董雪茹，趙龍濤，呂和坤，陳振宇，梁鑫雨

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450052)

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工原理課程的重要組成部分，是我?；瘜W(xué)工程與工藝、高分子材料與工程、輕化工程等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)與工程技術(shù)密切相關(guān)的實(shí)踐性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課[1-2]。是幫助學(xué)生深化化工原理理論知識(shí)、獲取感性認(rèn)識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)工科學(xué)生工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、組織實(shí)施、實(shí)驗(yàn)操作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、數(shù)據(jù)處理等工程實(shí)踐能力起著非常重要的作用[3-4]。

對(duì)于應(yīng)用型本科院校來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)并不能有效地提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，因此如果一味地使用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行教學(xué)，必然會(huì)影響應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)效果。為適應(yīng)我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，本文分析了目前化工原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)課程改革進(jìn)行了以下幾方面的探索與實(shí)踐。

1 化工原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備欠缺不足

化工原理的一個(gè)實(shí)驗(yàn)基本，比如精餾實(shí)驗(yàn)、吸收實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)等都相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)單的單元操作，與實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程類(lèi)似，所以設(shè)備的購(gòu)置及維護(hù)等費(fèi)用等都較高。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備自身的特殊性，我?；ぴ淼拿總€(gè)實(shí)驗(yàn)基本上都是兩套裝置，因此每組實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)一般為5～6人，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性以及自主動(dòng)手的實(shí)踐能力都受到很大影響，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程的效果不佳。

1.2 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)不充分

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)課程必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)基本上是“走過(guò)場(chǎng)”的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)基本上都是把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)步驟等照本抄寫(xiě)一遍，寫(xiě)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告就認(rèn)為自己完成了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。但在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，往往出現(xiàn)的都是教師一問(wèn)三不知的情況。學(xué)生預(yù)習(xí)的態(tài)度和方法有問(wèn)題，導(dǎo)致預(yù)習(xí)達(dá)不到該有的效果，學(xué)生不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)理論一知半解，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)流程的認(rèn)知更是一塌糊涂，甚至一些學(xué)生不清楚自己此次實(shí)驗(yàn)要測(cè)量那些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更別論思考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)該如何進(jìn)行處理的問(wèn)題。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏認(rèn)識(shí)

化工原理實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)過(guò)程不同于以往的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?；ぴ韺?shí)驗(yàn)操作過(guò)程復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)裝置部件較多、流程復(fù)雜，一個(gè)又一個(gè)的管路、閥門(mén)、儀表、電機(jī)及風(fēng)機(jī)等，使學(xué)生看著茫然不知所措，加之學(xué)生預(yù)習(xí)不充分，對(duì)這些“龐然大物”不了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不熟悉工作原理，進(jìn)而產(chǎn)生了畏懼心理，不敢動(dòng)手操作，生怕引起安全事故。即使老師講解與示范一遍，由于實(shí)驗(yàn)裝置和流程的復(fù)雜性，學(xué)生往往不能真正地理解實(shí)驗(yàn)裝置如何操作的問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)課堂效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果。

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏工程意識(shí)

化工原理實(shí)驗(yàn)具有實(shí)踐性、工程性強(qiáng)的特點(diǎn)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作之前，學(xué)生應(yīng)首先仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)裝置，理清工藝流程，特別是管路中閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這樣才能確保實(shí)驗(yàn)操作時(shí)不出現(xiàn)失誤。比如離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)同學(xué)在學(xué)習(xí)了理論知識(shí)后，都清楚實(shí)驗(yàn)前要先灌泵，但是實(shí)際操作時(shí)，很少有同學(xué)思考，在進(jìn)行灌泵操作時(shí)，離心泵出口閥門(mén)是應(yīng)該打開(kāi)還是應(yīng)該關(guān)閉？灌滿離心泵后進(jìn)行離心泵啟動(dòng)時(shí)，學(xué)生也不注意觀察出口閥門(mén)是否關(guān)閉，以及為什么要關(guān)閉的問(wèn)題？化工原理的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)際上都相當(dāng)于化工生產(chǎn)中的一個(gè)小型單元操作，只有站在工程觀點(diǎn)的高度上才能深刻理解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)操作步驟，從而提高自己的動(dòng)手能力以及解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索

2.1 設(shè)立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

高校設(shè)立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室是應(yīng)用型地方本科院校提高學(xué)生實(shí)踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要措施[5]。我們通過(guò)設(shè)立化工原理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，將一些勤于思考，善于動(dòng)手的同學(xué)吸引到開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，并將這些學(xué)生合理的分為幾個(gè)小組，每組設(shè)立1名組長(zhǎng)，在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下分工合作，讓不同學(xué)習(xí)小組圍繞實(shí)驗(yàn)題目?jī)?nèi)容展開(kāi)驗(yàn)證或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將課堂所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能通過(guò)實(shí)踐很好地應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的設(shè)立，一方面可以為參加全國(guó)化工實(shí)驗(yàn)大賽選拔優(yōu)秀學(xué)生，另一方面也可以克服化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的缺陷。這些學(xué)生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生有更充沛的時(shí)間，能夠根據(jù)自己計(jì)劃自主設(shè)計(jì)和安排實(shí)驗(yàn)，提高他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，這些學(xué)生還可以在班里化工原理實(shí)驗(yàn)中擔(dān)當(dāng)“助教”的角色，協(xié)助老師指導(dǎo)班上學(xué)生更好的完成實(shí)驗(yàn)?？偠灾_(kāi)放實(shí)驗(yàn)室“以學(xué)生為中心”，不僅能全面培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，為培養(yǎng)合格的化工人才打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6]。

2.2 改變預(yù)習(xí)方式

針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)“走過(guò)場(chǎng)”的現(xiàn)象，我們將原來(lái)的“照本預(yù)習(xí)”改為仿真預(yù)習(xí)和現(xiàn)場(chǎng)預(yù)習(xí)相結(jié)合的方式。首先采用已有的化工原理實(shí)驗(yàn)仿真軟件進(jìn)行模擬預(yù)習(xí)，讓學(xué)生較為直觀地了解實(shí)驗(yàn)操作的原理、實(shí)驗(yàn)要用到的儀器儀表，實(shí)驗(yàn)操作的步驟、實(shí)驗(yàn)要測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，甚至有的仿真軟件還包含了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理的步驟等。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還可以體會(huì)操作步驟出錯(cuò)可能帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)故障，以及如何處理故障的方法。應(yīng)用型本科院校強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)為理論與實(shí)踐搭建了一座橋梁，為學(xué)生提供實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，進(jìn)一步提高學(xué)生的操作能力。

利用化工原理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的條件，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，利用已有的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)習(xí)，學(xué)生可以親手感知這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、思考實(shí)驗(yàn)操作的步驟和方法、實(shí)驗(yàn)儀表的數(shù)據(jù)如何讀取等等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)有效的預(yù)習(xí)，再加上現(xiàn)場(chǎng)“助教”老師的答疑解惑，使得現(xiàn)場(chǎng)預(yù)習(xí)可以達(dá)到事半功倍的預(yù)習(xí)效果，同時(shí)也充分地調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性。

2.3 提問(wèn)式教學(xué)方法

每次實(shí)驗(yàn)課，老師都會(huì)針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，采用提問(wèn)式的教學(xué)方法，引導(dǎo)并幫助學(xué)生強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀表的認(rèn)識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及步驟的理解與掌握，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何正確進(jìn)行處理等。如傳熱實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣-蒸汽對(duì)流給熱系數(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，計(jì)算空氣質(zhì)量流量和雷諾數(shù)時(shí)都要利用空氣密度值，通過(guò)提問(wèn)的方式，引導(dǎo)學(xué)生思考這兩個(gè)密度分別表示的是什么位置的密度，應(yīng)該采用什么條件下的溫度計(jì)算密度值？通過(guò)這樣一個(gè)啟發(fā)式的提問(wèn)，學(xué)生理解了這兩個(gè)空氣密度應(yīng)分別用冷空氣進(jìn)口溫度下的密度和定性溫度下的密度，這樣學(xué)生在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.4 利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)處理量大，計(jì)算過(guò)程公式繁多復(fù)雜，繪制圖形涉及參數(shù)較多，單靠學(xué)生手工計(jì)算，需要花費(fèi)大量的時(shí)間，而且一旦某處出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果錯(cuò)誤。因此我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖形繪制的教學(xué)。例如Office自帶的Excel軟件，不僅有著強(qiáng)大的計(jì)算功能和可靠的數(shù)據(jù)分析能力，而且還具有高效的圖文處理效率。例如通過(guò)離心泵曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理，大多數(shù)學(xué)生都學(xué)會(huì)了運(yùn)用Excel進(jìn)行計(jì)算，以及雙縱坐標(biāo)圖的繪制，傳熱實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣-蒸汽對(duì)流給熱系數(shù)數(shù)據(jù)處理中，學(xué)會(huì)了運(yùn)用Origin軟件進(jìn)行線性擬合?？傊?，引入計(jì)算機(jī)軟件對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，既可以減少人為誤差的發(fā)生率，還能夠有效鍛煉學(xué)生實(shí)際運(yùn)用計(jì)算機(jī)的能力，提升學(xué)生的科學(xué)研究素養(yǎng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

化工原理實(shí)驗(yàn)是一門(mén)重要的理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐性課程，地方應(yīng)用型本科高校開(kāi)展化工原理實(shí)踐教學(xué)的改革與探索，最終目的是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，夯實(shí)對(duì)化工原理理論的理解和掌握，并且不斷從中積累經(jīng)驗(yàn)，掌握一定的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)操作技能，進(jìn)而具備分析和解決生產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)實(shí)際問(wèn)題的能力，成為一名合格的應(yīng)用型人才。