基于化工实验大赛的化工原理实践教学改革探索

魏 竭 易美桂 程远贵 王袁隆

(四川大学化学工程学院，四川成都，610065)

化工原理是高校化工类多个专业工程教育认证的必须课，担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁和纽带作用[1，2]，对化工及相近学科的发展有着重要支撑作用。从2017年开始的全国大学生化工实验大赛是教育部高等学校化工类专业教学指导委员会与中国化工教育协会联合主办的一项赛事，涵盖了化工原理理论、化工单元仿真操作和化工原理实验三部分，是对学生综合素质的一次全面检验。该项赛事不仅给高校化工类专业的学生提供了很好的动手实践机会和交流学习平台，提升了学生的综合素质，而且为各参赛院校教师提供了一个相互交流学习的平台，有效地促进了化工原理理论和实践教学改革[3-8]，对化工类专业核心课程教学质量的提高具有重要意义。

从首届全国大学生化工实验大赛开始，四川大学便积极响应，组队参赛，并取得了较优异的成绩。通过化工实验大赛，我们发现了学生在理论知识运用、实践动手及临场应变能力等方面存在不足。为此，四川大学化学工程学院本着“以赛促建、以赛促教、赛教融合”的思路，通过改进化工原理实验设备、优化化工原理实验教学内容、加强师资队伍建设、构建课堂与社团相结合的教学模式以及组织校级化工实验大赛等方式，力争为学生提供一流的实践平台，强化学生的工程实践能力。

1 改进化工原理实验设备，优化实验教学内容

实验室装置设备是化工原理实验开设的基础。作为一门基础工程性实验，四川大学化学工程学院的化工原理实验面向化工、生工、制药和高分子等专业上千名学生开设，学院十分重视相关实验室及实验设备的建设，经过多年的持续建设，已建成流体力学实验装置、传热实验装置、精馏实验装置、吸收实验装置和干燥实验装置等数十套，且所有实验设备均为自主研发。

在参赛过程中，通过参观各高校化工原理实验设备及与各参赛队伍指导教师之间的交流研讨，我们也意识到已有实验设备在远程控制、测量精度等方面有待改进。近年来，学院以双一流建设及化工实验大赛为契机，对化工原理实验设备进行了升级改造，并依托新建的卓越工程师训练中心，力争为学生提供一流的实验实践教学平台，如淘汰了老旧的吸收实验设备，新建了吸收-解吸实验装置，并配套了自动滴定仪测定水相中CO2的含量，以提高检测精度；传热实验装置中每个换热器均换为了卡套连接，方便更换拆卸换热器，通过拆卸过程提高学生的实际动手能力[9]；同时逐步对现有实验设备进行自动化控制改造，使之达到可远程实验的水平；增加了实验设备台套数，扩大了实验室容量，既为化工实验大赛的顺利开展提供了保障，也为学生的课程设计、毕业设计等提供了良好的实践平台。

除了实验设备的升级改造外，我们对实验教学内容也进行了拓展。重点是在原有的动手实验操作的基础上增加了化工原理仿真实验，将仿真模拟与实验操作相结合，让学生能够更好地认识化工单元操作的特点与结构；此外，将化工单元仿真、实验仿真等内容与教学实验装置联系起来，实现化工原理教学“虚实结合”的目标，不仅提升了实验教学的效果，同时还加深了学生对单元操作不同工况的理解，为实现解决复杂工程问题能力的人才培养目标提供帮助。

2 提升师资队伍的综合能力

化工实验大赛涉及到理论、实验及仿真三方面的内容，是对学生理论知识运用能力及实践动手能力的综合考察，这就要求竞赛指导教师不仅要具有较好的理论知识水平，而且还需要具有较强的实践能力和协调组织能力[4]。为此，学院以具有丰富教学经验的《化工原理》课程教师为班底，通过以老带新的方式，组建了一支老中青结合的指导教师团队。

为提升教师的综合能力，学院一方面鼓励任课教师积极参与化工实验大赛的指导，并带队参赛，通过竞赛发现自身的不足，同时利用化工实验大赛搭建的平台，与各参赛高校的教师互相交流，借鉴先进的教学理念，促进化工原理教学质量的提升；另一方面，为加强任课教师的理论和实践综合能力的提升，学院打破了以往的理论课与实验课分别由不同教师担任的情况，鼓励化工原理的理论任课教师也参与到实验教学。目前已有多位中青年教师既担任化工原理理论课的教学又担任实验课的教学，这既有利于教师本身综合实践能力的提升，同时也能通过实验课程更好地考察学生们运用理论所学知识解决实际问题的能力，及时了解学生对理论知识的掌握及运用情况，并以此为基础促进化工原理理论及实践教学改革。除此以外，学院还鼓励任课教师积极参加全国化工原理课程教学研讨暨师资培训会议等，通过会议交流及培训，了解国内各高校的化工教育动态，学习先进的教学方法，提升自身的教学综合能力。

3 课堂与社团相结合，拓展实践空间

化工原理是一门实践性很强的基础课程，虽然该门课和实际生活联系较紧，但由于学生往往缺乏工程知识，听起课来感觉枯燥、空洞，难以掌握[10]；作为化工原理课程体系中重要的实践环节，化工原理实验课由于实验学时数等的限制，实验过程中往往是教师讲，学生照方案执行，有限的实验室资源、教学空间及时间不利于学生进行实验的拓展和延伸，也不利于学生自主学习和个性化的发展[11]。针对上述问题，四川大学化学工程学院根据不同专业和不同层次学生的需求，通过新增选修课和成立化工原理研学社，构建了课堂与社团相结合的模式，课内外结合，为同学们提供更多的学习实践资源和空间。

从2019年开始，我院便连续开设了化工实验大赛培训选修课，该门课程将化工原理理论、实验及仿真相结合，主要面向的是有化工原理理论和实验操作基础，且有意参加化工实验大赛或是深入学习化工原理相关知识的同学，不分专业及年级。在正式开课之前，任课教师们会首先调研下同学们想要巩固的知识点或是感兴趣的工程问题，然后再有针对性地进行备课，在巩固已学基础知识的同时重点拓宽化工原理知识的深度和宽度，培养学生应用化工原理相关理论知识解决实际工程问题的能力。实验部分采取任务驱动的方式，由教师提出实验任务及相关要求，学生自主组队设计方案并完成实验，既充分锻炼了学生的创新实践能力，又培养了学生的团队协作精神。连续两年的教学实践表明：该课程提高了同学们对化工原理基础知识的理解与应用，同时也为有志于继续深造的同学提供了一个提前复习专业课程的好机会。

课外，学院专门成立了化工原理研学社，将学有余力且对工程问题感兴趣的同学汇聚到社团，加强交流沟通。社团一方面根据调研收集同学们感兴趣的问题，邀请专业老师开展相关讲座，为同学们答疑解惑；同时也共享成员或是老师们推荐的学习资料。另一方面，社团组织同学们积极参与科研工作，申报大学生创新创业实验项目等，为同学们提供更多的实践动手机会；同时也积极组织策划校内化工实验大赛等活动，激发同学们对化工原理相关知识的学习热情。

4 组织校级化工实验大赛，激发学生的工程实践创新热情

由于化工实验大赛的赛制规则，每年能进入赛区决赛乃至全国总决赛阶段的队伍有限(目前，西南赛区每所高校不超过3支队伍进入赛区决赛；赛区决赛后推荐到全国总决赛的每个学校不超过1支队伍)，大部分同学只能参加仅有理论竞赛板块的西南赛区初赛。为了提高竞赛的影响力，吸引更多的同学参加化工实验大赛，激发其工程实践创新热情，同时也让更多同学得到理论、仿真和实验的全方位训练，我院依托化工原理教研室和工程实验教学中心组织筹办了全校范围的化工实验竞赛，吸引了我校化学工程学院、高分子科学与工程学院及轻工科科学与工程等学院的百余位同学参加。

在2019年我校举办首届校级化工实验大赛后，参加化工实验大赛西南赛区初赛的同学从2018年的39名增加到了54名，学生们的参赛成绩也明显提高。在2019年的西南赛区决赛中，参赛团队除获得了赛区特等奖、一等奖外，还在实验、理论及仿真各个单项上都取得了不错的成绩，分别获得赛区实验单项奖、理论单项奖及仿真单项奖。在全国总决赛中，2017年获得了总决赛二等奖，2018年及2019年连续两年都获得了总决赛一等奖的好成绩。实践表明：校级化工实验大赛的举办，不仅吸引了更多同学关注全国大学生化工实验大赛，为后续的赛区及全国大赛优秀参赛同学的选拔奠定了基础，更是促进了同学们工程素养和团队协作能力的提升。

5 结语

作为新工科建设的重要举措，全国大学生化工实验大赛不仅培养了学生实践创新能力，也检验了各高校的化工理论与实践教学水平，为各高校搭建了相互交流学习的平台，有利于化工类教学质量的提高[3]。四川大学化学工程学院以化工实验大赛为契机，总结经验教训，积极探索促进化工原理及其实验等化工类专业核心基础课程教学质量提高的方法。通过优化改进化工原理实验设备及实验教学内容、加强师资队伍建设、构建课内外结合教学模式等方式，对化工原理实践教学体系进行了改革探索，取得了较好的教学效果。今后将依托学科竞赛等平台，借鉴各高校先进的教学理念及实验设备等，不断深入化工原理等核心基础课程的实践教学改革，培养适应新经济和新工业发展需要的复合型化工人才。