基于应用型人才培养的化工原理实验教学模式改革研究

谭凤玉，周晓玉，李 松，王 平，李金辉，赵 丹，丁 薇，张泽敏，杨建发，王 盼，邓红江，万亚荔

(六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004)

化工原理实验是将化工原理理论知识转化为实践操作的桥梁，具有较强的工程应用性。化工原理实验课程重视工程基本概念和基本理论，主要研究各种典型单元操作过程中的基本原理及常用设备的构造，设备选型及工艺计算[1]。化工原理实验作为由理论深入实践的重要教学步骤，其教学开展在应用型人才培养过程中能使学生对化工原理课程所学的基础理论知识加深理解和巩固，能帮助学生树立工程观念、掌握单元设备实际操作技能和锻炼解决工程实际问题的能力。因此，基于我校向应用型高校转型发展和实验教学示范中心建设，结合我校该课程的教学现状，本文从教学方式转变、提升师资队伍建设、增强产学研合作、构建实验平台和增加设备技术、同步培养目标和实验教材、实验教学融入工程观点等六个方面进行教学模式的改革研究，以期不断满足应用型人才培养的需要。

1 实验教学模式现存的问题

1.1 对实验课程认识不足

实验开始前安排预习实验，主要是为了让学生自主学习理解实验目的、原理、步骤；分析实验数据采集和处理的方法；预测实验过程中可能出现的操作问题并思考解决问题的策略，提出实验改进办法[2]。在实际中，每个实验都有固定的操作指导书或者讲义，课前预习变成了抄写实验报告，对实验过程中可能出现的问题不会进行思考分析。甚至有些学生在照抄照搬实验预习报告后，来到实验室对实验原理等基本问题都不清楚，对实验装置设备更是一知半解。

实验结束后，以完成实验报告为己任，对实 验数据的处理流于形式。比如精馏实验，用传统的逐板计算法求取理论塔板数等，过程复杂，对课程失去兴趣，误认为化工原理实验课程就是简单地验证和演示实验。有些实验直接采用实验设备配套的程序或者计算软件将实验数据处理后誊写到实验报告，同组人数较多的学生甚至直接采用别人的数据。

1.2 教学内容和方法陈旧

教学内容陈旧：我校目前开设的化工原理实验项目主要有：雷诺实验、机械能转化实验、精馏实验、吸收实验、流体阻力测定实验、离心泵性能实验、过滤实验、传热实验、干燥实验等。教学方法老套：受传统的“重理论、轻实验；重知识，轻能力”的教育模式影响，一般都采取“以学为主”、“老师教，学生学”的填鸭式教学方法[3]。实验开始前，教师先讲解实验目的、原理、内容、步骤、操作注意事项等，进行示范性操作演练，然后学生开始按部就班的完成实验。实验过程中遇到问题不加思考和分析，直接按照老师的讲解“依葫芦画瓢”。这种教学模式导致学生缺乏主动思考的积极性，对学习化工原理实验的意义认识不足。再者现有实验设备有限，多个学生一组共同完成实验，彼此存在很强的依赖性，无法做到让学生自主完成实验。此外，随着我校“卓越人才培养”、“卓越工程师培养计划”、“应用型创新性人才培养”等教育观念的革新，并没有及时更新实验教学内容和方法与之相匹配，很难培养学生的创新能力和解决工程问题的综合能力。

1.3 实验设备和技术落后

我校目前所用的化工原理实验设备是2009年采购的，前期无专人管理和维修，部分设备损坏和出现故障，严重影响实验教学过程和效果。比如离心泵性能曲线测定实验过程中，转数表变得不灵敏，导致实验数据不准确，在反复调节和等待实验过程中，耗时长，学生对现代仪器的控制能力得不到锻炼。

随着科技的发展，现代工业技术对应用型人才的培养提出了更高的要求，大部分都采用先进的电脑控制系统和智能化的计算机仿真系统进行实验教学，而摒弃了传统的 “教师教，学生学”的教学模式，真正培养学生工程技术应用能力。

1.4 教学实践衔接不合理

我校将化工原理理论教学和实验教学单独设置课程，一般是在理论课程教学完成之后再进行实验教学和到工厂生产实习，这种方式使得教学实践脱节严重，衔接不合理。当进入生产车间，对很多设备无从下手，甚至连最基本的工作原理都遗忘了。加之现有实验设备有限，学生人数又多，化工原理课程上下两册的实验教学任务要集中在一个学期内完成，一方面由于所学知识遗忘，另一方面下册知识学习进度跟不上，因此很多学生在没有足够的理论基础上就完成了实验，并未真正了解实验，未起到培养创新能力和工程应用能力的作用，导致实验效果不佳。

2 实验教学模式的改革研究

2.1 多层次、启发式、系统化教学

为了顺应学校转型发展要求，培育高素质的应用型人才，培养学生自主学习和分析解决问题的工程能力，采用多层次、启发式、系统化的教学方法。

2.1.1 多层次教学

将化工原理实验内容由笼统的验证性和演示性实验分为专业基础型实验、化工仿真模拟实验、综合应用型实验、设计型实验四个层次。同时，根据现有专业培养目标，分专业设置实验内容。

专业基础型实验：结合化工原理理论课教学，以验证性和演示性实验为主(如流体流动形态与雷诺数测定实验)。基础实验是学生必修实验，其教学目标是使学生掌握典型的单元设备和巩固理论知识，完成基础的实验操作，训练实验数据处理和实践操作的技能。

化工仿真模拟实验：化工仿真系统是以一定的物质体系和工艺过程为基础，在计算机上建立虚拟的操作环境，运用动态的数学模型代替真实的化工生产装置进行模拟[4]。我校于2016年建立了虚拟仿真实验中心，为化工原理实验教学提供操作平台(如塔的精馏实验)。仿真实验的教学目标是使学生对化工原理实验的基本单元操作和设备性能有更为形象直观的了解。根据化工原理理论课程教学内容针对性的安排实验教学进度计划，分专业设置实验内容，将化工仿真系统模拟实验单独设课。

综合应用型实验：综合应用型实验以化工原理“三传”内容为主，以单个单元操作设备或者多个单元设备组合完成一定的工艺任务，其教学目标是培养和提高学生的工程意识、分析和解决实际问题的能力(如传热系数测定实验、过滤-干燥综合分离实验)。学生在掌握专业基础性实验的操作技能基础上，通过综合应用型实验来增强学生工程意识，达到培养应用型人才的办学目的。

设计型实验：设计型实验要求学生根据实验要求，结合现有实验装置条件，自行设计可行的实验方案，在老师指导下完成。其教学目的是培养和考查学生解决实际问题的能力 ,独立设计和完成工程实验。比如：提纯分离乙酸乙酯。学生先合成粗乙酸乙酯，通过仿真模拟实验，了解如何控制精馏塔得到要求的纯度，再进入实验室用实验装置来进行提纯，将整个实验过程连贯起来，对化工生产过程有更深的认识。根据化工原理理论课程教学内容、分专业设置针对性安排实验设计内容，将化工原理课程实验设计单独设课。

2.1.2 启发式教学

启发式教学模式是教师根据教学目标学生的多方面实际情况出发，采用多种教学手段来调动学生学习的积极性，发挥学生在学习过程中的主体作用并通过积极的思维，主动地获取知识和培养能力[5]。改变原有实验教学方式，采用启发式教学形式。在学生独立预习的基础上，通过联系生活实际，提出问题引导学生思考。启发式课堂教学可以引导学生由被动听课变成主动思考，提高学习积极性。比如：以生活中喝碳酸饮料为例将吸收实验引入课堂。

2.1.3 系统化教学

从“理论-实验-实践”向“教室-实验室-工厂”三位一体的模式转变，实现理论与实践的对接[6]。我校将化工原理理论教学和实验教学单独设置课程，同步进行。在开设化工原理上下册理论课教学的同时分册分章节内容开设实验课教学，同步理论和实验教学内容。理论和实验教学结束后集中进入工厂生产企业实习实践锻炼。同时，改变传统的考查方式，变成以“考评结合”的考核方式。系统化教学使得教学实践同步进行，积极培养学生的创新能力和工程技术能力。

2.2 改变师资队伍结构水平

在教学活动中，化工原理实验课程要由“教”向“学”转变，提升学生的综合能力和实践操作能力，结合教师队伍建设，改变实验课教师的配备。优先考虑理论课和实验课由同一教师完成教学任务；安排教师到工厂学习生产经验或者外聘有资历的工程师；增加“双师型”教师建设数量；整体提高教师队伍职称水平。

2.3 增强“产-学-研”合作

结合六盘水地区煤炭、矿产的资源和区位优势，积极推进“产-学-研”合作。一是教师深入工厂生产企业学习，不断拓展自身的专业知识水平。二是学生通过学习，不断提高自身的工程认知水平。此外，我校积极推进与企业合作，共建产学研合作基地，让教师参与企业研究，将工厂和实验室有机结合为一体，教师的科研水平和学术能力得到提升，学生的学习和实践能力得到锻炼。

2.4 构建平台，增强设备技术

我校分别成立了煤炭高效清洁利用实验平台，煤系固体废弃物资源化利用特色重点实验室，虚拟仿真实验中心，各个平台新增了大量设备和仿真系统软件。比如：转盘萃取塔实验装置、节流式流量计校核装置、变压吸附实验装置；化工原理单元设备模型和单元操作仿真系统、工厂3D仿真软件、大型仪器分析仿真系统等，为开设不同专业的化工原理实验提供设备和技术支撑。从2015年起，我校实行专业实验室专人专管，增强设备维护以提高仪器利用率。结合实验过程中出现的问题进行分析，不断对实验装置进行改进。

2.5 同步培养目标与实验教材

根据我校现有专业设置和人才培养目标，针对性的采取合理的教学方法、安排实验课程内容、选择合适的教材。各有侧重点的为每个专业培养应用型人才。在化工产业迅猛发展的市场需求下，并不需要高学历、高精端型人才，而是需要专业技术能力强的应用型人才，是走出校门即可上岗胜任的“工程师”，这一点正符合我校向应用型本科院校转型的发展要求。

2.6 实验教学融入工程观点

工厂实际生产过程中，是以不同的化工单元为基础，将各个单元连接起来、工程技术人员团结协作才能完成。在实验教学过程中，结合设计型实验等改变学生过去对工程生产是一个单元设备独立完成的错误认识，要求学生通过各个实验项目建立化工整体生产过程的概念，培养团队合作意识、工程整体意识和全局观念。以精馏实验为例：塔底再沸器的加热和塔顶的冷凝交换是物料的传热和传动过程；塔盘上气液接触是流体的传质过程。整个实验过程需要通过调节冷凝水、加热器和回流比来控制，并不是靠单一的实验操作来实现物质的精馏。

3 教学模式改革效果展望

化工原理实验是化学化工类专业的是实践教学的重要环节，是联系理论与实践的纽带。围绕我校对应用型人才的培养要求和专业设置特点，针对我校该课程的教学现状，针对性的进行教学模式转变，初步取得了一定成效。作为实践类核心课程，其教改还需不断深入，我校将继续充分发挥资源和区位优势，加强企业实践锻炼、引入“化工实验大赛”等赛事，真正培养能从事工厂生产、工艺改进、工程设计和技术改造等的应用型人才。