王士財，劉赫揚(yáng)，成 忠

(1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州 310023；2.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點實驗室,杭州 310023)

化工原理實驗課程教學(xué)改革探索

王士財1，2，劉赫揚(yáng)1，2，成 忠1，2

(1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州 310023；2.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點實驗室,杭州 310023)

化工原理是化學(xué)工程及近化類專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課,是引導(dǎo)學(xué)生由純理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`性、工程化的開始,而化工原理實驗課程作為將理論與實際聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié),擔(dān)當(dāng)著從理論到實踐的橋梁。為此，針對化工原理實驗課程教學(xué)過程中存在的一些問題,以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平為目標(biāo),從化工原理實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)方式及考核方式和成績評定等方面，對化工原理實驗課程的教學(xué)改革進(jìn)行初步探討,以期有利于推動學(xué)校教學(xué)改革進(jìn)程,促進(jìn)課程體系建設(shè)。

化工原理;實驗教學(xué)；教學(xué)改革

化工原理是化學(xué)工程及其近化類專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課,它在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起著承先啟后的作用，是自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論課向?qū)嶋H工程科學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)課過渡的重要入門課程，是學(xué)生工程化學(xué)習(xí)的開始[1]。它主要研究化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的物理加工過程，即化工過程的動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的“三傳”基本原理，以及單元操作的設(shè)備構(gòu)造、操作原理、過程計算、設(shè)備設(shè)計選型及實驗研究方法等，這些都密切聯(lián)系生產(chǎn)實際，工程性要求很高[2-3]，化工原理教學(xué)不僅要讓學(xué)生掌握化工過程的基本原理，而且要使學(xué)生掌握運(yùn)用基本理論知識分析和解決化工過程中的各種實際問題的工程方法和技能?；み^程的基本原理的傳授主要在課堂理論教學(xué)中完成,而實踐工程能力的培養(yǎng)主要在實驗教學(xué)中完成?；ぴ韺嶒炚n程是理論課的重要輔助和補(bǔ)充,它不同于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)課程的實驗,屬于工程實驗范疇；它不僅可以加深學(xué)生對化工單元操作理論知識的理解和鞏固，而且可以培養(yǎng)學(xué)生利用這些理論知識來解決實際工程問題的技能,培養(yǎng)學(xué)生思考、分析和解決實際問題的工程能力[4-6]。由于之前所學(xué)習(xí)的高等數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理化學(xué)等課程主要以理論為主，因此學(xué)生對于實際工程問題認(rèn)識不足,對具體單元操作的設(shè)備、操作、過程、設(shè)計選型等的感性認(rèn)識也不足，工程實踐環(huán)節(jié)比較薄弱，而且在高校課程體系改革中化工原理課時被壓縮，因此，如何在有限的教學(xué)計劃課時內(nèi)提高教學(xué)效果始終為大家所關(guān)注[7-8]。筆者在化工原理教學(xué)過程中對化工原理實驗課程的教學(xué)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式及成績評定等方面的改革進(jìn)行了相關(guān)思考,以下是幾點體會。

1 改進(jìn)和延伸實驗教學(xué)內(nèi)容

實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識分析、解決實際工程問題，提高實踐能力和創(chuàng)新精神的重要手段,雖然計算機(jī)仿真技術(shù)在化工原理教學(xué)中已越來越普及，但仿真不是真正的實際操作，不可能完全代替現(xiàn)場實驗，正如沙盤推演不能代替實彈演習(xí)一樣,實驗教學(xué)在化工原理教學(xué)中始終起著不可替代的重要作用。

傳統(tǒng)的化工原理實驗內(nèi)容一般為：管道流體阻力測定，雷諾實驗，離心泵特性曲線測定，管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱膜系數(shù)測定，填料塔吸收操作實驗，篩板精餾塔操作及效率測定實驗，恒壓過濾常數(shù)測定，干燥特性曲線測定，流化床流化現(xiàn)象實驗，轉(zhuǎn)盤塔萃取操作實驗等實驗。這些實驗大多數(shù)是驗證性實驗，這些實驗的完成，對于學(xué)生掌握課堂理論知識具有一定的強(qiáng)化作用，但對于培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識來解決實際問題的工程能力的提高尚不足。因此，為培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的工程方法，強(qiáng)化工程意識，提高學(xué)生思考、分析和解決實際問題的工程能力，將實驗內(nèi)容由單純的驗證性改進(jìn)成具有一定的設(shè)計性和綜合性，有利于培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的工程能力和創(chuàng)新能力。

例如，以前的恒壓過濾常數(shù)測定實驗，學(xué)生只是測定出恒壓過濾常數(shù)，實驗就結(jié)束了，至于“溫度如何影響？”“餅層厚度如何影響？”等，沒有深刻的印象，內(nèi)容比較少，操作性和設(shè)計性不強(qiáng)，沒有完全滿足學(xué)生的好奇心和動手操作的欲望。為提高學(xué)生分析問題解決問題的實際工程意識和設(shè)計、創(chuàng)新綜合能力，在攪拌槽內(nèi)安裝加熱裝置，并配備相應(yīng)的溫度控制儀表，增加溫度對過濾速率的影響這一實驗內(nèi)容，調(diào)整延伸實驗內(nèi)容后，不再是簡單地測定常溫下的恒壓過濾常數(shù)，而是可以通過設(shè)計，測定不同操作溫度下的過濾速率，在教師指導(dǎo)下由學(xué)生自己來設(shè)計實驗方案和確定不同的操作溫度，從而可以實驗研究不同操作溫度對過濾速率的影響，測定過濾常數(shù)，并對實驗結(jié)果加以比較，分析、解釋原因，得出結(jié)論。這一改進(jìn)不僅極大地提高了學(xué)生的實驗興趣和實驗積極性、主動性，更重要的是提高了學(xué)生設(shè)計、綜合的創(chuàng)新能力，強(qiáng)化了工程觀念，取得了良好的教學(xué)效果。

再如，傳統(tǒng)的流化床實驗，只使學(xué)生通過氣泵轉(zhuǎn)速大小的調(diào)節(jié)來改變進(jìn)口氣體速度，觀察流化現(xiàn)象，讀出不同流量下的壓差，實驗內(nèi)容比較單薄，學(xué)生也感覺“不過癮”，設(shè)計性和可操作性不夠，達(dá)不到良好的教學(xué)效果。以后的實驗教學(xué)中可以通過加入流化床的性能測定和設(shè)計來延伸實驗內(nèi)容，增加學(xué)生主動設(shè)計和主動操作的機(jī)會，提高學(xué)生實驗興趣和主動性。比如讓學(xué)生自行設(shè)計各式流化床及它們的流量測量方法，讓學(xué)生自己依據(jù)基本理論和設(shè)計原理來設(shè)計實驗方案和設(shè)計簡圖、設(shè)計實驗操作步驟，進(jìn)行自主實驗，從而提高學(xué)生的實驗興趣和積極主動性。通過這種設(shè)計綜合性實驗,不僅使學(xué)生加深了課堂理論知識的理解和鞏固，而且提高了學(xué)生的實驗興趣和積極主動性，增強(qiáng)工程意識，提高了學(xué)生思考、分析和解決實際問題的工程能力，并培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

另外，隨著化工技術(shù)的飛速發(fā)展，新工藝、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，為適應(yīng)社會和科技發(fā)展的需要，化工原理教材和理論教學(xué)中都適時增添了相關(guān)內(nèi)容的新知識和新技術(shù)[2]，而實驗課程內(nèi)容相對滯后，為保證教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣,實驗課程內(nèi)容也應(yīng)及時調(diào)整和改進(jìn),以提高實驗教學(xué)質(zhì)量。例如，膜分離技術(shù)是一種先進(jìn)的分離技術(shù)，在工業(yè)上已比較廣泛地得到了應(yīng)用。為此，在化工原理實驗中亦增添了“膜分離技術(shù)處理工業(yè)廢水”實驗，讓學(xué)生強(qiáng)化和鞏固理論教學(xué)課中所增補(bǔ)的新內(nèi)容，更好地掌握膜分離的傳質(zhì)機(jī)理和膜分離技術(shù)這一新的單元操作及其應(yīng)用。實驗課程教學(xué)中，及時增補(bǔ)與理論教學(xué)中相應(yīng)的新技術(shù)實驗內(nèi)容，協(xié)調(diào)課堂理論教學(xué)，延伸實驗課程教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 改進(jìn)實驗教學(xué)方式，增強(qiáng)工程觀念

化工原理實驗課的傳統(tǒng)教學(xué)方式主要以教師為主，教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)安排實驗項目，安排學(xué)生分組，發(fā)放實驗講義，再布置學(xué)生具體的實驗和實驗時間的安排等，每個實驗前一般要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)并寫好預(yù)習(xí)報告，預(yù)習(xí)報告的格式和要求教師都已經(jīng)規(guī)定，一般包括實驗?zāi)康摹嶒炘O(shè)備、實驗原理和方法、實驗步驟等；每個實驗前教師一般也都會集中講解該實驗的流程、實驗的操作步驟、數(shù)據(jù)記錄及處理，以及實驗報告的撰寫要求和格式。學(xué)生按照教師的布置和要求，一步一步做完實驗，然后按照教師的要求寫完實驗報告并上交，也就完成該實驗任務(wù)了。在這種傳統(tǒng)的“保姆式”實驗教學(xué)方法下，實驗任務(wù)雖然完成了，但學(xué)生的整個實驗過程始終都處于被動地位，實驗思考方式、行為方式等都被固化成了統(tǒng)一的模式，學(xué)生沒有了自己思考和創(chuàng)造的空間，學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性被抑制。

為此，要樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)觀念，改進(jìn)實驗教學(xué)方式，強(qiáng)化工程意識，激發(fā)學(xué)生實驗的積極性和主動性，以提高實驗教學(xué)水平?；ぴ韺嶒灲虒W(xué)方式的改進(jìn)，總的思路是既要緊密結(jié)合課堂理論教學(xué),通過實驗扎實基本理論和基礎(chǔ)知識，又要強(qiáng)化學(xué)生工程意識，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識分析、解決實際工程問題的能力，并且在此過程中注重學(xué)生創(chuàng)新思維的開拓和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。在化工原理實驗教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，教師為指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生勤于動手、勇于動手，允許學(xué)生犯錯誤，讓學(xué)生在實驗中去動手、去發(fā)現(xiàn)、去思考，教師不詳細(xì)講解、不提供完整的實驗操作步驟，而是創(chuàng)設(shè)一些“問題情景”，讓學(xué)生在實驗過程中去發(fā)現(xiàn)問題，并運(yùn)用基本原理去分析問題、解決問題，以增強(qiáng)學(xué)生解決工程實際問題的能力，使學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維得到鍛煉，并強(qiáng)化基本原理和工程意識，提高實驗教學(xué)水平。

例如，在液液轉(zhuǎn)盤萃取實驗中，先在轉(zhuǎn)盤萃取塔內(nèi)灌滿水(連續(xù)相)，調(diào)節(jié)好轉(zhuǎn)速使水在塔內(nèi)攪拌流動，再開啟煤油(分散相)，調(diào)節(jié)好兩相的體積流量，待分散相在塔頂凝聚一定厚度的液層后，再通過連續(xù)相出口管路中的管閘閥的開度來調(diào)節(jié)油水兩相界面高度，并使其恒定。油水相界面的恒定是由管閘閥門的開度大小來控制的，有的學(xué)生開始的時候Ⅱ管閘閥門的調(diào)節(jié)不到位，界面不穩(wěn)定，連續(xù)相甚至都進(jìn)入到萃余槽中了，操作雖然失誤，但教師要鼓勵學(xué)生勇于動手并加以適當(dāng)點撥，讓學(xué)生在操作中去思考去分析，反復(fù)調(diào)試最終成功。這時學(xué)生的信心和興趣就會大增，對該實驗也一定會有更深刻的理解，通過自己反復(fù)試驗、深刻思考最終解決，這一過程很好地鍛煉了學(xué)生的實驗動手能力，思考、分析和解決實際問題的工程能力，學(xué)生的實驗綜合和創(chuàng)新能力得到提高。

又如，離心泵實驗是化工原理實驗中較簡單的一個，但往往有許多學(xué)生開始的時候無法完成，泵啟動后就是不出水。教師不批評學(xué)生，但也不詳細(xì)講解，而是創(chuàng)設(shè)一些“問題情景”，“為什么會不出水？”“不出水的原因是什么？有哪些？”“離心泵是怎樣工作的？”“其工作原理是什么？”讓學(xué)生現(xiàn)場思考、現(xiàn)場分析、現(xiàn)場解決，引導(dǎo)學(xué)生思考，進(jìn)行分析，然后仔細(xì)檢查，當(dāng)學(xué)生確認(rèn)整個管路沒有堵塞，所有閥門也都是打開的之后，最終恍然大悟，原來是沒有進(jìn)行“灌泵”呢！學(xué)生從對這一實驗的失誤、思考、分析，到最終問題的解決，就一定會對離心泵的“氣縛”現(xiàn)象有更深的理解，同時也有助于學(xué)生養(yǎng)成細(xì)心的好習(xí)慣，不僅復(fù)習(xí)鞏固了課堂理論知識，而且也強(qiáng)化了學(xué)生工程意識和分析問題、解決問題的能力。

實驗過程不再是按部就班的程序化操作過程，而是以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生自己用所學(xué)的理論知識去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的過程，有利于提高學(xué)生實驗興趣和工程實踐能力，從而提高實驗教學(xué)水平。

3 改進(jìn)考核和成績評定方式，激發(fā)學(xué)生實驗積極性和主動性

對于實驗考核和實驗成績評定,以往的模式難以擺脫應(yīng)試教育思想的束縛，教師給定的學(xué)生實驗成績主要是依據(jù)學(xué)生的實驗報告，根據(jù)學(xué)生所寫的實驗報告來檢查實驗報告是否完整，實驗步驟是否正確，數(shù)據(jù)處理是否合理，結(jié)論是否與預(yù)期相符等的情況，給出學(xué)生實驗成績。這種實驗考核成績評定方式，往往容易導(dǎo)致學(xué)生重結(jié)果輕過程，認(rèn)為只要實驗報告完整、實驗結(jié)果好就能得高分，有的學(xué)生為了與預(yù)期的實驗結(jié)果相一致而改寫實驗數(shù)據(jù)，而不是認(rèn)真地去分析為什么會和預(yù)期的結(jié)果不一致，并進(jìn)一步進(jìn)行實驗研究，甚至有個別學(xué)生抄襲別人的實驗報告；而對重要的實驗過程有的學(xué)生卻是應(yīng)付形式，實驗過程中往往會出現(xiàn)你動手、我旁觀的現(xiàn)象，個別學(xué)生甚至在整個實驗過程中都無所事事。同時又由于學(xué)生實驗多數(shù)以2～3人一組進(jìn)行,教師也不可能面面俱到。因此，這種實驗考核成績評定方式，不僅難以給出學(xué)生真實客觀的實驗成績，缺乏公平性，同時也挫傷了學(xué)生的實驗積極主動性。

為了強(qiáng)調(diào)化工原理實驗工程性的特點，體現(xiàn)學(xué)生運(yùn)用理論知識分析和解決實際問題的工程能力，激發(fā)學(xué)生在實驗過程中的創(chuàng)造性和探索性，提高學(xué)生實驗興趣和實驗積極主動性，必須對化工原理實驗考核和成績評定方式進(jìn)行改革，建立客觀公平的科學(xué)考核體系，促進(jìn)學(xué)生實驗的積極性，提高實驗教學(xué)效果。代替以往主要以實驗報告定成績的考核方式，可以從現(xiàn)場實驗考核、實驗報告考核和實際操作考核三方面著手，細(xì)化實驗考核內(nèi)容和成績評定方法。

3.1 現(xiàn)場實驗考核

現(xiàn)場實驗是培養(yǎng)學(xué)生工程觀點、協(xié)作精神和動手能力的重要實踐環(huán)節(jié)，是化工原理實驗課考核的核心，占總成績的40%，其主要內(nèi)容有實驗出勤情況、預(yù)習(xí)情況、實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄、動手操作能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、回答問題和解決問題的能力、數(shù)據(jù)獲得和記錄能力、儀器儀表的使用能力、故障排除能力、鉆研精神及實驗結(jié)束的收尾和衛(wèi)生等工作。

3.2 實驗報告考核

實驗報告是學(xué)生完成實驗后，對整個實驗過程和實驗結(jié)果及實驗過程中可能出現(xiàn)的不同情況的分析處理等的全面系統(tǒng)總結(jié)，是實驗考核的重要組成部分，占總成績的30%。一份完整的實驗報告應(yīng)包括實驗?zāi)康暮鸵?、原理、裝置流程、步驟、數(shù)據(jù)記錄和處理、結(jié)果分析和討論、思考題解答及注意事項等，教師通過對實驗報告的評閱批改，檢查實驗報告是否完整，步驟是否正確，數(shù)據(jù)處理是否合理，結(jié)論是否與預(yù)期相符，以及對實驗過程中可能出現(xiàn)的不同情況的分析處理等的情況，綜合給出學(xué)生實驗報告考核成績。

3.3 實際操作考核

實際操作考核占總成績的30%，按2人一組設(shè)置,由學(xué)生臨考前隨機(jī)抽取一個實驗題目，進(jìn)行相關(guān)的實際操作考核。學(xué)生按教師的要求完成相應(yīng)的操作并回答教師所提出的問題，教師根據(jù)學(xué)生在實際操作過程中的熟練程度、動手能力、分析解決問題的能力及回答問題的情況等，給定學(xué)生實際操作成績。這樣，在成績評定上保證了學(xué)生的實驗主體地位,發(fā)揮了他們的主觀能動性,有效促進(jìn)了學(xué)生實驗的積極主動性。

4 結(jié) 語

化工原理實驗課程是將理論與實踐聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié),是課堂理論課教學(xué)的重要輔助和補(bǔ)充,它不僅可以加深學(xué)生對理論知識的理解和鞏固，而且還鍛煉了學(xué)生運(yùn)用理論知識分析問題、解決問題的實際工程能力，強(qiáng)化學(xué)生工程意識，擔(dān)當(dāng)著從理論到實踐的橋梁。筆者對化工原理實驗課程就實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)方式、實驗考核方式、成績評定等方面的改革實踐進(jìn)行了粗淺的探討，希望能拋磚引玉，促進(jìn)化工原理實驗課程的深入改革，進(jìn)一步提高化工原理實驗教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平。

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Explorationofteachingreformincourseofchemicalengineeringprinciplesexperiment

WANG Shicai1,2， LIU Heyang1,2， CHENG Zhong1,2

(1. School of Biological and Chemical Engineering, Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou 310023, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory for Chemical and BiologicalProessing Technology of Farm Products, Hangzhou 310023, China)

Chemical engineering principles is a major professional foundation course for chemical engineering and near chemical engineering. It is a beginning to guide the students from the pure theory towards practice and engineering. Chemical engineering principles experiment curriculum is an important link between theory and practice, and plays the role of a bridge between them. To improve teaching quality and teaching level, and based on some problems existing in the traditional teaching process of this curriculum, we preliminarily explore the teaching innovation of the curriculum from aspects of experimental teaching content, experimental teaching ways and examination and score-evaluating system to accelerate the teaching reform and promote the curriculum development.

chemical engineering principles; experiment teaching; teaching reform

10.3969/j.issn.1671-8798.2013.05.015

2013-07-18

浙江科技學(xué)院教學(xué)研究項目(2011ⅡB-a17)

王士財(1966— ),男,浙江省杭州人,教授,碩士,主要從事化學(xué)化工及高分子的教學(xué)與研究。

G642.3;TQ062

A

1671-8798(2013)05-0400-05