工程教育認證的化工原理實驗教學改革

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摘要:化工原理實驗是化工專業(yè)的重要實踐課程之一，是理論聯(lián)系實踐的橋梁。基于工程教育專業(yè)認證的基本理念，針對目前化工原理實驗課程教學中存在的主要問題，提出從教學軟硬件設(shè)施、教學模式及方法、工程意識培養(yǎng)及鍛煉、考核方式等方面進行改革與探索，旨在改善教學效果，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:工程教育專業(yè)認證;化工原理實驗;教學改革

化工原理實驗是化工類專業(yè)必修實驗課程之一，它基于先修的《化工原理》理論課程的基礎(chǔ)知識，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)學生進行工程實驗的設(shè)計、組織實施、實踐操作以及數(shù)據(jù)處理等綜合運用知識的能力和工程實踐能力［1］。工程教育專業(yè)認證對專業(yè)建設(shè)提出了新標準和新要求，在此背景下，作為具有較強工程實踐特點的化工原理實驗課程需要根據(jù)認證要求，對傳統(tǒng)實驗教學模式進行必要的改革與探索，切實踐行“成果導向教育(OutcomeBasedEducation，簡稱OBE)”這一工程教育認證的基本理念［2］。筆者對近年來江漢大學化學工程與工藝專業(yè)在化工原理實驗課程教學改革與探索過程中的一些問題、方法、經(jīng)驗進行了總結(jié)，旨在進一步改善實驗教學效果，鍛煉學生工程實踐能力，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1化工原理實驗教學的現(xiàn)狀分析

化工原理實驗教學環(huán)節(jié)主要由實驗理論課、實驗預習、實驗操作、實驗報告與實驗考核這幾個教學環(huán)節(jié)組成，在傳統(tǒng)的化工原理實驗教學過程中，主要存在以下問題和不足:化工原理理論課與實驗課開設(shè)不同步，導致實驗開展時學生對實驗涉及的理論知識有所遺忘，直接影響實驗效果［3］。傳統(tǒng)實驗教學過程中實驗預習不充分，預習過程中大多數(shù)學生主要依賴教師集中講解實驗的原理、內(nèi)容及主要要求，然后將相關(guān)實驗目的、原理、實驗裝置與流程、實驗步驟對照實驗講義抄寫一遍［4］，學生對實驗的原理理解不透徹，對實驗涉及的流程、設(shè)備及實驗過程中應該記錄的數(shù)據(jù)不清晰，在整個預習過程中并沒有積極主動思考問題;由于預習不夠充分，直接導致實驗過程中對設(shè)備、流程梳理不到位，機械地按照教師的示范或講義的步驟進行實驗操作，一旦有問題出現(xiàn)就手忙腳亂，不知如何處理。此外，由于實驗設(shè)備臺套數(shù)有限，每組學生可能多至4～5人，有些學生在實驗過程中只是袖手旁觀，跟著吃大鍋飯，學生的動手能力沒有得到充分鍛煉，工程實踐能力也沒有得到應有的提升，最終導致實驗教學效果不佳。最后，傳統(tǒng)實驗教學過程中，學生缺乏工程意識和鍛煉;在實驗報告的撰寫環(huán)節(jié)有部分學生只是處理一下實驗數(shù)據(jù)，并未對實驗過程中遇到的問題進行深入分析和總結(jié)，有個別學生甚至抄襲實驗報告。傳統(tǒng)的化工原理實驗成績主要依據(jù)學生的實驗報告給出，但由于存在上述不良現(xiàn)象，實驗報告不能客觀、全面反應出學生對實驗的認識和掌握程度［5］，無法考量學生的實際操作能力和發(fā)現(xiàn)、分析、解決工程問題的能力。

2化工原理實驗教學的改革與探索

鑒于化工原理實驗教學存在上述問題和不足，為了踐行工程教育認證的基本理念，對照認證的標準和本專業(yè)畢業(yè)要求，我們對化工原理實驗教學從教學軟硬件設(shè)施、教學模式及方法、工程意識培養(yǎng)及鍛煉、考核方式等方面進行了改革與探索。

2．1改善教學軟硬件設(shè)施

綜合考慮工程教育認證和化工專業(yè)對化工原理實驗的教學要求，有針對性地采購與化工原理實驗配套的仿真軟件、增加實驗設(shè)備的臺套數(shù)、升級部分陳舊設(shè)備。如采購了流體流動、精餾、萃取等經(jīng)典化工原理實驗的仿真軟件，讓學生在預習實驗階段增加仿真實驗的學習和運行，有利于強化預習效果。為了保障生均設(shè)備臺套數(shù)滿足認證要求，增添了多套流體流動、換熱、精餾、吸收和過濾裝置，滿足每組學生2～3人一起開展實驗，同學之間分工協(xié)作，使得每一位學生充分參與到實驗過程中，極大調(diào)動了學生的積極性和團隊協(xié)作能力。除此之外，還升級了部分陳舊設(shè)備，例如，將原有的流量計校正、流動阻力測定、離心泵性能曲線測定三套獨立的舊實驗設(shè)備升級為一套流動過程綜合實驗裝置，不僅節(jié)約了實驗用地，而且學生通過綜合設(shè)計實驗加深對理論知識的理解與運用，循序漸進地提高其創(chuàng)新意識和工程實踐能力。

2．2優(yōu)化教學模式及方法

工程教育專業(yè)認證強調(diào)“以學生為中心”，因此實驗教學的各個環(huán)節(jié)設(shè)置和安排均以學生為主體，調(diào)動學生學習的自主性［6］。為提高學生學習的主動性和創(chuàng)造性，將傳統(tǒng)以教師為主導的灌輸式教學模式改革為以學生為中心的引導式、互動式、開放式教學模式。實驗預習時做到理論預習、仿真預習和現(xiàn)場預習三者相結(jié)合。理論預習時，引導學生了解和熟悉實驗的目的、原理、涉及的主要設(shè)備，自主設(shè)計實驗的步驟和程序，手繪實驗的主要工藝流程圖，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格、明確實驗過程中應該關(guān)注的參數(shù)等。教師積極引導學生利用仿真實驗教學平臺資源，學生通過仿真軟件，結(jié)合理論預習對實驗進行預演，熟悉實驗操作，關(guān)注實驗過程中出現(xiàn)的新問題和注意事項，以此提高實驗的設(shè)計能力與分析、解決問題的能力。實驗設(shè)備提前對學生開放，讓學生實地熟悉實驗設(shè)備、閥門、儀表、實驗涉及的工藝流程及安全操作注意事項，為后期實驗開展做好準備工作。在預習這一環(huán)節(jié)的教學中，教師時刻注意以學生為中心，多采用問題教學模式，激發(fā)學生的學習實驗興趣，讓學生積極參與到實驗預習中來，發(fā)揮主觀能動性。學生預約進入實驗室后，進行實驗操作之前教師要檢查學生的預習報告是否完善，通過對學生提出問題，檢驗學生的預習效果;實驗前引導學生梳理實驗的工藝流程和注意事項，強調(diào)在操作中應該注意的安全問題;具體操作細節(jié)先不做講解和示范，讓學生自行探索，待他們自己發(fā)現(xiàn)問題后教師介入，引導學生分析、討論問題，最終找到解決問題的辦法。在這一過程中，學生能深刻理解和應用所學理論知識。如實驗過程中可能出現(xiàn)的一系列問題:(1)離心泵啟動后不出水的原因可能是什么，離心泵的實驗開始前為什么要灌泵?離心泵串聯(lián)實驗中，串聯(lián)泵出現(xiàn)嗡鳴、異響可能是什么問題?應該如何解決?2)流量計校正實驗中，文丘里流量計測量時實驗測量值偏小，可能是什么原因造成的?3)流動阻力測量時，在測量大流量時，測壓點壓差通過什么元件測量?此時U型管壓差的進入閥門應該處于什么狀態(tài)?(4)精餾實驗中，出現(xiàn)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量下降，應該如何調(diào)節(jié)精餾塔?學生通過對這一系列問題的思考、分析、討論到最終解決，不僅對實驗原理、單元操作的理論知識理解更深入，而且其工程意識和分析問題、解決問題的能力也得到了強化［7］。實驗報告撰寫中，每名學生選取一組實驗數(shù)據(jù)，寫出完整的數(shù)據(jù)處理過程，以此避免同學之間抄襲實驗報告的情況發(fā)生，同時鼓勵學生運用計算機相關(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)學生歸納總結(jié)、撰寫科學實驗報告及就復雜工程問題與同行進行溝通交流的能力［8］。此外，通過組織學生參加化工原理實驗大賽促進實驗教學改革。鼓勵、引導學生參加全國大學生化工實驗大賽，并對參賽學生進行重點培訓，針對輔導，做到“以賽促教，以賽促學，賽學結(jié)合”，實現(xiàn)化工原理實驗教學內(nèi)容的應用與拓展［3］。

2．3注重工程意識培養(yǎng)和鍛煉工程實踐能力

鑒于化工原理實驗的工程實踐特點，在每一個實驗環(huán)節(jié)中根據(jù)教學內(nèi)容和特點滲透工程觀念，激發(fā)學生對工程問題的思考和探究興趣，引導學生用所學知識解決工程實際問題，做到學以致用，以此培養(yǎng)學生的工程意識和鍛煉學生的工程實踐能力。實驗預習階段，鼓勵學生根據(jù)理論所學自行設(shè)計實驗方案，引導學生討論、分析該方案在生產(chǎn)實踐中的可行性、經(jīng)濟性、安全性及環(huán)境保護等實際工程問題。在實驗準備階段，讓學生梳理工藝流程、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備工作。實驗操作中讓學生牢記“安全”二字，避免設(shè)備損壞和事故發(fā)生。同時，通過分組實驗有意識地培養(yǎng)學生在實驗過程中進行有效溝通的能力、組織協(xié)調(diào)能力和團隊精神。實驗報告環(huán)節(jié)，要求學生最后從工程實際角度對實驗結(jié)果做出評價，培養(yǎng)學生的分析和總結(jié)能力。此外，還以化工原理實驗大賽為契機，引導學生積極參賽挑戰(zhàn)和鍛煉，培養(yǎng)學生的工程能力［9］。

2．4完善考核方式

如前所述，原有化工原理實驗課程考核的成績由預習理論考試和實驗報告成績組成，缺乏對學生實驗操作能力的考核，而且實驗報告存在部分雷同現(xiàn)象，難以客觀評價學生的綜合能力。目前，已將該課程的考核方式修訂為由預習理論考試、實驗操作、實驗報告、實操考核組成。在實操考核中，學生分組進行抽簽確定實驗項目，過程中注重考察學生實驗設(shè)計合理與否，實驗操作正確與否，實驗數(shù)據(jù)的讀取正確與否，組內(nèi)學生是否注意團隊協(xié)作等。新的考核方式與實驗教學的各個環(huán)節(jié)掛鉤，突出學生實驗過程的表現(xiàn)成績，這樣既可以調(diào)動學生實驗的積極主動性，又可以根據(jù)考核結(jié)果形成有針對性的持續(xù)改進機制，提高實驗教學效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量［10］。

3結(jié)語

化工原理實驗課程是一門實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課。在工程教育專業(yè)認證背景下，通過對化工原理實驗教學的軟件及硬件設(shè)施、教學模式及方法、工程觀念培養(yǎng)及考核方式等進行改革實踐，探索建立符合當前工程教育專業(yè)認證要求的化工原理實驗課程體系，提升教學效果，全面培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力、工程意識、團隊協(xié)作精神和綜合應用能力。

參考文獻

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［10］姬登祥，張云，應惠娟，等．工程教育專業(yè)認證背景下化工原理實驗教學探索［J］．教育教學論壇，2019(43):265－267．

作者：姚振華 胥桂萍 周富榮 陳婷 胡茂從 單位：江漢大學