基于“两性一度”的化工原理实验课程“金课”建设的探索与实践

秦莉晓 谭芸妃 董立春 刘作华

(重庆大学 化学化工学院，重庆 401331)

2018年8月，教育部《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》(教高函〔2018〕8号)中要求：“各高校要严格梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”、打造“金课”，合理提升教学挑战度、增加课程难度、切实提高课程教学质量。”“金课”具有“两性一度”的特点，即：高阶性、创新性、挑战度。高阶性是指知识、能力、素质的有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维，教学过程中不仅是传授知识，也是能力和思维培养的过程；创新性指的是课堂内容有前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；挑战度是指增加课程难度、拓展课程深度，对教师备课和学生课下有较高要求[1]。

1 化工原理实验课程教学现状

化工原理实验是化工类及其他相关专业的一门基础技术课程，是化工原理课程的一个重要实践教学环节，该课程具有工程性、实践性强等特点。通过本课程的学习，帮助学生进一步巩固和加深对化工原理课程基本理论知识的理解，培养学生观察问题、分析问题和解决工程实践问题的能力，提高学生从事科学研究的水平和创新能力[2-4]。

化工原理实验教学过程中普遍存在以下几方面问题：

(1) 实验项目以验证性实验为主，类型单一。验证性实验虽然对学生掌握课堂理论知识具有一定的强化作用，但无法充分调动学生的求知欲和创新性思维，在培养学生的工程观念和素质、化工过程工艺及设备设计的能力等方面存在一定的不足。

(2) 学生课前预习效果不佳。大部分学生只是毫无目的的对照实验指导书抄写实验目的、实验原理及实验步骤，很少深入思考实验中需要采集哪些数据、观察什么现象、遇到问题如何处理或为什么采用相应的方式解决。因此，教师在实验课堂上提问时，学生互动效果差，实验过程中遇到问题立刻求助指导教师，不会自己想办法解决。这主要有两方面的原因：一是学生预习过程中的学习资料不足。化工原理实验装置与基础化学实验常用的小型玻璃器皿不同，与实际化工设备接近，更复杂、抽象，在没有看到实际实验装置的情况下，学生只能对照课本上的实验装置示意图来想象大致操作步骤，理解起来有一定难度。二是学生对实验过程中所运用的理论知识理解不够透彻，不能很好的做到理论结合实际。

(3) 课堂教学以传统的“保姆式”、“灌注式”为主，这种不以学生为主体的教学方式阻碍了学生独立分析问题、解决问题能力的锻炼，不利于对学生“科学创新”精神的培养。同时，单一的授课方式也严重影响了课堂教学效果的有效性。

(4) 实验成绩通常根据实验报告评定，考核方式单一，无法避免实验报告的抄袭现象。这种评定方式很难做到客观、公正，在一定程度上制约了学生上课的积极性。

2 化工原理实验课程“金课”建设策略

根据“金课”“两性一度”的标准，结合我校化工原理实验课程教学现状，从课程教学内容、教学方式与手段和实验考核与成绩评定体系等方面，对化工原理实验课程的“金课”建设进行探索与实践。具体建设内容如下。

2.1 体现高阶性，合理整合实验教学内容

在教学内容的设计上，以经典实验项目为基础，与时俱进，突破传统教学内容的限制。丰富设计性、综合性实验项目。一方面，在保留“流体流动阻力测定实验”、“传热实验”、“离心泵特性曲线测定实验”等传统验证性实验的基础上，将部分实验项目由单一的验证性实验改进为具有一定设计性的实验。如，传统的“恒压过滤常数的测定实验”实验过程中，学生只是测定出恒压过滤常数，至于“温度如何影响？”、“饼层厚度如何影响？”，学生都没有深刻的印象，操作性和设计性不强，没有完全满足学生的好奇心和动手能力。可让学生自行设计实验，考察物料温度对过滤速率的影响，研究温度对过滤常数的影响，对不同温度的实验结果加以比较分析，解释原因，得出结论。另一方面，将化工行业的新知识、教师的科研融入到实验教学中，开发综合研究性实验项目。如开设“柠檬片厚度对其干燥特性及品质的影响”实验项目，学生通过实验，可体会到干燥过程与干燥结果，对干燥相关的知识点有很深入的理解。同时，打破传统单元操作的固定框架，增设新的单元操作。如引入膜分离技术这一新型单元操作，以电厂污水处理为背景，在六级膜分离过滤系统上进行实验设计，探讨适宜分离膜的选择、操作参数与操作模式，完成污水的纯化处理。

通过整合实验内容，合理地、有梯度地设置基础性实验、综合设计性实验、研究性实验等不同层次的实验项目，体现教学内容的高阶性。培养学生运用所学基本理论自主设计实验，以提高学生分析问题、解决实际工程问题的能力，并且注重学生创新思维的开拓和创新能力的培养。

2.2 突出创新性，探索多元化的教学方法、教学手段

采用“线上”和“线下”、“虚”和“实”相结合的思路，分两个阶段实施实验教学，第一阶段：线上实验教学资源+虚拟仿真实验，第二阶段：布置实验任务书+以学生为主体的实验操作模式。

2.2.1 利用线上教学资源和虚拟仿真实验软件，引导学生自主学习，强化预习效果

2.2.1.1 建设与实施“线上”数字化实验教学资源

为满足互联网+时代的教师讲授和学生学习需求，团队教师建设了“线上”数字化教学资源，并依托SPOC线上教学平台，开展线上教学。

根据实验内容的难易程度，将教学微视频资源分为“现象演示”和“基本操作”两大类型。“现象演示”类视频针对演示性实验项目，将重要概念、抽象知识点通过微视频进行直观阐述，如在板式塔流体力学演示实验操作前，让学生观看漏液、液泛、雾沫夹带等现象。“基本操作”类视频针对验证性和综合设计性实验项目。此类实验教学视频分为三部分：(1)实验目的与实验原理的讲解；(2)实验装置的结构与流程介绍；(3)实验操作过程中的重点、难点及注意事项的讲解。

实验课开始前，学生按照教师要求在规定时间内在线上教学平台对相应的实验内容进行针对性学习。同时，学生相互之间、学生与教师之间也可以根据预习过程中的疑问在平台上进行互动交流。这样不仅可以提高学生的学习兴趣，而且也可以加深学生对相关知识点的理解，熟悉实验装置，帮助学生在现场实验操作过程中抓住重点内容，进行正确实验操作。

2.2.1.2 引入化工原理虚拟仿真实验系统

将化工原理实验虚拟仿真系统引入实验教学过程中。化工原理虚拟仿真由于形象逼真生动、简单易懂，便于学生在较短时间内了解实验单元的操作方法和操作技巧[5]。在进入实验室进行实验操作前，要求学生模拟实验操作全过程，包括实验目的、实验原理、仿真操作、实验数据采集和处理，并对学生的操作质量进行分析和评价。学生可以利用电脑、手机APP随时随地进行模拟练习，达到良好的预习效果。

2.2.2 发布实验任务书，实施以学生为主体的实验操作模式

2.2.2.1 发布实验任务书

通过线上教学资源的学习和仿真实验软件的训练，学生对实验原理、实验目的有了更深的认识和理解，对实验装置的操作过程也有一定的掌握。在此基础上，指导教师针对每个实验的教学要求，精心布置实验任务书，要求学生自由组队，2～3人/组，选择实验任务书，在动手操作实验前拟定满足实验任务的可行方案。教师在该阶段及时搜集并解决学生的各种问题，并协助各小组完善实验方案。学生需要将拟定好的最终实验方案提交至网上，教师提前批阅各小组的实验方案，重点考察实验方案现有实验装置的条件下是否具有可行性，对于实验方案可行的小组准许进入实验操作阶段，否则需要对实验方案进行修改至可行为止，实验方案也作为实验考核的一部分。

2.2.2.2 实施以学生为主导的实验操作模式

在实验课堂环节，各小组先提出预习过程中遇到的问题与难点，教师组织大家进行讨论，并补充答疑。之后，学生根据拟定的实验方案自主进行实验操作，教师主要进行安全性监控及提供技术指导。通过这种方式，提高学生的主观能动性，激发学习积极性，提高学习效率，充分发挥他们的个性特长，促进个性化学习，提高工程实践能力。

2.3 增加挑战度，创新成绩评定体系与方法

2.3.1 实验论文

打破传统的实验报告通常只包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果及讨论分析等内容的模式，我们要求学生在实验结束后，按照科研论文的格式从实验背景、实验原理、实验方案设计思路、如何处理实验中遇到的问题、实验方案能否进一步优化、实验数据处理及分析等几个方面完成实验论文。

2.3.2 考核方式

改变以往过于注重实验报告完整性和实验结果准确性而忽视实验操作过程的评定方式，建立实验仿真操作、实验方案设计、实验过程、实验论文等综合评价体系，侧重对学生在设计实验的创新思维能力、运用理论知识解决实际问题的能力，以及正确处理实验数据能力的考核。

3 结语

基于“金课”“两性一度”的建设标准，教学团队整合实验教学内容，设置了不同层次的实验项目；采用“线上”和“线下”、“虚”和“实”相结合的思路，分阶段实施实验教学；构建了更具客观性、建设性、科学性的综合性评价体系。通过“金课”建设，同学们自主学习的积极性、分析与解决实际工程问题的能力和创新能力有了显著的提高。在“第十三届全国大学生化工设计竞赛全国总决赛”和“第三届全国大学化工实验大赛全国总决赛”中，我校教师所指导的学生团队分别获得特等奖和二等奖的好成绩。