化工原理实验课程在新形势下的教学改革与实践*

2020-03-07向文军邓春晓

广州化工 2020年2期

向文军，邓春晓

(四川文理学院化学化工学院，四川达州 635000)

化工原理是所有化工相关课程的专业基础课程，是基础理论向工程转变的“桥梁”[1]。化工原理实验同化工原理相辅相成，是培养学生的创新思维和工程意识的重要环节，对化工人才的培养起着至关重要的作用。

化工原理实验不同于四大基础实验课程，实验设备投入大，实验设备台数少，操作复杂，数据处理繁琐，带有一定的危险性。学生刚刚接触该门工程实验，往往不知所措，兴趣不浓[2]。因此，我们要利用新形势下的现代科学技术发展带来的机遇，不断对化工原理实验课程进行教学改革和探索，为国家和企业培养能够学以致用的化工人才。

1 合理调整化工原理实验教学内容

1.1 分专业设置不同的教学内容

化工原理实验涉及单元操作较多，而学时数往往不足，这时候片面的追求面面俱到，反而得不到应有的效果。应根据不同专业需求，设置不同的教学内容，有点实验作为重点，有的实验放在开放性实验中供学生自己思考、练习[3]。例如干燥对制药工程专业就是重点内容。

1.2 适当增加综合性和设计性实验

目前，很多高校的化工原理实验课程中验证性实验和演示性较多。学生被动学习，创新性和独立思考能力没有得到应有的培养。通过实验设备组合开展一些综合性实验，既激发了学生的学习兴趣，又激发了他们的创新性；通过学生创新创业训练项目和参加教师科研项目，实验室开放让学生自行做一些设计性实验，培养了学生的独立思考能力和动手能力，又为学生今后走向科研打下坚实基础。

2 教学时间安排做一定的调整

2.1 由集中开设变为分散开设

由于化工原理实验的特殊性、实验设备、师资等原因，化工实验课程往往集中几周开设，这样前面的理论知识太久忘记了，后边的可能没有学到，效果不佳[4]。新形势下，实验条件已大大改善，师资更为充实，实验课程应与理论单元操作相对应，实验课程分散、及时开设。这样学生通过实验既加深了理论的理解，又充分了解实验的目的和原理，效果更好。

2.2 调整见习时间

化工见习是学生实地了解工厂，建立工程意识的一门重要课程。过去，很多高校将化工见习安排在大三学年，这时候化工原理和实验课程已学完，等他们意识到化工原理实验的重要性的时候已经来不及了。将化工见习提前到化工原理实验课程开始的时候，学生的学习主观能动性更强。

3 引入虚拟3D仿真技术辅助化工原理实验教学

3.1 3D仿真技术的逼真和趣味性

以图1东方仿真的甲醇3D工艺仿真为例，3D仿真跟人置身真实工厂一样，形象而逼真，而全局性相比更好，阀门的可操作性和全程来回巡演更有趣味性[5]。学生学习兴趣更浓，学习效果更好。在企业实习，往往由于企业对于安全的考虑，很少容许学生动手操作，更多的是看一看、熟悉熟悉，而3D仿真工艺可给与学生极大地自由度，充分发挥其潜能，更好的提升了学生的动手能力。

图1 甲醇3D工艺图Fig.1 Methanol 3D process diagram

3.2 3D仿真技术突破了真实实验时间和空间的限制

化工原理实验时间长，设备大而且占用空间大，不可能做到一人一台设备训练，勤奋的人锻炼的更多，玩的人心不在焉什么也没学到。3D仿真不受时间和空间的限制，人人可以操作，除了在教师监督下完成规定任务外，随时可根据自己兴趣选择性操作。

3.3 3D仿真技术的容错性

化工原理试验和实训最令学校和企业恼火的是操作严格，容易出现事故。一方面要训练学生的动手能力，一方面又怕学生动手。而3D仿真不仅可以允许操作出错，正是这样的错误操作，还可以观察到错误操作带来的后果，这是不可替代的。

4 引入动画、音频技术加强讲解效果

传统化工原理实验是老师先讲解怎么做，学生再一步步去操作，设备工作原理不清楚，更不知道为什么这样操作，步骤多了更是忘记后边这样操作，效果很不好[6]。引入动画、音频技术代替传统讲解，例如图2离心泵的工作原理通过动画，同学们2分钟就清楚了解其工作原理，并理解应该怎么操作。通过音频讲解，可以反复播放，保证操作不会因记错而带来失误，因而引发不必要的事故。

图2 离心泵的工作原理Fig.2 How the centrifugal pump works

5 以实验竞赛带动化工原理实验教学

近几年，全国和西南地区开展了化工原理实验竞赛和化工设计大赛。通过竞赛，加强了高校之间、校企之间的合作和交流，提升了教师的能力和水平；同时也锻炼了学生们的动手能力和独立思考能力；也进一步提升了创新思维能力。全国实验竞赛更注重新技术的应用、新产品的开发、新工艺和新设备的应用，相比书本更接近实际生产，真正做到学以致用[7]。竞赛促进了教学，也改变了教学，过去验证性实验占绝对比重，现在加大了综合性和创新性实验的比重，也更注重了学生为主体的教和学。

6 引入控制技术和计算软件改进化工原理实验教学

传统化工原理实验更多是手动操作，而企业是DCS控制系统，为了与企业结合更为紧密，引入计算机控制系统，实现手操和机操结合。化工原理实验对同学们来说，困难的不是实际操作，最难的是后期数据处理和绘图。使用 AspenPlus 软件应用于数据处理，提高了设计计算的效率，同时促使在掌握工艺设计计算原理的基础上，充分利用计算机软件进行工艺设计。同时，要加强AutoCAD、Origin的教学，通过化工原理实验报告学会使用这些软件，提升实践应用能力[8]。