工程教育認(rèn)證的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

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摘要:化工原理實(shí)驗(yàn)是化工專業(yè)的重要實(shí)踐課程之一，是理論聯(lián)系實(shí)踐的橋梁?；?a href="http://m.coffee125.com/lunwen/shiyanjiaoxuelunwen/172190.html" target="_blank">工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本理念，針對(duì)目前化工原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的主要問題，提出從教學(xué)軟硬件設(shè)施、教學(xué)模式及方法、工程意識(shí)培養(yǎng)及鍛煉、考核方式等方面進(jìn)行改革與探索，旨在改善教學(xué)效果，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:工程教育專業(yè)認(rèn)證;化工原理實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工類專業(yè)必修實(shí)驗(yàn)課程之一，它基于先修的《化工原理》理論課程的基礎(chǔ)知識(shí)，以化工單元操作過程的原理、設(shè)備、流程為主要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、組織實(shí)施、實(shí)踐操作以及數(shù)據(jù)處理等綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和工程實(shí)踐能力［1］。工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)專業(yè)建設(shè)提出了新標(biāo)準(zhǔn)和新要求，在此背景下，作為具有較強(qiáng)工程實(shí)踐特點(diǎn)的化工原理實(shí)驗(yàn)課程需要根據(jù)認(rèn)證要求，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行必要的改革與探索，切實(shí)踐行“成果導(dǎo)向教育(OutcomeBasedEducation，簡稱OBE)”這一工程教育認(rèn)證的基本理念［2］。筆者對(duì)近年來江漢大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)在化工原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革與探索過程中的一些問題、方法、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，旨在進(jìn)一步改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀分析

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)主要由實(shí)驗(yàn)理論課、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與實(shí)驗(yàn)考核這幾個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)組成，在傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，主要存在以下問題和不足:化工原理理論課與實(shí)驗(yàn)課開設(shè)不同步，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)開展時(shí)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的理論知識(shí)有所遺忘，直接影響實(shí)驗(yàn)效果［3］。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)不充分，預(yù)習(xí)過程中大多數(shù)學(xué)生主要依賴教師集中講解實(shí)驗(yàn)的原理、內(nèi)容及主要要求，然后將相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、?shí)驗(yàn)裝置與流程、實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)照實(shí)驗(yàn)講義抄寫一遍［4］，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理理解不透徹，對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的流程、設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該記錄的數(shù)據(jù)不清晰，在整個(gè)預(yù)習(xí)過程中并沒有積極主動(dòng)思考問題;由于預(yù)習(xí)不夠充分，直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)設(shè)備、流程梳理不到位，機(jī)械地按照教師的示范或講義的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一旦有問題出現(xiàn)就手忙腳亂，不知如何處理。此外，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限，每組學(xué)生可能多至4～5人，有些學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中只是袖手旁觀，跟著吃大鍋飯，學(xué)生的動(dòng)手能力沒有得到充分鍛煉，工程實(shí)踐能力也沒有得到應(yīng)有的提升，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳。最后，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生缺乏工程意識(shí)和鍛煉;在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫環(huán)節(jié)有部分學(xué)生只是處理一下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并未對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題進(jìn)行深入分析和總結(jié)，有個(gè)別學(xué)生甚至抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告。傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)成績主要依據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出，但由于存在上述不良現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)報(bào)告不能客觀、全面反應(yīng)出學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和掌握程度［5］，無法考量學(xué)生的實(shí)際操作能力和發(fā)現(xiàn)、分析、解決工程問題的能力。

2化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索

鑒于化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在上述問題和不足，為了踐行工程教育認(rèn)證的基本理念，對(duì)照認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)和本專業(yè)畢業(yè)要求，我們對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)從教學(xué)軟硬件設(shè)施、教學(xué)模式及方法、工程意識(shí)培養(yǎng)及鍛煉、考核方式等方面進(jìn)行了改革與探索。

2．1改善教學(xué)軟硬件設(shè)施

綜合考慮工程教育認(rèn)證和化工專業(yè)對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求，有針對(duì)性地采購與化工原理實(shí)驗(yàn)配套的仿真軟件、增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備的臺(tái)套數(shù)、升級(jí)部分陳舊設(shè)備。如采購了流體流動(dòng)、精餾、萃取等經(jīng)典化工原理實(shí)驗(yàn)的仿真軟件，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)階段增加仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和運(yùn)行，有利于強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果。為了保障生均設(shè)備臺(tái)套數(shù)滿足認(rèn)證要求，增添了多套流體流動(dòng)、換熱、精餾、吸收和過濾裝置，滿足每組學(xué)生2～3人一起開展實(shí)驗(yàn)，同學(xué)之間分工協(xié)作，使得每一位學(xué)生充分參與到實(shí)驗(yàn)過程中，極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。除此之外，還升級(jí)了部分陳舊設(shè)備，例如，將原有的流量計(jì)校正、流動(dòng)阻力測定、離心泵性能曲線測定三套獨(dú)立的舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備升級(jí)為一套流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)裝置，不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)用地，而且學(xué)生通過綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的理解與運(yùn)用，循序漸進(jìn)地提高其創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

2．2優(yōu)化教學(xué)模式及方法

工程教育專業(yè)認(rèn)證強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置和安排均以學(xué)生為主體，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性［6］。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，將傳統(tǒng)以教師為主導(dǎo)的灌輸式教學(xué)模式改革為以學(xué)生為中心的引導(dǎo)式、互動(dòng)式、開放式教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)時(shí)做到理論預(yù)習(xí)、仿真預(yù)習(xí)和現(xiàn)場預(yù)習(xí)三者相結(jié)合。理論預(yù)習(xí)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生了解和熟悉實(shí)驗(yàn)的目的、原理、涉及的主要設(shè)備，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的步驟和程序，手繪實(shí)驗(yàn)的主要工藝流程圖，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格、明確實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該關(guān)注的參數(shù)等。教師積極引導(dǎo)學(xué)生利用仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)資源，學(xué)生通過仿真軟件，結(jié)合理論預(yù)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)演，熟悉實(shí)驗(yàn)操作，關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的新問題和注意事項(xiàng)，以此提高實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力與分析、解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)備提前對(duì)學(xué)生開放，讓學(xué)生實(shí)地熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備、閥門、儀表、實(shí)驗(yàn)涉及的工藝流程及安全操作注意事項(xiàng)，為后期實(shí)驗(yàn)開展做好準(zhǔn)備工作。在預(yù)習(xí)這一環(huán)節(jié)的教學(xué)中，教師時(shí)刻注意以學(xué)生為中心，多采用問題教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)興趣，讓學(xué)生積極參與到實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中來，發(fā)揮主觀能動(dòng)性。學(xué)生預(yù)約進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作之前教師要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告是否完善，通過對(duì)學(xué)生提出問題，檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果;實(shí)驗(yàn)前引導(dǎo)學(xué)生梳理實(shí)驗(yàn)的工藝流程和注意事項(xiàng)，強(qiáng)調(diào)在操作中應(yīng)該注意的安全問題;具體操作細(xì)節(jié)先不做講解和示范，讓學(xué)生自行探索，待他們自己發(fā)現(xiàn)問題后教師介入，引導(dǎo)學(xué)生分析、討論問題，最終找到解決問題的辦法。在這一過程中，學(xué)生能深刻理解和應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)。如實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的一系列問題:(1)離心泵啟動(dòng)后不出水的原因可能是什么，離心泵的實(shí)驗(yàn)開始前為什么要灌泵?離心泵串聯(lián)實(shí)驗(yàn)中，串聯(lián)泵出現(xiàn)嗡鳴、異響可能是什么問題?應(yīng)該如何解決?2)流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)中，文丘里流量計(jì)測量時(shí)實(shí)驗(yàn)測量值偏小，可能是什么原因造成的?3)流動(dòng)阻力測量時(shí)，在測量大流量時(shí)，測壓點(diǎn)壓差通過什么元件測量?此時(shí)U型管壓差的進(jìn)入閥門應(yīng)該處于什么狀態(tài)?(4)精餾實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量下降，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)精餾塔?學(xué)生通過對(duì)這一系列問題的思考、分析、討論到最終解決，不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、單元操作的理論知識(shí)理解更深入，而且其工程意識(shí)和分析問題、解決問題的能力也得到了強(qiáng)化［7］。實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫中，每名學(xué)生選取一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出完整的數(shù)據(jù)處理過程，以此避免同學(xué)之間抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況發(fā)生，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖。此外，增加結(jié)果分析和討論環(huán)節(jié)，以此培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)、撰寫科學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告及就復(fù)雜工程問題與同行進(jìn)行溝通交流的能力［8］。此外，通過組織學(xué)生參加化工原理實(shí)驗(yàn)大賽促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽，并對(duì)參賽學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)培訓(xùn)，針對(duì)輔導(dǎo)，做到“以賽促教，以賽促學(xué)，賽學(xué)結(jié)合”，實(shí)現(xiàn)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用與拓展［3］。

2．3注重工程意識(shí)培養(yǎng)和鍛煉工程實(shí)踐能力

鑒于化工原理實(shí)驗(yàn)的工程實(shí)踐特點(diǎn)，在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)滲透工程觀念，激發(fā)學(xué)生對(duì)工程問題的思考和探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題，做到學(xué)以致用，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)理論所學(xué)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生討論、分析該方案在生產(chǎn)實(shí)踐中的可行性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及環(huán)境保護(hù)等實(shí)際工程問題。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，讓學(xué)生梳理工藝流程、裝置中的開關(guān)和閥門所處狀態(tài)，類似化工廠開車前的準(zhǔn)備工作。實(shí)驗(yàn)操作中讓學(xué)生牢記“安全”二字，避免設(shè)備損壞和事故發(fā)生。同時(shí)，通過分組實(shí)驗(yàn)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行有效溝通的能力、組織協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊(duì)精神。實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié)，要求學(xué)生最后從工程實(shí)際角度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出評(píng)價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生的分析和總結(jié)能力。此外，還以化工原理實(shí)驗(yàn)大賽為契機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生積極參賽挑戰(zhàn)和鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力［9］。

2．4完善考核方式

如前所述，原有化工原理實(shí)驗(yàn)課程考核的成績由預(yù)習(xí)理論考試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績組成，缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的考核，而且實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在部分雷同現(xiàn)象，難以客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力。目前，已將該課程的考核方式修訂為由預(yù)習(xí)理論考試、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)操考核組成。在實(shí)操考核中，學(xué)生分組進(jìn)行抽簽確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，過程中注重考察學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理與否，實(shí)驗(yàn)操作正確與否，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的讀取正確與否，組內(nèi)學(xué)生是否注意團(tuán)隊(duì)協(xié)作等。新的考核方式與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)掛鉤，突出學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的表現(xiàn)成績，這樣既可以調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極主動(dòng)性，又可以根據(jù)考核結(jié)果形成有針對(duì)性的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量［10］。

3結(jié)語

化工原理實(shí)驗(yàn)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，通過對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的軟件及硬件設(shè)施、教學(xué)模式及方法、工程觀念培養(yǎng)及考核方式等進(jìn)行改革實(shí)踐，探索建立符合當(dāng)前工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的化工原理實(shí)驗(yàn)課程體系，提升教學(xué)效果，全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力、工程意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和綜合應(yīng)用能力。

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作者：姚振華 胥桂萍 周富榮 陳婷 胡茂從 單位：江漢大學(xué)