工程教育专业认证背景下《化工原理实验》课程教学改革探索

□赵彦巧 李建颖 王 吰 王文忠 柴春祥

为了积极推进当前我国工程教育体制改革，做好加入《华盛顿协议》的事前准备，教育部于2006年正式启动工程教育专业认证试点工作。2016年中国已经成为国际工程联盟正式成员之一。国家高等教育质量保障体系组成成分复杂，其中必不可少的就包括工程教育的专业认证，它无疑在推动本科工程学位的国际互认和人才培养质量的提高等多方面发挥着中流砥柱的作用。在工程教育改革这一方向中，工程教育专业的认证是必须经历的大关，并且对于建设更好的专业水平和培养人才这两方面来说，亦是不错的开始。在工科专业教育中，各大高校必须严格遵守工程教育专业认证的三大理念[1]。

《化工原理实验》是高校制药工程、生物工程、食品科学与工程等专业的基础课。与其他课程实验相比，本实验课程注重工程观念、强调实践性[2～6]。《化工原理实验》以单元操作为研究对象，学生通过在实验过程中操作各个单元操作设备，不仅让学生们将理论知识谙熟于心，还掌握了实际实验方法并灵活运用；同时，教师从旁协助学生拓宽思维，发散想法，这样他们以后生产实践和解决实际问题就有了坚实有力的后盾。以工程教育专业认证标准和要求为参照物，合理有效地制定天津商业大学《化工原理实验》课程的教学大纲。通过调整《化工原理实验》教学内容，将单一性的验证实验和综合性、设计性的实验密切结合，这样让教师可以进一步探求具体的实验教学内容和方法，让学生们增加更多的实验机会，来加强创新能力的有效训练。本文将从对《化工原理实验》教学内容及设备的更新和实验考核方法的优化两个方面进行具体分析探讨。

一、《化工原理实验》教学存在的不足

以各专业培养目标要求为根据，学生应该同时掌握基础理论和工程实践双重技能。目前，《化工原理实验》教学中存在的不足：一是课堂教学内容偏多，导致学生听课效率降低，教师传授知识一般偏重于抽象的理论，导致学生的兴趣不高，也会脱离实际操作；二是学生只局限于课本和作业等学习理论知识，如何将所学知识用于实际工程问题的解决不知所措；三是实验预习中，大多学生们都是机械誊抄实验讲义上的方法步骤，不会主动思考探究，这样弱化了其主体地位。

二、《化工原理实验》教学内容的改革及优化

《化工原理实验》面向许多不同专业的学生，故此应该根据专业不同发展需求和“模块知识”以及不同“工程认证”的条件标准，建立一种独具《化工原理实验》教学特色的新模式。为了激发学生积极地参与《化工原理实验》教学环节，化工原理课程组确定实验教学内容须包括基础演示、基本实验、综合设计、提高创新等四个层面。

(一)基础演示。为确保学生不同的接受程度，教师可结合实验中目的与要求，利用本校的实验装置录制教学视频，便于理论课时结合实验教学。学生可以提前通过观看视频，从而达到预习的目的，通过这种翻转课堂的方式，相当于是把教师课堂讲解的内容在学生实验预习的过程中就已完成。教师在上课时只需强调实验过程中的安全事项，检验预习效果即可，这样就可以大大缩短实验时间，可以留给学生们足够的时间来进行反复的操作，以便于培养学生的工程意识和能力。学生可到化工原理演示实验室进行基础演示实验的练习，通过基础演示的实验—伯努利方程实验、雷诺实验、流量计标定实验、边界层实验、旋风分离器实验和筛板塔演示实验等，可以促使学生就观察到的实验现象展开丰富提问，并且独立地探求原因。这样不仅让学生更了解化工原理实验，以及单元操作基本概念和原理，而且还为积极参与化工原理实验埋下伏笔。

(二)基本实验。通过化工原理基本实验的实战实践，如流体阻力实验、离心泵特性曲线测定实验、过滤实验、传热实验、精馏实验和干燥速率曲线测定实验等，使学生初步了解化工原理实验的一些工艺性、工程性的概念，了解一些测试方法及测量仪表的使用，初步掌握仪器仪表在工程中的应用，进一步加深学生对化工原理各单元操作的原理和仪器设备的理解和认识，使学生建立起工程的概念。在多种教学手段的协同作用下，学生可以更进一步直观立体地了解化工设备的结构、工作原理、操作方法以及注意事项等，以此增强他们对工业生产设备的全方位认知。化工操作者需要将化工设计、化工过程技术与设备、化工仪表及自动化等多方面的知识结合于一身，将各种知识导入课堂中，让学生更深入地了解实验设计、设备结构以及工艺流程。实验教师是促使实验顺利进行、提升实验效果的有力保障。在涉及具体实验部分的时候，教师应注意某些经常出现的问题，如学生操作是否符合规范、是否各有所职，同时在适当时候进行提问与解答。在实验教学中不但要教学生实验设备正确使用方式，还要要求学生评估设备是否完好、了解化工实验中涉及的电水热的安全性和安全防护措施情况等。

(三)综合设计。《化工原理实验》课程将减少验证型实验，增加设计型实验，以激发学生自主设计实验的积极性和主动性。以实验室的具体条件为参考，再结合应用型的综合设计性实验，对某一产品进行处理、分离或生产。通过具体单元操作将会大幅度提升学生对工程操作和具体工艺参数的认识和理解，从而激发他们对实验的兴趣，这也有利于熟练操作及创新意识的形成，如：超滤膜分离蛋白质溶液或发酵液或中药提取液、超临界二氧化碳流体萃取植物油、萃取-精馏制取无水乙醇、应用连续精馏装置来提纯产品等。基于工程教育专业认证理念，非常有必要针对那些对毕业要求有强支撑的课程如《化工原理实验》来进行教学改革。在该课程的教学过程中，如何将实验讲解得饶有乐趣，让实验过程不枯燥乏味，这本身也是个大难题。例如展示化工厂实际生产案例和照片、带学生参观化工厂，这些方式巧妙地将实验联系实际，不仅让学生学到了知识，还对实际案例有了认知，做到活学活用。

(四)提高创新。为了提高学生的创新意识和能力以及科研水平和择业竞争力，可以多参与指导教师的科研课题和“大学生创新创业训练计划项目”、“大学生挑战杯”等，以及系统训练他们对于实验的设计与研究，例如：精馏实验——研究回流比、进料热状况参数、进料位置等对操作条件和分离能力的影响；板框过滤实验——研究过滤压强差、悬浮液浓度等对过滤过程的影响等。

随着社会发展进步，培养学生创新实践能力的途径层出不穷，其中学科竞赛也已逐渐渗入进各个高校培养人才的过程中。以化工实验大赛为牵引线，促进了师资队伍建设、学生全面发展以及课程教学改革。专业相关的技能大赛，例如全国化工实验大赛，不仅仅拥有较高含金量，丰富个人经历，对于进一步学习的学子的专业课程学习更是一大帮助。通过这类比赛，在自己能力有很大提升的基础上，也必不可少地培养和强化了团队协作意识，形成互帮互助的学习氛围。

三、《化工原理实验》考核方法的改革及优化

化工原理实验隶属于工程技术，由于其特殊性和工程力度大，故此需要分组才能更好地完成实验。教学目标强调学生应独立自主学习，课程的考核方式也应进一步改革与调整，这样能促进学生踊跃进取，还让教学效果取得显著成效。在工程教育专业认证这个大前提下，以提高化工原理实验的实践教学质量为目标，以具有创新实践能力的应用型人才为对象，在19版教学大纲修订过程中对《化工原理实验》的考核方式进行了重新制定。作为独立设课的实验课，《化工原理实验》课的考核有其自身的特殊性，实验考核将加大过程考核的占比，增加实验具体操作考核，结合实验报告的具体情况，考察学生的实际动手能力、发现问题并提出改进方案的能力，综上，可考虑将《化工原理实验》这门课的成绩构成不单一化，主要由以下三方面内容组成。

(一)实验预习报告。在开展实验课之前，要求学生们通过自己的学习理解，撰写包含以下内容的预习报告：实验名称；实验目的；实验仪器；实验原理；实验内容与步骤；数据记录表格。并且将其写在学校要求的实验报告册上，作统一化处理。针对于图表，学生应使用直尺铅笔等绘图工具，独立设计数据记录的图表并科学绘制。最后要求实验预习报告应内容完整且正确，字迹清晰工整。此项占总成绩的20%。

(二)实验具体操作。实验具体操作考核主要考察学生能否按教师要求完成实验操作，实验过程时间安排是否合理，能否在规定时间内完成实验。通过实验具体操作，让学生学会各单元操作且可以根据不同生产要求随时更新步骤，当操作不当或设备发生故障时，能分析其原因并提出适合的解决措施，并将过程调节到正常的运行轨道。综上，教师应根据学生在实操中动作是否规范、有无重大纰漏和实验结果是否正确打分。在此过程中，要求实验操作规范，步骤合理清晰，在规定时间完成实验。此项占总成绩的40%。

(三)实验报告。实验报告不仅包含预习报告所有内容，还增加了实验数据处理和实验结果与分析两项内容。其中，存在很多不当的行为，导致实验报告成绩为0。例如做完实验之后，记录的实验数据部分没有指导教师的现场签字；实验报告中数据处理和别人雷同，却和自己记录的数据不符等情况。教师对学生们实验报告进行评阅时，评判标准主要包含以下五部分：实验操作是否完成、实验报告各部分内容是否全面、数据的处理是否正确、有无根据数据绘制图表、绘制的图表是否符合规范等。实验报告要求内容实事求是，文字言简意赅；实验结果分析全面具体，并且数据的记录与处理准确，并且科学设计图(表)。此项占总成绩的40%。

改进《化工原理实验》课程的考核方式，改掉以前仅用实验报告给分的“陋习”，如今，学生的实验成绩包含的内容多样化，可以凭借成绩客观而准确地了解他们实验过程的整体情况，方便教师知晓学生掌握理论与实践方法的程度，进一步来说，从预实验到完成实验报告的整个过程中，学生专心致志、一丝不苟、规范严谨的科学精神也将得到升华。同时考核方式的改革有助于提高学生的实验操作技能和培养学生团结协作的精神，并且让他们在与业内同行沟通交流复杂的工程问题时，思路清晰语言流畅。在整个过程中，贯彻了工程教育专业认证中的持续改进理念。

四、结语

《化工原理实验》教学改革，在学生巩固扩大理论知识的同时，还可以将其结合穿插在实验各操作过程中，并且学会举一反三，以此改善他们对实际问题进行分析、解决的能力。不断摸索适合于课程实验的教学内容和考核方式，不但让学生对《化工原理实验》产生浓厚兴趣，并且还会提升他们综合素质技能，甚至能全面增强实验教学质量，进而培养卓越工程师高素质人才。