能源化工专业实验教学改革与效果评价

张宁　张燕红　李琼

［摘 要］专业实验是能源化工专业一门重要的实践性课程，但教师在教学实践中发现，课程往往存在实验教学效率低、实验预习效果把控不好、实验安全操作考核欠缺、实验运行条件设置不灵活、实验成绩评定标准不完善等问题。为此，课程组开发了基于移动互联网技术的实验辅助教学软件，帮助学生有重点地进行课前预习并检查其效果，同时优化实验成绩评分细则。实践证明，上述实验教学改革能提高课程各指标点的达成度，加深学生对实验的理解，提高现有实验教学水平。

［关键词］能源化工；实验教学改革；效果评价

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）23-0048-04

能源是国民经济发展的命脉。为满足我国对能源领域人才的需求，华南理工大学（以下简称我校）结合化工学科优势，开设了能源化工本科专业，重在培养服务我国能源发展的技术型人才。工科专业的实验课程作为理论知识联系实际应用的桥梁，是重要的实践性教学环节[1]。为此，我校在课程人才培养计划中将专业课相关的实验内容集中为一门专业实验课程进行教学。该课程不仅涵盖传统能源化工的基础实验，还在我国致力于实现“碳达峰”和“碳中和”目标的背景下，加入了储能和燃料电池等新能源领域的实验，不断提高综合性和设计性实验的比重。通过专业实验的组织开展，可以激发学生的独立创新意识，培养学生动手解决问题的能力，因此确保实验课程的教学质量非常重要[2]。

一、能源化工专业实验教学存在的问题

笔者在多年能源化工专业实验教学工作中发现，虽然目前实验教学水平相比之前有了提高，但是往往在一定程度上存在一些不足之处，主要包括以下五个方面。

1.实验教学效率低。实验指导教师在实验课上需要对实验原理、实验步骤、注意事项、数据处理等进行讲解，讲解过程会占用学生大量的实验时间，影响实验进度。一旦学生实验开展不顺利，就需要更多的时间来完善实验数据，这种情况往往导致实验课拖堂现象的发生。

2.实验预习效果把控不好。为了让学生更好地开展实验，指导教师要求学生进行课前预习并撰写实验预习报告。虽然要求撰写实验预习报告可以督促学生进行课前预习，但是难以有效评估其预习效果。

3.实验安全操作的考核欠缺。我校很多能源化工专业实验在操作过程中需要使用液化石油气或石油产品等易燃易爆的气体或液体，在实验中主要依靠指导教师监督学生进行操作，往往欠缺十分有效的实验安全操作考核措施以确保实验的安全顺利进行。

4.实验运行条件设置不灵活。为了培养学生独立开展实验的能力，课程往往设定了多种实验条件，要求学生在不同的实验条件下进行实验。所设定的实验条件经过指导教师课前验证，通常能够通过学生的数据判断其实验的准确性。如果学生的实验条件和教师设定的实验条件不一致，由于实验数据处理往往比较复杂，教师很难在短时间内判断学生实验数据的准确性，这就容易使实验运行条件设置被局限于指导教师给定的有限范围内，从而造成实验运行条件设置不灵活。

5.实验成绩评定标准不完善。实验成绩评定以实验报告成绩为主，学生的课堂表现、数据分析过程表现等占总成绩的比例较低，造成学生对实验结果过分看重，不利于培养学生在实验过程中分析问题和解决问题的能力。

二、能源化工专业实验教学方式的改革

（一）开发基于移动互联网技术的软件来辅助实验教学

实验教学视频是辅助实验教学的有力工具[3]。笔者结合多年的实验教学经验制作了实验教学视频[4]，并将结合了教学视频与实验操作文字介绍的实验教学辅助软件[5]用于帮助学生进行课前预习。在教学实践中笔者发现，教学视频与实验辅助教学软件虽然讲解详细，但是存在重点不突出的问题，学生对于不熟悉的操作步骤很难在视频或软件中快速定位、回看学习[6]。

我国移动互联网技术的飞速发展，为利用移动设备辅助实验教学提供了必要的基础。为解决上述实验教学视频和软件在辅助实验教学中的不足，笔者开发了基于移动互联网技术的实验教学辅助软件，在软件中设有实验课前辅助预习模块，利用动图与文本相结合的方式介绍实验原理、实验设备、实验步骤、注意事项、数据处理等内容。动图相比于实验操作视频，可以方便学生更快速地定位不同的操作步骤，重点突出。同时动图相比于视频，降低了移动互联网带宽的占用，更有助于在移动设备中应用。利用上述软件开展预习可以同时通过文字、声音、动画等多种形式帮助学生提升预习效果。借助移动互联网技术，学生可以通过移动设备利用碎片时间随时随地进行实验课的预习，有效提高预习效率。

實验教学辅助软件设有实验课预习评价模块，有针对实验的原理、关键步骤等重要知识点编写的预习题，用于检测学生的预习效果。如果学生回答预习题时出现错误，预习评价模块就会引导学生再次深入进行实验预习，直到学生通过实验知识预习测试后才能够进行实验。实验教学辅助软件还设有实验课安全操作评价模块，针对实验中使用的易燃易爆气体和液体，软件通过安全操作测试题强化学生实验安全注意事项的考核，增强学生的安全意识。此外，实验教学辅助软件设有实验数据验证模块，其功能可以将输入的原始数据进行处理并自动计算得到实验结果，从而帮助学生初步判断实验数据的准确性。对于不合理的实验数据，学生可以在指导教师的帮助下分析原因，通过实验不断完善数据，进一步加深学生对实验的认知。实验数据的快速验证功能方便指导教师设置多种实验条件要求，让学生在不同的测试条件下进行实验，为学生独立开展实验打下良好的基础。

通过实施上述实验教学辅助功能，学生的课前预习效果有了显著的提升，课前基本能够掌握实验的基本流程，指导教师在实验课堂上只需要对以往实验中学生容易出现问题的关键步骤和注意事项进行重点讲解，这样可以有效缩短课堂讲解时间，增加学生的实验时长，使得实验课的效率显著提高，实验课拖堂现象大幅减少。开展课前实验预习和课堂重点讲解相结合的方式也使得学生对实验有了进一步的认识，降低了学生误操作的概率，从而有利于延长实验设备的寿命，减少实验耗材的使用。安全操作测试使得学生的安全意识有了极大的提升，实验操作更加符合安全规范，进而减少了实验安全隐患。学生还能够借助实验教学辅助软件自主检查实验数据的准确性，对于不合理的实验数据，学生自己或在指导教师的帮助下分析实验数据偏差出现的根源，培养学生分析与解决问题的能力。学生能够在实验课上解决数据不合理的问题，就为其后续高质量地完成实验报告提供保证。

（二）实验评分细则的优化

改变以往实验课以实验报告质量评定为主的评分标准，加入实验预习、实验课堂表现、实验数据处理等考核内容，可以更加全面地评价学生的实验成绩。实验报告、实验预习、实验课堂表现、实验数据处理这四个部分的成绩分别占总成绩的20%、20%、30%、30%。其中，实验预习评价主要对学生在实验教学辅助软件提交的课前预习题和安全操作测试题答案进行评分。实验课堂表现主要包括学生的出勤情况、对实验的熟悉程度、对实验关键参数的认知等。对于需要学生集体合作的复杂综合性和设计性实验，还要考核学生的团队合作精神。为了防止学生为追求实验结果的完美而人为修改实验数据，要求学生的原始实验数据表在指导教师审核后，由做实验的学生本人和指导教师进行双签名，学生再将原始数据表加入实验报告，作为实验报告中原始数据的来源，注重培养学生科研诚信精神。数据处理主要包括学生对原始数据的计算处理、有效数字的选取、实验误差的分析等。同时对原有实验报告的评分标准进行细分，根据其重要性设置相应的权重系数（见表1）。在考核内容中，特别加入安全保障应急预案的考核项目，目的是让学生在深入了解实验安全操作的基础上制订相应的安全保障应急预案，培养实验安全意识。此外，每个实验报告的最后都有思考题，要求学生根据实验内容综合运用多学科知识和查询文献回答相关问题。特别要求学生按照《信息与文献 参考文献著录规则》（GB/T 7714—2015）的要求引用参考文献，将引用文献的规范性作为实验报告的一个记分项，为学生今后撰写论文打下良好的基础。

三、能源化工专业实验教学改革的评价

工程教育认证是提高我国工程教育质量的重要手段。我国于2006年开始组织启动全国范围的工程教育专业认证试点工作，于2015年成立中国工程教育专业认证协会，并于2016年正式加入国际工程教育学位互认协议《华盛顿协议》。通过工程教育认证的专业，毕业生学位可以得到《华盛顿协议》其他成员组织的认可，进而可以满足我国目前高等教育人才培养国际化的需要[7]。工程教育认证需要按照该协议标准，对工科毕业生的培养质量进行评价，判断其是否满足行业认可的既定质量标准[8]。工程教育认证是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。

能源化工专业实验根据教学大纲的要求，按照工程教育认证标准，制订了符合毕业要求的8个指标点（见表2），其中针对专业实验的毕业要求指标点涵盖实验的设计与开展、数据的测试分析、技术方案的优化等全过程，并注重对学生文献检索能力、安全意识、团队合作精神、成果表达能力的锻炼，以实现培养符合社会需求的能源领域高素质复合型人才的目标。通过实验教学实践支撑上述指标点的达成，坚持以学生为中心、产出为导向、持续改进的指导思想，不断提高实验教学质量[9]。

通过对比表3数据可知，实验教学改革后，各个指标点的目标达成度比教学改革前都有不同程度的提高，特别是指标点2和指标点4的目标达成度提高明显，分别提高了9.72个百分点和8.50个百分点。这2个指标点涵盖学生通过文献调研或相关方法解决问题的能力以及对实验结果的分析和解释能力。上述指标点目标达成度的提高显示出学生分析问题和解决问题的能力得到了增强，为学生未来从事相关专业科学研究与其他工作打下了良好的基础。课程目标达成度也由教学改革前的80.08%提高到84.53%，说明通过本文提出的实验教学改进方法的落实，能源化工专业实验教学质量有了显著的提高，可以全面提高现有实验教学水平。

四、结语

专业实验作为能源化工专业的一门核心必修课，是指导学生理论联系实际的重要环节。基于移动互联网技术的实验教学辅助软件具有让学生随时随地学习的便利性，可以帮助学生有重点地进行课前预习，通过课前预习题和安全操作测试题强化预习效果，借助实验数据验证功能帮助学生自主检查实验数据的正确性。同时进一步优化了实验成绩评分细则，有助于更加综合全面地衡量学生的实验能力和水平。经过教学实践证明，通过上述教学改革方法，课程各个指标点的目标达成度比教学改革前都有了不同程度的提高，激发了学生的学习积极性，加深了学生对实验的理解，提高了学生自主分析问题和解决问题的能力，为学生未来從事相关专业科学研究与其他工作打下了良好的基础。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 李春香，姚忠平，甘阳，等. 能源化工新专业实验教学改革与探索[J]. 实验室研究与探索，2018， 37（4）：200-202.

[2] 翟雪，乔金硕，孙旺，等. 能源化工专业实验教学模式的探索与改革[J]. 实验技术与管理，2020， 37（11）：205-208.

[3] 董友珍，王俊，李万鑫，等. 微课在化工工艺实验教学中的应用[J]. 广东化工，2016，43（20）：211.

[4] 张宁，解东来，王卫星. 能源工程及自动化专业实验教学改革的探索与实践[J]. 化工高等教育，2010，27（2）：54-56.

[5] 张宁，张燕红，李琼. 自主学习型软件在能源化工实验教学中的探索与实践[J]. 广东化工，2017， 44（5）：177.

[6] 张宁，张燕红，关国强，等. 新工科背景下能源化工专业实践教学改革探索[J]. 化工高等教育，2020， 37（5）：107-110.

[7] 李强.工程教育认证下能源化工综合实验的教学改革与实践[J].广东化工，2021，48（12）：230-231.

[8] 王金平. 工程认证背景下能源化工专业实验教学改革探索[J]. 化工管理，2019（20）：18-19.

[9] 张晓阳，王东东，王晗，等. 工程教育认证背景下专业拓展课教学策略与考核方式探索[J]. 高教学刊，2023， 9（15）：89-92.

［责任编辑：林志恒］