多元化教学模式在化工原理实验中的应用

刘焕荣

(中国石油大学(华东)胜利学院，山东 东营 257061)



多元化教学模式在化工原理实验中的应用

刘焕荣

(中国石油大学(华东)胜利学院，山东 东营 257061)

为了提高化工原理实验教学效果，培养学生的实践动手能力和创新能力，结合多年的教学实践，针对我校传统化工原理实验教学模式存在的诸多问题，从实验预习形式、实验教学内容、数据处理和考核机制四个方面对实验教学进行改革和创新，提出了多元化教学模式，并详细阐述了多元化教学的内涵。通过改革，教学效果有了明显改善，学生参与实验的积极性得到了很大程度的提高，动手能力也得到了培养。

多元化；化工原理实验；教学模式

《化工原理实验》是高等院校化工及相关专业配合化工原理理论教学设置的本科生专业实验课程，是理论与实践相结合的重要桥梁。《化工原理实验》课程的目的是通过实验教学的方式培养学生的动手能力，提高学生运用理论知识分析解决化工单元操作中各种实际问题的能力。为此，本校逐渐形成了一种以学生为中心，以满足独立学院创新应用型人才培养为目标的“多元化”化工原理实验教学模式，并初步取得了成效[1-2]。

1 化工原理实验多元化教学模式的必要性

化工原理实验的教学目的是培养学生对化工原理理论知识的综合应用能力和解决实际问题的能力。但是随着现如今学生规模的扩大，化工人才需求的提高，传统的实验教学模式出现了许多问题：

(1)学生缺乏学习热情，学习效果差，其主要归结于单一传统的实验教学模式。在这种教学模式下，学生仅仅通过实验去验证一个事实，或者进行一个已经知道结果的操作，从而忽视了实验课程的初衷：培养观察、思考和解决问题的能力。这与独立学院培养应用型人才的目标出现偏差。

(2)实验预习作业不够重视，使得化工原理实验教学质量较差。原因很多，首先，学生缺少合适的实验教材，实验仪器设备结构相对复杂，操作繁琐；其次，学生在预习实验时往往只是简单的抄写实验目的，实验原理，实验步骤等，在预习过程中没有提出疑问和自己在实验过程中需要解决的问题。这表面的预习工作不能达到应有的预习效果。

(3)随着高校招生规模的不断扩大，学校的实验设备和资源有限，因此化工原理实验常以小组形式进行，一般5～7人。虽然团队合作有利于促进学生交流，产生新的想法和见解，但是实验过程中部分学生选择旁观而不操作或者讨论,最终导致部分学生的动手能力得不到锻炼。

(4)与其他专业实验相比，化工原理实验数据处理繁琐。前期实验预习效果不理想，部分学生对实验数据处理方法和实验原理模棱两可，实验报告相互抄袭现象严重，无法根据提交的实验报告对学生进行客观的评价。

(5)考核制度的不合理。传统的考核制度是理论考试和实验报告分别占50%。而实验报告抄袭现象严重，有的学生为求得符合理论的曲线，人为的更改数据，同时由于学生人数较多，教师不可能对每一位学生在实验中的表现都有较客观的记录，因此，传统的考核制度不仅很难对每个学生的综合能力做出评估，而且还会挫伤学生对化工原理实验的兴趣。

由此可见，化工原理实验在教学过程中还存在许多问题。为此，我们从培养学生学习的主动性，提高学生学习兴趣，增强学生动手能力和培养学生的创新能力入手，结合我校在化工原理实验教学中的实际问题，在实验预习、实验内容、数据处理、考核机制等多方面进行调整和完善，逐步形成了目前我校现在运行的“多元化”教学模式，并达到了预期的效果[3]。

2 化工原理实验多元化教学模式的内涵

2.1 实验预习形式的多元化

实验预习工作尤其重要，作为链接理论和实践的纽带，不仅仅可以了解实验内容，更加重要的是发现问题，带着问题进行实验，观察现象和解决问题。但是化工原理实验装置大多属于小试、中试规模，管阀件、仪表、泵单元较多，学生很少有机会接触实践活动，如果完全依靠照搬照抄实验内容这种传统的实验预习形式，学生就会对实验原理，实验方案，如何测量数据完全不知。因此，为了杜绝以上现象的发生，我们在预习实验讲义的基础上，试图打破传统的预习模式，采用多元化的预习形式，以期达到好的效果。多元化预习形式主要包括：现场预习、多媒体教学预习和仿真实验预习。

首先，采用现场预习增加学生的认知能力和感官能力。在不影响实验室的正常教学的基础上，向学生开放化工原理实验室，加强实验课前预习。现场预习过程中，不允许任何学生接触实验设备。

其次，采用化工原理实验预习软件和多媒体，增强实验的直观性。理论课上教师借助多媒体这种先进的教学手段，不仅能够较生动和直观的呈现实验效果，而且在讲述这方面知识的同时，播放动画，或演示预习软件，还能增强学生学习的兴趣。例如，在精馏实验中，预习讲解时，利用幻灯片让学生清晰的看到精馏塔的装置图，并讲解每一块塔板的构造。在理论课上，用事先准备好的Flash动画演示塔体内的汽液传质传热，并且还可以看到流体的流动。

再次，在学生现场预习实验后，先开设仿真实验。仿真实验软件可以帮助学生进一步熟悉实验原理、实验流程以及实验设备的使用方法，预测实验过程中多个实验参数之间的关系以及变化趋势，例如干燥实验中，增大空气流速，观察干燥速率曲线的变化。要求学生仿真实验成绩达到90分以上才可以进实验室动手实验，防止了学生实验过程中的误操作[4]。

这几种预习方式向学生提供获取知识的多元化的途径，保证学生必要的预习手段，培养学生独立学习和创新能力。经过预习后，做实验过程中，教师不再进行详细讲解，只需说明实验注意事项，对学生进行简单的引导。例如离心泵实验中，绝大多数同学做实验时都会忘记“灌泵”，泵开始工作后，水根本没有流出，老师就可以提问“产生这种现象的原因是什么”，实验过程中还可以让学生考虑“气缚”和“汽蚀”的区别，让学生由被动变主动，消除对老师的依赖心理，达到培养综合素质的目的。

2.2 教学内容的多元化

化工原理实验的教学目的与其它实验不同，化工原理实验注重培养学生处理工程实际问题的能力。因此我们结合独立院校的办学宗旨，在传统验证性实验的基础上，依据不同专业、不同层次的学生适当的增设设计性实验和综合性实验，让每个学生在实验中都能得到锻炼，达到培养应用型人才的目的。基础性实验注重学生对理论知识的掌握，设计性实验注重提高学生的创新能力，而综合性实验则是培养学生解决实际问题的能力。如在干燥实验中，依托现有的实验设备，学生可以考察风速、物料含水量、加热电压对干燥速率的影响，从而锻炼学生分析问题和解决问题的能力[5]。

另外，我们还尝试开设了不同设备装置间的联合实验，即将几种不同的实验设备组合在一起，共同完成某个混合物体系的分离提纯。就我们学校现有设备而言，比较可行的是过滤-干燥联合实验和萃取-精馏实验。不足之处是学生对此类实验的的积极性不高，分析原因，可能是这类实验不仅要求学生能够熟练地操作单套设备，还要了解不同设备间的联系。因此，为了提高学生对综合实验和设计实验的积极性，提高学生的设计和创新能力，学院每年举办两次化工技能大赛，主要包括笔试和实验操作环节，同时也为参加省级和国家级化工过程实验技能竞赛选拔人才。

2.3 数据处理的多元化

化工原理实验注重培养学生工程观念和综合应用能力，通过数据的汇总和分析，得到相应的结论以及解决问题的方法。因此实验内容多为实际工程问题，而且需要测定大量的实验数据，对其计算分析和整理。传统的作图方法是利用铅笔、直尺、曲线板等对实验数据进行分析计算后在坐标纸上进行描点作图。这种作图方法费时、费力、人为误差大。目前借助计算机软件进行数据处理已经成为一种趋势。计算机软件进行数据处理不仅可以减少误差，提高效率，还可以锻炼学生的计算机应用能力，培养学生的综合能力。

除Microsoft Office Excel软件，Origin软件也是广泛应用于科研领域的数据分析和绘图软件，具有强大的分析、拟合和统计数据的功能。化工原理实验中有时就需要拟合某些数据，求出需要的参数。以强制对流下空气传热膜系数的测定的传热试验为例，就是通过实验测定蒸汽、空气的有关参数后，用双对数做出雷诺数Re-努塞尔特数Nu图，得到传热参数C和指数m。缺点是学生对此软件了解甚少，需要自学[7]。

2.4 考核方式的多元化

为了更加准确的反映学生的综合素质，采取多元化的考核方式，其中总成绩=平时成绩×20%+实验报告×20%+笔试成绩×30%+期末操作技能考核×30%。平时成绩由预习报告、实验操作和现场提问三部分组成，其中现场提问主要考察学生对实验现象的解释。实验报告成绩的评定不仅注重学生实验数据处理和思考题回答是否正确，还要注重对不合理实验数据的解释分析。笔试环节主要考察学生对实验理论的掌握情况以及实验现象的解释，实验老师根据实验目的出一套试题，让学生做答，并给出打分考核。期末操作技能考核环节是让每个学生随机抽取本学期开设的任一实验项目来进行操作考试，在此过程，学生按照教师要求完成相应操作，并回答实验老师提出的有关实验原理、操作方法等提问，老师根据操作情况和问题回答情况给定技能考核成绩[8]。

3 结 语

在应用型人才培养的目标下实施多元化教学模式，不仅充分调动了学生学习实验的积极性，而且建立了全方位的实验考核体系，实验预习情况、实验教学效果、实验报告也都有了明显改善，学生的动手能力得到锻炼，综合素质得到培养，整体教学效果明显优于以前。今年，各用人单位普遍反映我们的学生动手能力强，希望以后向他们多多输送人才。但同时实验室的开放、考核制度的多元化也大大增加了实验课老师的工作量，这也需要学校在以后的教学安排中能够考虑周全。

[1] 胡秀英,郑纯智.开放式化工原理实验教学模式研究[J].实验科学与技术,2011,9(1):111-113.

[2] 李雷,宋利.化工原理实验开放式教学模式的探索与改进[J].广州化工,2012,40(11):209-211.

[3] 宫显云,姜艳丽.应用型高校化工原理实验教学改革思考与探索[J].广州化工,2015,43(2):163-167.

[4] 丁海燕.化工原理实验教学的改革与实践[J].广州化工,2012,40(15):233-241.

[5] 马少玲,董洁,彭璟,等.独立学院化工原理实验教学改革探讨[J].化工高等教育,2014(6):60-63.

[6] 潘莉莎,张德拉,孙中亮,等. Microsoft Excel 在化工原理恒压过滤实验教学中的应用[J].化工高等教育,2008(2):87-90.

[7] 王宇,胡赟,曹仲义,等. Origin软件在化工原理实验数据拟合中的应用[J].实验技术与管理,2010,27(1):86-93.

[8] 李书鹏,王欣,李金龙.提高学生化工原理实验兴趣的措施[J].化工时刊,2014,28(5):53-54.

Application of Multi-teaching Model in Chemical Engineering Principle Experiment

LIUHuan-rong

(Shengli College, China University of Petroleum, Shandong Dongying 257061, China)

According to many years’ teaching experiences and existed problems of the tradition teaching for chemical principles experiment, in order to improve teaching effectiveness of chemical engineering principle experiment and train students’ practical and innovative ability, the reform and innovation were conducted mainly concerning preparation form before the experiment, experiment teaching contents, data processing, evolution method, multivariate pattern of teaching was proposed and discussed in detail. The teaching effects were enhanced, students’ initiatives in experiment were improved obviously, ability to work was trained.

multivariate; chemical engineering principle experiment; pattern of teaching

G424 1

B

1001-9677(2016)024-0169-03

刘焕荣(1985-)，女，讲师，现就职于中国石油大学胜利学院化学工程学院。