舒世立，趙紅麗，黃艷娥，王麗紅，柳鑫華

(唐山師范學(xué)院化學(xué)系，河北 唐山 063000)

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工原理課程的重要組成部分，與化工原理課程中基本理論相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)是對(duì)基本理論的驗(yàn)證，使學(xué)生熟悉各個(gè)單元操作設(shè)備的結(jié)構(gòu)和基本操作以及調(diào)節(jié)方法，提高學(xué)生對(duì)設(shè)備的基本感知能力和調(diào)節(jié)能力。

與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相比，化工原理實(shí)驗(yàn)更偏向于工程實(shí)踐，主要是為了使學(xué)生對(duì)設(shè)備有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)：(1)了解某些難計(jì)算數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法，使學(xué)生直觀了解在工程中，對(duì)于某些影響因素較多的參數(shù)，可以將其作為測(cè)定結(jié)果，采用實(shí)驗(yàn)的方法獲得。(2)分析設(shè)備結(jié)構(gòu)和特性。在理論教學(xué)中，因?yàn)閷W(xué)生缺乏對(duì)設(shè)備的直觀感性認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)理解較差，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)課加深學(xué)生對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和基本原理理解，掌握設(shè)備性能參數(shù)和操作過(guò)程。

1 現(xiàn)有化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，要求同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行預(yù)習(xí)，了解塔設(shè)備基本結(jié)構(gòu)，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后對(duì)照講義進(jìn)一步熟悉設(shè)備，教師講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，邊講解邊操作，在講解過(guò)程中結(jié)合提問(wèn)和同學(xué)們互動(dòng)，檢驗(yàn)預(yù)習(xí)情況。這種教學(xué)模式往往造成只有少數(shù)學(xué)生預(yù)習(xí)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生首次接觸大型設(shè)備，管路、閥門(mén)、儀表等較多，又因?yàn)樵O(shè)備多是不銹鋼材質(zhì)，學(xué)生預(yù)習(xí)不充分，不熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)，造成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)從下手也不敢下手的畏懼心理，不能理解每一步操作的目的，當(dāng)數(shù)據(jù)偏離正常范圍時(shí)不知道如何調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課堂效果極差。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的依據(jù)，是對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、計(jì)算和分析[1]。但是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告僅僅是按指導(dǎo)教師的要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義將所含的主要內(nèi)容學(xué)生機(jī)械式抄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，根本不思考，因此經(jīng)常有學(xué)生將實(shí)驗(yàn)報(bào)告弄混，比如精餾和吸收兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槎际撬O(shè)備，經(jīng)常有學(xué)生會(huì)將二者的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容和最后的數(shù)據(jù)處理弄混。這樣進(jìn)一步說(shuō)明學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告不夠重視，只是為了完成老師布置的任務(wù)，大多數(shù)學(xué)生根本不進(jìn)行透徹分析，更缺乏思考。因此經(jīng)常是一組幾個(gè)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告完全一樣，甚至是全班同學(xué)對(duì)于同一個(gè)思考題的回答都是一樣的，這就失去了實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在的意義。

2 化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

2.1 分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)

高等教育的核心是人才培養(yǎng)，人才培養(yǎng)要以學(xué)生的全面發(fā)展為目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果的不同，將實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)不同層次，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)室要求所有學(xué)生必須參加，氣體兩個(gè)層次學(xué)生自由選擇[2]。

實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次分別為：(1)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這一層次與原有實(shí)驗(yàn)過(guò)程一樣，主要包括學(xué)生根據(jù)講義進(jìn)行預(yù)習(xí)、教師講解、教師演示、學(xué)生實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理四個(gè)層級(jí)。這部分要求所有學(xué)生參與。(2)綜合性實(shí)驗(yàn)，這一層次主要針對(duì)學(xué)有余力、對(duì)參加化工實(shí)驗(yàn)大賽有興趣的和考研準(zhǔn)備考化工原理的學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，旨在加深和鞏固理論知識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)的綜合運(yùn)用能力。(3)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這一層次也主要針對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備自主選題，查閱文獻(xiàn)制定實(shí)驗(yàn)方案，確定實(shí)驗(yàn)步驟，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量、數(shù)據(jù)處理，指導(dǎo)教師只是負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室安全和解答問(wèn)題、最終確定學(xué)生方案的可行性。

以填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)這一簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，根據(jù)分層次實(shí)驗(yàn)，由原來(lái)僅僅測(cè)量吸收傳質(zhì)系數(shù)，擴(kuò)展到如下幾個(gè)方面(1)測(cè)定填料塔吸收過(guò)程的流體力學(xué)特性與壓降之間的關(guān)系；(2)吸收劑用量對(duì)吸收傳質(zhì)系數(shù)的影響；(3)吸收過(guò)程中根據(jù)不同的工況變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 充分利用線上資源，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

預(yù)習(xí)是做好實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過(guò)對(duì)理論知識(shí)的復(fù)習(xí)弄清楚實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，熟悉具體的實(shí)驗(yàn)步驟。這幾部分，學(xué)生感覺(jué)最難得就是實(shí)驗(yàn)設(shè)備，化工原理實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生第一次接觸大型實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置很陌生，無(wú)從下手。通過(guò)QQ群等將實(shí)驗(yàn)裝置的視頻資料給學(xué)生，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間安排隨時(shí)學(xué)習(xí)，反復(fù)觀看，提高對(duì)設(shè)備的熟悉程度；通過(guò)實(shí)驗(yàn)前的仿真實(shí)驗(yàn)，熟悉實(shí)驗(yàn)流程，體會(huì)誤操作給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的問(wèn)題。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高預(yù)習(xí)效果[3-4]。

2.3 細(xì)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程

化工原理實(shí)驗(yàn)裝置是化工廠單元操作裝置的縮小版，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)大部分也是工廠中需要工人不斷采樣分析的數(shù)據(jù)，因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程不僅需要理論知識(shí)，還需要考慮工業(yè)過(guò)程的可行性，特別是操作過(guò)程是否安全可靠，因此在實(shí)驗(yàn)講解過(guò)程中要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正確使用方法、操作步驟、實(shí)驗(yàn)中需要重點(diǎn)觀察的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)，以及注意事項(xiàng)，特別是安全注意事項(xiàng)。比如填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，雖然吸收實(shí)驗(yàn)相對(duì)其他化工原理實(shí)驗(yàn)操作步驟簡(jiǎn)單、需要測(cè)量數(shù)據(jù)少，但是由于塔設(shè)備比較高，而且我校的實(shí)驗(yàn)裝置是吸收解吸在一臺(tái)設(shè)備上，對(duì)于有些閥門(mén)學(xué)生如果沒(méi)有仔細(xì)預(yù)習(xí)，可能會(huì)誤開(kāi)或誤關(guān)，導(dǎo)致塔內(nèi)壓力急劇上升或下降，因此在講解過(guò)程中，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)解析，對(duì)于設(shè)備操作中的各個(gè)細(xì)節(jié)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，使學(xué)生對(duì)設(shè)備有足夠的了解。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)和老師的講解，達(dá)到學(xué)生能完全明白實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)操作，并且知道每一步操作對(duì)應(yīng)的目的。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，老師通過(guò)仔細(xì)觀察及時(shí)糾正學(xué)生不規(guī)范的操作，做出針對(duì)性的指導(dǎo)。

化工原理實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)工程問(wèn)題的驗(yàn)證，而工程問(wèn)題的影響因素眾多，過(guò)程復(fù)雜，一些細(xì)微的操作不同或者參數(shù)變化都可能對(duì)產(chǎn)品性能和生產(chǎn)過(guò)程造成重大影響，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作，針對(duì)個(gè)別學(xué)有余力的學(xué)生，可以當(dāng)堂提出一些問(wèn)題，訓(xùn)練學(xué)生的思考和解決問(wèn)題能力。在吸收實(shí)驗(yàn)中，氣體溫度不斷上升，這是因?yàn)殡S著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致氣體入口溫度不斷上升。通過(guò)讓學(xué)生解釋這一現(xiàn)象不僅可以用到理論知識(shí)，認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)際的差距，還可以使學(xué)生更直觀的了解工程問(wèn)題的影響因素眾多，認(rèn)識(shí)到從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化并不僅僅是設(shè)備的放大，需要綜合考慮傳質(zhì)、傳熱等等因素。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，吸收填料塔塔頂?shù)臏囟雀哂谒祝@一現(xiàn)象對(duì)吸收過(guò)程有何影響，如果消除，通過(guò)這些問(wèn)題可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和綜合、靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生利用excel、origin軟件處理測(cè)量數(shù)據(jù)，確定是否需要進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)異常數(shù)據(jù)的能量，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[5]。

2.4 重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提高數(shù)據(jù)處理能力

為了打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的弊端，不再?gòu)?qiáng)制學(xué)生按實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、思考題等這幾部分進(jìn)行撰寫(xiě)，為學(xué)生留有更多的思考空間。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中更注重誤差分析部分，盡可能減少抄襲現(xiàn)象；綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)沒(méi)有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)講義可用，學(xué)生既可以按照傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式來(lái)寫(xiě)，也可以寫(xiě)成小論文的形式，學(xué)生通過(guò)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以提高查閱文獻(xiàn)、撰寫(xiě)論文的基本能力。

與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相比，化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多，計(jì)算量大。學(xué)生面對(duì)繁雜的數(shù)據(jù)感到無(wú)從下手，針對(duì)不同層次的實(shí)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)處理提出不同的要求。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，由教師提前設(shè)計(jì)好原始數(shù)據(jù)記錄表；綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)記錄表由學(xué)生自己設(shè)計(jì)，教師負(fù)責(zé)檢查和指導(dǎo)。數(shù)據(jù)記錄表要寫(xiě)明各個(gè)數(shù)據(jù)的單位，有效數(shù)字。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生及時(shí)填寫(xiě)測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，教師認(rèn)真檢查記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生及時(shí)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，詳細(xì)描述數(shù)據(jù)處理過(guò)程。通過(guò)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，學(xué)生可以更進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)的目的和原理，提高綜合運(yùn)用知識(shí)和創(chuàng)新的能力。鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，比如采用圖示法，列表法等，使學(xué)生的數(shù)據(jù)處理過(guò)程更接近工程實(shí)際。

2.5 實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定

實(shí)驗(yàn)課程主要是培養(yǎng)學(xué)生的基本操作和獲取數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的能力，因此實(shí)驗(yàn)考核通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理兩部分組成。由于化工原理實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，不可能每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行考核，因此采用現(xiàn)場(chǎng)抽簽方式確定考核實(shí)驗(yàn)，考核過(guò)程中教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原理或?qū)嶒?yàn)操作進(jìn)行提問(wèn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和回答問(wèn)題三部分進(jìn)行全面考核。這一考核方式既可以避免學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中僅有少數(shù)人動(dòng)手操作的現(xiàn)象，又能考核學(xué)生的應(yīng)變能力和知識(shí)掌握程度及綜合運(yùn)用能力。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的分?jǐn)?shù)由平時(shí)實(shí)驗(yàn)課成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考核成績(jī)按比例組成。

3 結(jié) 語(yǔ)

填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)是工程實(shí)踐在實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，具有工程特色，通過(guò)改善預(yù)習(xí)過(guò)程、增加實(shí)驗(yàn)層次、提高數(shù)據(jù)處理要求、改變考核過(guò)程等，建立起化工原理教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合的整體實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提高實(shí)驗(yàn)課課堂的教學(xué)質(zhì)量，完成實(shí)驗(yàn)課的人才培養(yǎng)目標(biāo)，提升學(xué)有余力學(xué)生的綜合、設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生后續(xù)參加實(shí)驗(yàn)大賽和考研提供幫助。