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        化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探討

        2020-02-19 11:10:52王永剛齊承剛
        云南化工 2020年7期
        關(guān)鍵詞:開放式儀器設(shè)備原理

        王永剛,齊承剛

        (齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處,山東 濟(jì)南 250353)

        化工原理實(shí)驗(yàn)具有工藝性、工程性的特點(diǎn),每個(gè)實(shí)驗(yàn)類似于化工生產(chǎn)中的一個(gè)基本單元操作,研究對象是真實(shí)復(fù)雜的工程問題,具有綜合性、交叉性、多樣性、復(fù)雜性特點(diǎn)[1]。封閉保守的實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)作模式已經(jīng)無法滿足學(xué)生對工藝性工程性實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知學(xué)習(xí),更無法滿足新時(shí)代培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要。建設(shè)化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室是大勢所趨,順應(yīng)了高等教育發(fā)展的潮流。

        1 建設(shè)化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的必要性

        1.1 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室有利于初涉工程類課程的學(xué)習(xí)[2]

        化工原理課程的開設(shè)一般放在大學(xué)二年級進(jìn)行。通過大學(xué)一年級的學(xué)習(xí),學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)得到了加強(qiáng)與提高,也完成了基礎(chǔ)化學(xué)的無機(jī)分析實(shí)驗(yàn)及大學(xué)物理部分實(shí)驗(yàn),具備了基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。但是化工原理與其他基礎(chǔ)課不同,不再是單一知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知實(shí)驗(yàn),具有綜合性、工程性、探究性的特點(diǎn),而學(xué)生的認(rèn)知水平還停留在基礎(chǔ)知識(shí)的思維模式中,不能形成對新知識(shí)思維模式的轉(zhuǎn)變?;ぴ黹_放式實(shí)驗(yàn)室以開放的姿態(tài)面對學(xué)生,讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,親近儀器設(shè)備熟悉化工工藝過程,開拓學(xué)習(xí)思路與學(xué)習(xí)方法。所以,對化工原理這樣初涉工程類的課程學(xué)習(xí),開放式實(shí)驗(yàn)室非常必要。

        1.2 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生把深?yuàn)W的理論知識(shí)落實(shí)到活生生的儀器設(shè)備上提供方便

        化工原理難講難學(xué),它涵蓋的知識(shí)面很廣,涉及到化學(xué)、化工、物理、數(shù)學(xué)、電工、制圖等深層次的知識(shí)內(nèi)容,學(xué)生需要通過艱苦的自主學(xué)習(xí)才能跟上學(xué)習(xí)步伐。理論學(xué)習(xí)中涉及到儀表工具儀器等,如果能聯(lián)系到實(shí)物,對學(xué)生的理論學(xué)習(xí)大大有益。開放的化工原理實(shí)驗(yàn)室可以提供這樣的機(jī)會(huì),學(xué)生可以在理論學(xué)習(xí)的同時(shí),來到實(shí)驗(yàn)室把課本知識(shí)落實(shí)到活生生的儀器設(shè)備上,能更深刻理解實(shí)驗(yàn)工藝的內(nèi)涵,提高理論知識(shí)水平。

        1.3 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室可以打破學(xué)生與大型儀器設(shè)備間的障礙[3]

        化工原理實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備與基礎(chǔ)化學(xué)大學(xué)物理等實(shí)驗(yàn)設(shè)備有了本質(zhì)的不同,儀器設(shè)備體積龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜,儀表閥門貫穿其中。化學(xué)實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的是實(shí)驗(yàn)室的技術(shù),而化工原理實(shí)驗(yàn)所介紹是工業(yè)技術(shù),是有生產(chǎn)能力的較大的機(jī)器設(shè)備。這種實(shí)驗(yàn)對象的變化需要學(xué)生有較長的適應(yīng)消化過程,面對一個(gè)個(gè)高大冰冷的儀器,畏懼心理占了上風(fēng),不敢動(dòng)手害怕失誤,這無疑是化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大屏障。解決的辦法只有實(shí)施實(shí)驗(yàn)室開放,讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,親近并融入到儀器設(shè)備中去。

        1.4 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室符合化工原理實(shí)驗(yàn)的探索性需要

        化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了用來檢驗(yàn)或驗(yàn)證理論知識(shí)外,更為重要的是對理論知識(shí)的綜合應(yīng)用,以提高學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)的綜合能力,強(qiáng)化工程實(shí)踐能力與設(shè)計(jì)能力?;A(chǔ)實(shí)驗(yàn)是理論的、嚴(yán)密的,實(shí)驗(yàn)對象也是簡單的基本的甚至是理想的,而工程實(shí)驗(yàn)面對的是復(fù)雜的實(shí)際工程問題。工程實(shí)驗(yàn)的困難在于變量多,涉及的物料千變?nèi)f化,設(shè)備大小懸殊。化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)了課程探索性的需要,可以為學(xué)生提供探索研究的空間。

        2 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)原則

        開放式實(shí)驗(yàn)室不能簡單理解為,實(shí)驗(yàn)室沒有實(shí)驗(yàn)課時(shí)可以對外開放[4]。有的學(xué)校為了政績或是趕潮流,推行所謂開放式實(shí)驗(yàn)室,只是把實(shí)驗(yàn)室大門打開,歡迎學(xué)生參觀學(xué)習(xí),一學(xué)期下來也沒有幾個(gè)學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室自主學(xué)習(xí),這是嚴(yán)重的形式主義。開放式實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生提供學(xué)習(xí)探索的平臺(tái),既要把學(xué)生吸引到實(shí)驗(yàn)室來,又要讓他們能靜下心來研究學(xué)習(xí),不是走過場。

        2.1 突出學(xué)生主體地位

        建設(shè)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)的化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中要摒棄守舊的理念,徹底改變教學(xué)思路與管理觀念,樹立一切為學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心的開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)。學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的主體,實(shí)驗(yàn)室是塑造創(chuàng)新性人才的場所,我們的實(shí)驗(yàn)室要讓學(xué)生有家的感覺,覺得這就是他們學(xué)習(xí)探索的地方,而不應(yīng)該給他們設(shè)置不應(yīng)有的障礙,限制他們的思維與發(fā)展。給學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,提供優(yōu)質(zhì)的發(fā)展平臺(tái),應(yīng)是我們工作的目標(biāo)。

        2.2 實(shí)驗(yàn)室管理體系應(yīng)適應(yīng)化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的需要

        舊的實(shí)驗(yàn)室管理體系已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,一個(gè)人管理一個(gè)或幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室,從衛(wèi)生到實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備一人全責(zé)。這種實(shí)驗(yàn)室全責(zé)的管理模式看似責(zé)任到人,實(shí)際上是責(zé)任的形式主義,什么都管實(shí)際上什么都管理不到位。開放式的實(shí)驗(yàn)室管理應(yīng)該是立體的,既有縱向的管理又有橫向的管理。采購、維修、藥品管理、廢物處理都就有專人負(fù)責(zé)。更應(yīng)該有高級人才負(fù)責(zé)課程的設(shè)置,儀器設(shè)備的研究改進(jìn)。還要有一套完善的學(xué)生開放式學(xué)習(xí)和管理系統(tǒng)等。所有這些都是優(yōu)質(zhì)開放式實(shí)驗(yàn)室的制度保障。

        3 化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)規(guī)劃[5-6]

        優(yōu)質(zhì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃是開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基礎(chǔ)。要做好開放實(shí)驗(yàn)室建設(shè),首先要做好實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃設(shè)計(jì),做到科學(xué)合理又高度人性化,將有限的實(shí)驗(yàn)資源、教學(xué)空間以及有限的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行拓展和延伸,有利于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和潛能的充分發(fā)揮,有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化發(fā)展。

        3.1 化工原理實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課

        大多高校沒有把化工原理實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課,化工原理實(shí)驗(yàn)只是化工原理課程的一部分,這就極大限制了化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。因?yàn)閺膶儆诶碚摻虒W(xué),實(shí)驗(yàn)課時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間無法得到保障,更無法對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行大力度改革。因此要建設(shè)真正的化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室,化工原理實(shí)驗(yàn)必須單獨(dú)設(shè)課,把實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高到與理論教學(xué)同高的地位,這樣可以從容地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室科學(xué)規(guī)劃,為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定良好基礎(chǔ)。

        3.2 建設(shè)不同層次的實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)多層次學(xué)習(xí)需要

        化工原理實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課后,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與項(xiàng)目整合優(yōu)化,分為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)二個(gè)層次。

        基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn),切合主要知識(shí)點(diǎn),鞏固所學(xué)理論知識(shí)及其基本的操作訓(xùn)練。以傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,教學(xué)目標(biāo)重在掌握典型單元操作過程的機(jī)理和規(guī)律,以及完成實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、儀器的使用等基本訓(xùn)練。演示實(shí)驗(yàn)有:雷諾、柏努力、板式塔水力學(xué)實(shí)驗(yàn)、流線演示等?;締卧僮鲗?shí)驗(yàn)有:流體阻力測定、傳熱、離心泵特性測定、干燥、填料吸收塔實(shí)驗(yàn)、板式精餾塔實(shí)驗(yàn)等;

        綜合性實(shí)驗(yàn),是提高學(xué)生素質(zhì)增強(qiáng)學(xué)生科研能力的重要手段,通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以掌握基本的科學(xué)研究過程,提高提出問題解決問題的能力。綜合性實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備為大型多功能性設(shè)備,能完成某項(xiàng)單元操作的幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。學(xué)生可以充分利用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,經(jīng)過理論分析然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)論分析等最后形成科技論文。綜合性實(shí)驗(yàn)有:傳熱綜合實(shí)驗(yàn)、板式塔精餾、反應(yīng)精餾、膜分離實(shí)驗(yàn)等。

        4 建設(shè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)探索[7]

        利用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況考核評估。通過掃碼登錄,哪個(gè)同學(xué)使用了哪臺(tái)儀器,使用了多長時(shí)間,查詢了什么問題,觀看了哪些視頻講座,關(guān)心了哪些問題等等都有跡可查,也大致能反映這位同學(xué)的學(xué)習(xí)情況。通過實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以對實(shí)驗(yàn)室開放狀況做出評估。看看有多少人通過實(shí)驗(yàn)室開放自主學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)了多長時(shí)間,使用了哪些儀器設(shè)備,在這些儀器設(shè)備上進(jìn)行了怎樣的學(xué)習(xí)探索。尋找發(fā)現(xiàn)同學(xué)們最關(guān)心的是什么,重視他們的學(xué)習(xí)反饋,改進(jìn)我們的工作。

        5 開發(fā)多種輔助教學(xué)手段助力開放式實(shí)驗(yàn)室[8]

        化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對儀器設(shè)備的深入認(rèn)識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn),化工原理儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積龐大,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能通過書本或仿真軟件等渠道了解。我們充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)用房,為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)?zāi)>哒故荆_發(fā)多種輔助教學(xué)手段助力開放式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

        5.1 重視實(shí)驗(yàn)?zāi)>?/h3>

        在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用有人認(rèn)為模具已經(jīng)落伍了,早已被時(shí)代淘汰,流行的是仿真虛擬技術(shù)。我們認(rèn)為模具永遠(yuǎn)不會(huì)過時(shí),應(yīng)該重新認(rèn)識(shí)與定位其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的輔助作用。虛擬仿真做得再好也只是屏幕上看到的,擺在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備是真實(shí)的但不能分解。實(shí)驗(yàn)?zāi)>甙汛蟮脑O(shè)備做得象玩具一樣精美,可以欣賞可以把玩,可以拆解也可以組裝。一件做工精良的模具擺在面前時(shí),會(huì)吸引學(xué)生的眼球,好奇心會(huì)引導(dǎo)學(xué)生愛上實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。通過對模具的研究,儀器的構(gòu)造、工作原理一目了然,能把抽象的問題具體化。

        5.2 充分利用各種資源為學(xué)生提供實(shí)物展示

        化工原理實(shí)驗(yàn),同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目儀器設(shè)備,不同的生產(chǎn)商產(chǎn)品差別很大。雖然實(shí)驗(yàn)原理一樣,但設(shè)計(jì)思路卻有很大不同,難免有設(shè)計(jì)不合理之處。為了能讓學(xué)生了解更多的儀器型號,開拓視野,我們利用各種機(jī)會(huì)廣泛收集儀器儀表等,供學(xué)生學(xué)習(xí)觀摩。例如化工用泵、閥門、管件、流量計(jì)、風(fēng)機(jī)、攪拌裝置、換熱器部件、填料、塔板、膜組件及儀表等。把報(bào)廢的實(shí)驗(yàn)裝置上可利用的零部件拆卸下來,供學(xué)生課后進(jìn)行實(shí)物觀摩。

        通過多種輔助教學(xué)手段,學(xué)生可以進(jìn)一步了解化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)工作原理等,進(jìn)一步增強(qiáng)了對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)。

        6 小結(jié)

        化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)過程中會(huì)遇到很多困難與阻力,有資金方面人手方面,更重要的是創(chuàng)新意識(shí)缺失。通過不懈的工作,化工原理開放式實(shí)驗(yàn)室給化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了活力與動(dòng)力,為學(xué)生提供了更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì),滿足了學(xué)生對實(shí)踐的渴望和需求,學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力、思維縱橫擴(kuò)散能力、創(chuàng)新能力等得到了有效訓(xùn)練與提高。

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