应用型本科院校化工原理实验教学改革与实践*

2020-03-07董雪茹赵龙涛吕和坤陈振宇梁鑫雨

广州化工 2020年23期

董雪茹，赵龙涛，吕和坤，陈振宇，梁鑫雨

(河南工程学院材料与化学工程学院，河南郑州 450052)

化工原理实验是化工原理课程的重要组成部分，是我校化学工程与工艺、高分子材料与工程、轻化工程等专业的一门与工程技术密切相关的实践性基础实验课[1-2]。是帮助学生深化化工原理理论知识、获取感性认识、培养实践能力的重要环节，对培养工科学生工程实验的设计、组织实施、实验操作、团队协作、数据处理等工程实践能力起着非常重要的作用[3-4]。

对于应用型本科院校来说，传统的课堂教学并不能有效地提升学生的实践应用能力，因此如果一味地使用传统的方式进行教学，必然会影响应用型本科院校的人才培养效果。为适应我校应用型人才培养目标和培养要求，本文分析了目前化工原理实验课程的教学现状及存在问题，对化工原理实验课程改革进行了以下几方面的探索与实践。

1 化工原理实验课程的教学现状

1.1 实验设备欠缺不足

化工原理的一个实验基本，比如精馏实验、吸收实验、传热实验等都相当于一个简单的单元操作，与实际化工生产过程类似，所以设备的购置及维护等费用等都较高。由于实验设备自身的特殊性，我校化工原理的每个实验基本上都是两套装置，因此每组实验的学生人数一般为5～6人，学生做实验的积极性、主动性以及自主动手的实践能力都受到很大影响，最终导致实验课程的效果不佳。

1.2 实验预习不充分

实验预习是实验课程必不可少的一个重要环节，但是在实际实验教学中，我们发现大部分学生的实验预习基本上是“走过场”的现象，实验预习基本上都是把相关的实验原理、实验目的、实验装置、实验步骤等照本抄写一遍，写一份实验报告就认为自己完成了实验预习。但在进入实验室后，往往出现的都是教师一问三不知的情况。学生预习的态度和方法有问题，导致预习达不到该有的效果，学生不仅对实验理论一知半解，对实验装置和实验流程的认知更是一塌糊涂，甚至一些学生不清楚自己此次实验要测量那些实验数据，更别论思考实验数据该如何进行处理的问题。

1.3 实验设备缺乏认识

化工原理实验装置和实验过程不同于以往的基础化学实验。化工原理实验操作过程复杂，实验装置部件较多、流程复杂，一个又一个的管路、阀门、仪表、电机及风机等，使学生看着茫然不知所措，加之学生预习不充分，对这些“庞然大物”不了解其内部结构，不熟悉工作原理，进而产生了畏惧心理，不敢动手操作，生怕引起安全事故。即使老师讲解与示范一遍，由于实验装置和流程的复杂性，学生往往不能真正地理解实验装置如何操作的问题，导致整个实验课堂效果无法达到预期的效果。

1.4 实验过程缺乏工程意识

化工原理实验具有实践性、工程性强的特点，在进行实验操作之前，学生应首先仔细观察实验装置，理清工艺流程，特别是管路中阀门的开关状态，这样才能确保实验操作时不出现失误。比如离心泵特性曲线测定实验，大多数同学在学习了理论知识后，都清楚实验前要先灌泵，但是实际操作时，很少有同学思考，在进行灌泵操作时，离心泵出口阀门是应该打开还是应该关闭？灌满离心泵后进行离心泵启动时，学生也不注意观察出口阀门是否关闭，以及为什么要关闭的问题？化工原理的每个实验项目实际上都相当于化工生产中的一个小型单元操作，只有站在工程观点的高度上才能深刻理解实验原理、实验内容及实验操作步骤，从而提高自己的动手能力以及解决工程实际问题的能力。

2 化工原理实验教学的改革与探索

2.1 设立开放实验室

高校设立开放实验室是应用型地方本科院校提高学生实践能力、培养创新型人才的必要措施[5]。我们通过设立化工原理开放实验室，将一些勤于思考，善于动手的同学吸引到开放实验室，并将这些学生合理的分为几个小组，每组设立1名组长，在组长的带领下分工合作，让不同学习小组围绕实验题目内容展开验证或设计实验，引导学生将课堂所学理论知识和实验操作技能通过实践很好地应用在实验过程中。开放实验室的设立，一方面可以为参加全国化工实验大赛选拔优秀学生，另一方面也可以克服化工原理实验设备不足的缺陷。这些学生提前进入实验，使学生有更充沛的时间，能够根据自己计划自主设计和安排实验，提高他们的实践能力和创新能力。同时，这些学生还可以在班里化工原理实验中担当“助教”的角色，协助老师指导班上学生更好的完成实验。总而言之，开放实验室“以学生为中心”，不仅能全面培养学生的动手能力、观察能力、分析问题和解决问题的能力，而且能培养学生的工程观念、创新能力和团队协作精神，为培养合格的化工人才打下了坚实的基础[6]。

2.2 改变预习方式

针对学生实验预习“走过场”的现象，我们将原来的“照本预习”改为仿真预习和现场预习相结合的方式。首先采用已有的化工原理实验仿真软件进行模拟预习，让学生较为直观地了解实验操作的原理、实验要用到的仪器仪表，实验操作的步骤、实验要测定的实验数据，甚至有的仿真软件还包含了实验数据如何处理的步骤等。通过仿真实验，学生还可以体会操作步骤出错可能带来的实验故障，以及如何处理故障的方法。应用型本科院校强化实践教学环节，强调对学生实践动手能力的培养，实验仿真教学为理论与实践搭建了一座桥梁，为学生提供实训平台，进一步提高学生的操作能力。

利用化工原理开放实验室的条件，让学生走进实验室，利用已有的实验装置进入实验室进行现场预习，学生可以亲手感知这些实验设备的结构、思考实验操作的步骤和方法、实验仪表的数据如何读取等等。通过现场真实有效的预习，再加上现场“助教”老师的答疑解惑，使得现场预习可以达到事半功倍的预习效果，同时也充分地调动了学生实验的积极性和主动性。

2.3 提问式教学方法

每次实验课，老师都会针对具体的实验教学内容，采用提问式的教学方法，引导并帮助学生强化对实验设备及仪表的认识，对实验原理及步骤的理解与掌握，对实验数据如何正确进行处理等。如传热实验测定空气-蒸汽对流给热系数，进行实验数据处理时，计算空气质量流量和雷诺数时都要利用空气密度值，通过提问的方式，引导学生思考这两个密度分别表示的是什么位置的密度，应该采用什么条件下的温度计算密度值？通过这样一个启发式的提问，学生理解了这两个空气密度应分别用冷空气进口温度下的密度和定性温度下的密度，这样学生在进行数据处理时就不会出现错误。

2.4 利用计算机软件对实验数据进行处理

化工原理实验数据多，数据处理量大，计算过程公式繁多复杂，绘制图形涉及参数较多，单靠学生手工计算，需要花费大量的时间，而且一旦某处出现计算错误，则会导致整个实验数据处理结果错误。因此我们在实验教学中，引入计算机软件对实验数据处理和图形绘制的教学。例如Office自带的Excel软件，不仅有着强大的计算功能和可靠的数据分析能力，而且还具有高效的图文处理效率。例如通过离心泵曲线测定实验的数据处理，大多数学生都学会了运用Excel进行计算，以及双纵坐标图的绘制，传热实验测定空气-蒸汽对流给热系数数据处理中，学会了运用Origin软件进行线性拟合。总之，引入计算机软件对化工原理实验数据进行处理，既可以减少人为误差的发生率，还能够有效锻炼学生实际运用计算机的能力，提升学生的科学研究素养。