競賽評分細則”。

(2) 開放式教學法[11-12]。包括利用現(xiàn)有的實驗項目的種類及實驗裝置的套數(shù)，采取預約方式進行計劃外實驗教學活動?；ぴ韺嶒炇椰F(xiàn)有各類實驗項目16項，共有40多套實驗裝置，目前依據(jù)不同專業(yè)的教學計劃安排，分別開出4～8個實驗項目，有一半以上的實驗項目裝置還是處于閑置狀態(tài)，為了提高現(xiàn)有實驗裝置的作用率，必須制定有利于調(diào)動師生積極性、主動性的激勵制度，促使加大實驗室的開放力度。

(3) 自主開發(fā)創(chuàng)新研究法[13]。學生自己或在導師的指導下開展科研活動。如吸收實驗裝置升級改造活動，使單一測吸收系數(shù)的裝置改造成能測不同填料、不同填料高度狀況下的吸收系數(shù)；傳熱實驗裝置升級改造成可以測定不同類型換熱器的傳熱系數(shù)、測定強化前后的傳熱系數(shù)的綜合實驗平臺等。

2.3 推進實驗教學手段與方法的改進[14-16]

多媒體技術(shù)教學、仿真實驗訓練輔助教學、加強師生互動教學(實驗前10分由學生自己，結(jié)合網(wǎng)絡預習和現(xiàn)場裝置進行認真的了解和認識，其該實驗的工藝流程情況、物流走向情況，實驗運行過程中應注意的關鍵點和實驗安全問題。現(xiàn)場預習之后，老師向?qū)W生進行有相對性的提問交流，并對每位同學的預習情況給予評價和解答)[17]。

隨著計算機多媒體技術(shù)的普及，CAI課件及仿真技術(shù)的廣泛應用，使實驗教學的內(nèi)容不斷豐富和實驗教學的手段不斷更新。采用多媒體課件進行實驗教學，將極大地豐富實驗教學的內(nèi)容，使有關圖表的表達更加清楚，實驗裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖片及裝置組裝動畫，使學生更容易接受和理解。

而采用仿真實驗教學，將不斷地提供反復的虛擬實驗，可模擬真實實驗，給學生不斷預習實驗提供非常好的條件。例如：在化工原理實驗教學過程中，北京東方仿真控制技術(shù)有限公司研發(fā)的“化工原理實驗仿真軟件”，使學生可在計算所上進行動態(tài)仿真模擬實驗，并可進行任意選擇模擬，極大地提高了實驗預習的效果，同時每個實驗項目附有思考題題庫，供學生訓練。

在師生互動教學過程中，可以根據(jù)實際情況進行以學生主體式教學法、或教師主導式教學法、或課堂討論式教學法、或角色置換式教學法，在實驗教學活動過程中，堅持“以學生為主體，以教師為主導”，充分發(fā)揮學生主觀能動性和主體主動作用，有相對性地、因人適宜地，靈活應用，發(fā)揮實驗教學方法在實驗教學活動過程中的作用，全面提高實驗教學質(zhì)量，使學生從實驗教學中獲得收益，提高學生的各種能力和創(chuàng)新思維等。

2.4 加強實驗教學師資隊伍建設

高水平的教師隊伍和高素質(zhì)的技術(shù)人員是保證實驗教學質(zhì)量、激發(fā)學生創(chuàng)新的關鍵。經(jīng)過幾年的建設，化工原理實驗教學已形成了以化工原理理論課主講教師為核心力量，其他教師為骨干的實驗教學團隊?；ぴ韺嶒灲虒W活動團隊現(xiàn)由11位，其中博士10人、學士1 人；副高以上的老師有7人，講師4人；平均年齡41歲；有8位老師主講化工原理理論課?；ぴ韺嶒炇业膸熧Y隊伍的學歷、職稱、年齡、理論知識等結(jié)構(gòu)合理，都具有從事化工原理實驗教學5年以上的經(jīng)歷，實驗教學經(jīng)驗豐富，解決實際問題能力強,且所學專業(yè)方向和所研究學科領域極大地豐富化工原理實驗的教學內(nèi)容，具有教學科研的互補性[11、18]。

3 實踐效果及反思問題

3.1 實踐效果

(1) 實驗教學效果較為顯著。化工原理實驗教學采取“網(wǎng)絡預習+教材預習——仿真實驗+模型參觀——實戰(zhàn)操作+典型操作單元競賽”的形式，并采用了多媒體技術(shù)教學手段，師生之間實現(xiàn)了有效的“互動”交流的教學氣氛，實驗教學逐步實現(xiàn)了層次化、網(wǎng)絡化、互動化、開放化的格局。

(2) 實驗教學內(nèi)容豐富，有利于實施開放式教學。化工原理實驗依據(jù)不同專業(yè)，其必做實驗項目數(shù)為4～8項，目前化工原理實驗項目數(shù)可到達16項40多套，實驗教學內(nèi)容較豐富，學生實驗項目可選擇的空間大，實施開放式實驗教學條件已具備，并實施了學生開放實驗自選預約，促使學生工程操作能力和創(chuàng)造思維能力的提高，收到一定的效果。

(3) 所實施的“化工原理實驗教學模式——1234法”，其可操作性強，具有很強的適應性，能很好地滿足學生自主學習所需的知識資料平臺、實驗環(huán)境平臺和互助交流平臺的需求。

實踐證明，我們探索建立的“化工原理實驗教學模式——1234法”體現(xiàn)了化工原理實驗教學的特點，符合工程性實踐教學規(guī)律和工程性人才培養(yǎng)的要求，是可行的，也得到實踐的驗證。

3.2 有待解決的問題

(1) 由于實驗3或4人一組，同組同學之間缺乏團隊協(xié)作精神，有的同學在操作，有的同學卻袖手傍觀，存在懶散現(xiàn)象，對實驗興趣不大，缺乏主動參與意識，操作動手能力較差。這就需要在平時的實踐教學中，教育學生充分認識實踐環(huán)節(jié)的重要性，多開展一些團隊協(xié)作的活動，增強團隊精神，引導學生主動參與意識，加強對學生操作技能的培養(yǎng)，對基本操作的訓練更應從嚴要求，要讓學生多動手做實驗，切實提高實驗訓練的效果。

(2) 師生互動效果還不夠理想。一般要求學生進行實驗前的網(wǎng)絡預習(或教材預習)，并在現(xiàn)場預習之后進行師生互動交流，老師一般進行引導性的提問及提示性的啟發(fā)，或讓學生自己做實驗前的主講介紹。在實際實踐中，這種師生交流互動的氣氛有點不太和諧，學生往往還是處于被動回答的狀態(tài)，缺乏主動參與交流的意識。對此，應該加強學生開展一些聯(lián)想性、思維發(fā)散性的問題討論活動，培養(yǎng)學生主動參與意識，為開展教學、實踐活動打下基礎。

(3) 多媒體技術(shù)還存在問題。多媒體技術(shù)手段應用到實驗教學已很普遍了，我們也一直在努力爭取把多媒體技術(shù)直接建設在實驗室里，但一直未能實現(xiàn)。目前只能借助臺式電腦進行實驗前講解教學，因電腦屏幕太小，其效果還是較差，無法做到講解實際實驗裝置(工藝流程)的同時進行理論上的講解。

4 結(jié) 語

化工原理實驗是一門工程實踐性較強的實驗課程，是學生接觸工程類實驗第一門課程，經(jīng)過幾年的實驗教學改革與實踐，化工原理實驗教學已構(gòu)建具有特色的實驗教學模式，即“化工原理實驗教學模式——1234法”實驗教學模式。但是，實驗教學模式不是一成不變的，隨著高校實驗教學改革的深入進行，需要不斷地加強對實驗教學模式的研究和探討，不斷地對實驗教學模式進行補充、完善和創(chuàng)新，使實驗教學模式真正落到實處，并指導實驗教學工作有序進行。

[1] 焦緯洲,劉有智,袁志國,等.基于工程實驗能力培養(yǎng)的化工原理實驗教學模式的研究與探索[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(3):166-168.

[2] 梁 景.化工原理實驗教學模式改革的若干嘗試[J].廣西輕工業(yè),2007(8):38-39.

[3] 鄭文芝,陳勝洲,吳俊榮.化工原理實驗教學模式與教學體系改革的探討[J].廣東化工,2006,33(5):65-66.

[4] 孫連榮.高校實驗教學模式的研究與探索[J].實驗室研究與探索，2003，22(1)：4-5.

[5] 盤登科,祁曉華,牟元華,等.《化工原理》實驗教學新模式的實踐與應用[J].實驗科學與技術(shù),2012,10(6):118-119.

[6] 胡秀英,鄭純智.開放式化工原理實驗教學模式研究[J]. 實驗科學與技術(shù), 2011，9(1)：111-113.

[7] 戴益民,李 潯,張躍飛.化工原理實驗研究型教學模式的構(gòu)建[J]. 實驗教學與儀器, 2010(4)：14-15.

[8] 王源遠，王麗萍.高校實踐教學的理論認識與實踐探索[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30(1)：11-14.

[9] 鄧奇根,高建良,牛國慶,等.地礦類高校實驗教學示范中心建設與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30(1)：137-141.

[10] 胡章文,張翠歌,李 芳.化工原理實驗教學創(chuàng)新與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2009(15):68-70.

[11] 曾明榮,曾慶友,趙 鵬.化工原理實驗開放教學的研究與探索[J].實驗技術(shù)與管理,2008,25(10):128-130.

[12] 李 雷,宋 利,韋曉燕,等.化工原理實驗開放式教學模式的探索志改進[J].廣州化工,2012,40(11):209-211.

[13] 王 瑤,王 剛,張曉麗,等.化工原理研究型實驗教學探討[J].化工高等教育,2014(1):61-63.

[14] 張翠榮,賈振宇.改進化工原理實驗的教學方法 保證教學質(zhì)量[J].廣東化工，2011，38(8)：195-196.

[15] 鄭建東.化工原理實驗教學方法探討[J].滁州學院學報，2010，12(2)：123-124.

[16] 盧清華,李先祥,葉樹林,等.面向卓越工程師培養(yǎng)的實踐教學改革探索[j].實驗科學與技術(shù)，2013，11(3)：39-42.

[17] 靳文娟.培養(yǎng)專業(yè)意識促進化工原理實驗教學模式改革[J].化學工程與裝備,2014(11):233-235.

[18] 楊明平,黃念東,羅 娟.化工原理實驗教學中的創(chuàng)新教育[J].實驗室研究與探索,2008,27(8):10-13.

Principles of Chemical Engineering Experiment Teaching Model Research and Exploration

ZENGMing-rong，HANYuan-yuan，ZHAOPeng

(Experimental Center of Basic Chemistry and Chemical Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China)

Experiment is an important part of the course of Principles of Chemical Engineering. The experiment is characterized in strong practicality and is expected to have great influence on the engineering practice of the students. Based on the establishment of various platforms, improvements of the teaching methods and emphasis on the building of the experimental teaching team, the "principles of chemical engineering experiment teaching mode-1234 method" was established. The principles are combined with the present situation of our school, conditions of chemical engineering laboratory, and based on the years of experimental teaching experience. The principles are tested and validated for its good adaptability and operability. It helped the students to cultivate the interest in engineering, enhance their troubleshooting and problem solving skills.

experiment of chemical engineering principles； experiment teaching mode； experiment teaching method； experiment team construction

2015-06-15

華僑大學2014年校級實驗教學改革與建設課題(66661402)

曾明榮(1961-)，男，福建莆田人，學士，高級實驗師，實驗中心副主任，主要從事化工原理、物理化學實驗教學與實驗室管理工作。Tel.：13225927095；E-mail：mingrong@hqu.edu.cn

TQ 02;G 642.423

A

1006-7167(2016)05-0221-04