楊俊松，孫遠東

（蚌埠醫(yī)學院，安徽 蚌埠 233000）

工程性化學實驗創(chuàng)新教學中的幾點探討

楊俊松，孫遠東

（蚌埠醫(yī)學院，安徽 蚌埠 233000）

工程性化學實驗課程是制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關專業(yè)的實驗課程.通過對工程性化學實驗課程自身特點的把握，結合工程性化學實驗教學實踐，與傳統(tǒng)實驗教學方式有機結合，創(chuàng)新教學方法，優(yōu)化課堂教學，提高教學質(zhì)量.

工程性；化學實驗；教學

工程性化學實驗課程是制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關專業(yè)的實驗課程，課程教學中十分注重培養(yǎng)工程設計的觀念，以突出與基礎化學實驗課程的不同，在課程設置安排上，對于整個培養(yǎng)計劃中的基礎課和專業(yè)課，主要發(fā)揮著橋梁作用.而工程性化學實驗課程對于制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關專業(yè)學生又是極其重要的必修課程.其基本任務是通過從工程設計的理念出發(fā)，要求學生使用一些相關專業(yè)培養(yǎng)過程中需要掌握的生產(chǎn)設備，或者模擬生產(chǎn)設備，親身體會理論課中討論的一些實驗現(xiàn)象，通過動手操作拿到第一手資料，比起理論公式的推導，更能訓練同學們解決實際問題的能力.某些具體實驗操作可以請同學們先組隊制定實驗方案，在實驗教師的主持下，各組之間互相找對應實驗方案的不足，然后進行相應改進，相對于給同學們早已制定好的實驗方案更有意義，讓同學們更有自己做工程設計的感覺.通過本項目建設，目的在于探索一套適合醫(yī)學院校制藥和食品工程專業(yè)在工程性化學實驗教學中確實行之有效的教學方法，切合工程性化學實驗教學的直觀性、示范性、實踐性特點[1]，在工程性化學實驗教育領域具有重大意義.

1 實驗教學改革需具備工程設計理念

由于具有數(shù)字化的特點，同學們可以利用具體的實驗裝置的程序設定裝置，設計實驗進行的模式.例如：可以設計成先升溫后降溫，也可以設計成先降溫后升溫，比較實驗結果是否有不同，不同點在哪里，如何解釋這些現(xiàn)象.實驗設計過程中首先要擬定一個具體的實驗安排表以及對實驗所得數(shù)據(jù)如何進行分析等.而工程性化學實驗通常涉及多變量多水平的實驗設計，如何安排和組織實驗，用最少的實驗獲取最有價值的實驗結果，將成為實驗設計的核心內(nèi)容.這就要求同學們在分組后，進行具體使用方案設計時，需反復推敲實驗安排表，首先確定必須要測定的數(shù)據(jù)，有了實驗主線以后，再研究哪些輔助數(shù)據(jù)也需獲得，又不至于大幅度增加實驗工作量.通過組內(nèi)同學的認真討論，可以拿出初步實驗方案，再放到實驗班級內(nèi)部討論，集思廣益，最終形成可行性實驗方案，交給實驗教師審核.審核通過后，即可以開展相關準備工作，主要是具體實驗步驟的制定，所需實驗材料和實驗試劑由實驗中心提供.

如何達到工程設計實驗課的效果，預習工作是必要前提，由于工程設計實驗課的特殊性，更要求同學們在工程設計實驗課之前進行認真的預習和對各相關接觸到的單元操作生產(chǎn)設備、實驗流程、數(shù)據(jù)監(jiān)控點、操作安全要點等問題的了解和熟悉.具體要求如下：（1）要求學生認真閱讀實驗指導書，對照理論教材以及相關的參考書，找出應事先掌握的知識點，明確所做實驗的目的、任務和操作要求；根據(jù)具體實驗任務，分析所需使用的理論依據(jù)；通過以上要求的信息，構思詳細的實驗流程、確定所需使用的實驗裝置；在實驗安排表上每個欄目框中標出應該測取的是哪些數(shù)據(jù)；實驗小組通過以上一系列工作后，可以擬定出初步的實驗方案等.（2）要求學生熟悉實際的實驗裝置和流程，能夠很清晰地判斷出需測控的數(shù)據(jù)點，了解需操作的生產(chǎn)設備或模擬生產(chǎn)設備和相關儀表的具體型號、儀器啟動程序及相應開關的調(diào)節(jié)方法，熟悉儀器操作要點和操作過程中的注意事項等.（3）為了使在工程性化學實驗中獲得的實驗數(shù)據(jù)點在所繪坐標軸上分布均勻，實驗前需初步確定出被測參數(shù)合理的實驗數(shù)據(jù)間隔，并預估實驗數(shù)據(jù)根據(jù)實驗條件的改變而發(fā)生的變化規(guī)律.（4）最后，在具體開始操作實驗之前，需要求學生寫出完整的預習報告，工程性實驗報告中要明確此次實驗的目的和任務、實驗原理、裝置流程示意圖、實驗步驟及操作注意事項等；在實驗前設計好原始數(shù)據(jù)記錄表，在表格中應該記下各項數(shù)據(jù)量的名稱、符號和單位等.

實驗教師要有意識地影響并引導學生，促進學生創(chuàng)新精神的形成和發(fā)展，這就要求教師必須努力注意創(chuàng)新教育的重要性.在工程性化學實驗教學過程中，要寬容學生在實驗操作中的失誤，實驗教師可以對其預習報告中不合理的部分進行適當?shù)囊龑?

2 工程性化學實驗教學改革的探討

基于工程性化學實驗的特點，應提高課堂演示實驗的可觀察性，注意培養(yǎng)學生的觀察能力.在工程性化學實驗課堂教學中，實驗操作是實驗教學的核心環(huán)節(jié)，學生只有通過操作才能了解和領會單元操作生產(chǎn)設備及實驗流程，做到了解如何實現(xiàn)實驗過程的優(yōu)化，通過分析各種非正常實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因并討論研究需要采取的調(diào)整措施.實驗操作中應注意：（1）學生進行工程性化學實驗時，首先應仔細檢查實驗裝置及實驗儀器儀表是否完好可用，對實驗動力設備如電動機、風機、泵等運轉設備必須進行詳細檢查；而對于各種閥門，尤其是一些回路閥或旁路閥，在實驗前更應仔細檢查其處于開啟或關閉狀態(tài)，對于具體的實驗要求，做到應打開的閥門需打開，應關閉的閥門要關閉，避免造成不必要的損失.實驗小組準備完畢后，在實驗教師檢查確認正常后，方可開始進行操作.（2）學生實驗中應該密切注意實驗儀表上的顯示數(shù)據(jù)的變化，通過在實驗操作中的及時調(diào)節(jié)，使整個實驗過程在規(guī)定的實驗條件下順利進行.在實驗操作過程中，實驗條件改變后，學生不能急于記錄相關實驗數(shù)據(jù)，由于工程性化學實驗中的所用的實驗設備需要一段時間穩(wěn)定，而且相關的實驗儀表也常常存在滯后現(xiàn)象，因此提醒學生一定要在實驗過程穩(wěn)定后，方可取樣或讀取相關實驗數(shù)據(jù).（3）在工程性化學實驗過程中，提醒學生切忌只顧埋頭操作和在實驗設備上讀取相關數(shù)據(jù)，而往往忽略了真正重要的對工程性化學實驗過程中相關實驗現(xiàn)象的仔細觀察.一定要告知學生，工程性化學實驗現(xiàn)象往往與工程設計的內(nèi)在機理和科學規(guī)律密切聯(lián)系，例如蒸餾塔板上氣液兩相的接觸狀態(tài)與交換效率的關系.要求學生自覺培養(yǎng)在實驗操作過程中勤于觀察、善于觀察的習慣，是制藥工程和食品質(zhì)量與安全等相關專業(yè)工程技術人員及科研工作者所必備的專業(yè)素質(zhì).（4）經(jīng)常遇到的情況是工程性化學實驗操作過程中往往會出現(xiàn)實驗小組預想不到的異常現(xiàn)象，或者實驗數(shù)據(jù)比預測情況出現(xiàn)明顯誤差時，要求學生應在實驗數(shù)據(jù)記錄中如實注明.實驗結束后，實驗小組同學應與實驗教師一起認真討論，討論研究異常實驗現(xiàn)象發(fā)生的原因，通過及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題或者對異常實驗現(xiàn)象做出合理的分析、解釋.（5）在具體工程性化學實驗過程中，要求學生認真記錄事先擬定好的原始實驗數(shù)據(jù)記錄表格，特別需要強調(diào)的是一定要保證實驗數(shù)據(jù)可靠、清楚、完善，按制藥工程等工程類專業(yè)現(xiàn)在的GMP（Good Manufacturing Practice）規(guī)范要求認真填寫，必須真實地反映實驗儀表的準確度，一般要求學生記錄數(shù)據(jù)要達到實驗儀表上最小分度以下一位數(shù)；實驗數(shù)據(jù)記錄后應及時請小組其他同學復核，以免由于匆忙而發(fā)生讀錯或寫錯的情況；所測工程性化學實驗數(shù)據(jù)的名稱、符號、單位也應做出相應的注明.（6）實驗結束后，實驗小組的實驗數(shù)據(jù)經(jīng)指導教師審查合格后，結束實驗操作.按照實驗操作結束流程，對照工程性化學實驗操作規(guī)程關閉相關實驗儀器設備，關閉總電源.最后，實驗小組一定要將實驗場地打掃干凈后，經(jīng)實驗教師的同意后，方可離開.

因此，對于工程性化學實驗教學，完成以上實驗教學改革的要求，實驗教師不但自己要做好實驗前的準備工作，更要強調(diào)學生做好充分的預習工作[2,3].

3 改變傳統(tǒng)基礎化學實驗報告模式，完善工程性化學實驗報告

相對于傳統(tǒng)基礎化學實驗報告，工程性化學實驗報告有著其不同的特點.對于制藥工程、食品質(zhì)量與安全等專業(yè)，工程性化學實驗報告是對實驗工作本身和實驗工作對象進行評價的主要依據(jù)，也是實驗工作的全面總結和系統(tǒng)概括，是實驗工作中不可缺少的重要環(huán)節(jié).要求學生如實書寫實驗報告的過程，就是對工程性化學實驗過程中所測取的數(shù)據(jù)加以處理，對學生所觀察的實驗現(xiàn)象加以分析研究，便于從中找出實驗現(xiàn)象中的客觀規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系的過程.如果學生做了實驗而不寫實驗報告，就等于做實驗有始無終，半途而廢.因此，對于制藥工程、食品質(zhì)量與安全等專業(yè)的學生而言，通過進行工程性化學實驗并認真寫出實驗報告，是一種必不可少的基礎訓練.由于，工程性化學實驗不同于基礎化學實驗，所以實驗教師應提倡學生在正式實驗報告前應該先寫實驗摘要，目的是訓練學生綜合分析、概括問題的能力.工程性化學實驗報告一般有以下幾點要求：（1）要求學生規(guī)范書寫工程性化學實驗報告，首先每篇工程性化學實驗報告應有準確的名稱，需列在實驗報告的最前面，實驗報告名稱力求簡潔、鮮明、準確.簡潔，就是字數(shù)要盡量少；鮮明，就是讓看實驗報告的人一目了然；準確，就是能恰當反映實驗的內(nèi)容.（2）要求學生明確實驗目的，需簡明扼要地說明為什么要進行這個實驗，做這個實驗要解決實際生產(chǎn)遇到的什么問題，常常是列出一二三條等.（3）要求學生寫清楚實驗的理論依據(jù)——實驗原理，需簡要說明實驗所依據(jù)的基本原理，包括實驗所涉及的主要概念、實驗依據(jù)的重要定律、公式及據(jù)此推算的重要結果，務必要求學生書寫準確、充分.（4）特別突出的也是與基礎化學實驗報告差別較大的是要求學生務必畫出實驗裝置示意圖，并標明所用實驗設備和儀器儀表的名稱、型號，這些其實是工程性化學實驗報告的關鍵所在，正如地理課中的地圖一樣，讓看實驗報告的人能夠一目了然，獲取大量主要信息.描繪完實驗裝置示意圖，還需讓學生在圖中標注出測量數(shù)據(jù)的測試點，最后在該圖的下面寫出圖名及各設備儀器的標號.（5）要求學生在工程性實驗報告中標明實驗操作方法和安全要點，這是保證工程性實驗報告中實驗數(shù)據(jù)準確性的重要之處.可以要求學生根據(jù)實際操作程序，按工程性化學實驗進行的時間的先后劃分為幾個步驟，這樣會使得整個操作步驟條理更為清晰.如果在實驗步驟的劃分過程中，能夠按照以改變某一組因素（如溫度參數(shù)或流量參數(shù)等）作為一個步驟，這樣的話，對于實驗操作過程的說明，就會更加簡單、明了.而對于整個實驗過程的安全要點要在操作程序中需特別標注，這是因為對于容易引起危險、損壞儀器儀表或反應設備以及一些對實驗數(shù)據(jù)影響比較大的操作，一定要在注意事項里給予特別突出的標示提醒，以引起實驗操作者的注意.（6）要求學生認真完成實驗數(shù)據(jù)記錄，因為實驗數(shù)據(jù)是實驗過程中從測量儀表所讀取的數(shù)值，所以一定要根據(jù)工程性化學實驗中的儀表的準確度決定實驗數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù).其中，學生讀取實驗數(shù)據(jù)的方法正確與否，是準確記錄實驗數(shù)據(jù)的保證.若實驗操作過程中，由于時間有限，可以先記在原始數(shù)據(jù)記錄表格里.同時，需記錄的實驗數(shù)據(jù)較多時，此原始數(shù)據(jù)記錄表格宜作為附錄放在報告的后面.

通過以上幾點工程性化學實驗報告中的規(guī)范書寫，既突出了工程性化學實驗報告有別于基礎化學實驗報告，同時又體現(xiàn)了工程性化學實驗報告自身工程設計的特點.

4 工程性化學實驗中創(chuàng)新思維的培育

作為醫(yī)學院校，面臨著工程性化學實驗薄弱的現(xiàn)實，怎樣適應新的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)既定的教學目標，培養(yǎng)同學們的工程設計觀念，激發(fā)同學們學習工程性化學實驗的積極性，這些都需要通過創(chuàng)新來完成.由于工程性化學實驗是制藥工程、食品質(zhì)量與安全及相關專業(yè)的基礎，因此在工程性化學實驗教學中的創(chuàng)新思維的培育顯得尤為重要[4,5].

例如：在對流傳熱實驗中，實驗教師可以要求各實驗小組同學分別讀出不同溫度區(qū)間冷流體水的進出口溫度t1和t2，以及熱流體空氣的進出口溫度T1和T2，同時在實驗操作過程中改變熱流體的流量并讀取數(shù)據(jù).而最后，全班同學都可以一邊觀摩展評，一邊接收別人評價的信息，學生之間的交互性更強，則有利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng).這是用大屏幕投影儀和傳統(tǒng)的電腦室所無法達到的.

通過諸如以上在具體工程性化學實驗課程教學中的一系列創(chuàng)新，制藥工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)學生的相關學習成績普遍提高，激發(fā)了學生的學習熱情，挖掘了學生潛力，發(fā)展了學生個性，較全面提高了制藥工程、食品質(zhì)量與安全專業(yè)學生綜合素質(zhì).

5 堅持綠色工程性化學實驗

在工程性化學實驗中，因為實驗用品用量普遍較基礎化學實驗用量多，所以對有安全綠色環(huán)保工程性化學實驗創(chuàng)新思想的學生予以加分和表揚，以此加強學生的工程性化學安全和綠色意識.我們還向學生提出了綠色工程性化學實驗的原則——循環(huán)實驗，其內(nèi)容是遵循綠色工程性化學實驗原則，即本實驗室除普通垃圾外無化學試劑類廢棄物，設計綠色工程性化學實驗工藝來完成這一目標.

綜上所述，作為醫(yī)學院校如何辦好像制藥工程、食品質(zhì)量與安全等工程類專業(yè)，為了彌補工程性化學實驗教學相對薄弱的現(xiàn)狀，必須進行一系列的工程性化學實驗教學改革，創(chuàng)新教學方法，從工程性化學實驗的預習、實驗操作過程中的注意事項、工程性化學實驗報告的規(guī)范書寫等方面，對學生提出不同于基礎化學實驗的要求，以培養(yǎng)制藥工程、食品質(zhì)量與安全等工程類專業(yè)學生的工程設計理念，提高工程設計、解決實際問題的能力，從而達到專業(yè)培養(yǎng)目標.

〔1〕李南薇.化工原理課程設計改革初探[J].廣西輕工業(yè)，2011（3）：130～135.

〔2〕王學榮，王飛，周玲，等.食品工程原理課程設計的改革與實踐[J].中國輕工教育，2007（3）：50～52.

〔3〕陳芳芳.關于化工原理課程設計教學改革的幾點體會[J].職業(yè)教育研究，2008（3）：144～145.

〔4〕丁貞喬.改革考試方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[J].化學教育，2001，22（5）：11～12.

〔5〕郭慶豐，彭勇，余立新，等.在化工原理實驗教學中培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力[J].化工高等教育，2004（1）：45～47.

G434

A

1673-260X（2017）02-0188-03

2016-12-25

安徽省教育廳資助項目（KJ2015A167,gxyqZD2016157,201510367009,201610367019,2015zytz032）；蚌埠醫(yī)學院資助項目（BYKY1413ZD,jyxm1508）