科學方法在《化工原理》實驗教學改革中的應用

張佳麗，儀桂云

(河南理工大學材料科學與工程學院，河南焦作 454000)

科學方法是人類科學實踐的產物，并且隨著科學的發展不斷得到充實和提高。科學的發展往往依賴于科學方法的正確運用，科學技術的重要突破往往依賴于科學方法的重大變革和創新。科學方法的創立、移植和滲透，已成為一系列重大發現的轉折點、一系列邊緣科學的生長點［1］。《化工原理》是高校化工類學生必修的一門專業基礎課，《化工原理》實驗教學舉足輕重，是培養學生運用基礎理論、分析和解決化工單元操作中各種工程實際問題的重要平臺，是培養學生實踐能力、創新能力、科研能力和綜合素質的重要環節。《化工原理》實驗教學改革應站在科學方法論的高度，在教學內容與教學模式的改革中，應注重對學生進行思維方法的訓練，提高學生分析問題、解決問題的能力。

1 運用科學方法促進實驗教學內容的改革

科學思維方法有感性思維方法(觀察、實驗)、理性思維方法(科學抽象、歸納和演繹、分析和綜合)和非理性思維方法(想象、直覺和靈感)等［2］。人們認識問題往往由淺入深，由簡單到復雜，由感性到理性，由單一到綜合。鍛煉多種思維方法而不是單一的思維方法是培養學生創新能力、提高綜合素質的有效途徑。然而，傳統的化工原理實驗大多是形式單一的驗證性實驗，這種單一的驗證性實驗不是培養而是扼殺了學生的一些創新思維。因此，遵循科學思維循序漸進、逐步深化的規律，《化工原理》實驗教學內容改革應構建階梯式的實驗教學內容體系。

1.1 基礎驗證性實驗必不可少

《化工原理》實驗中，第一層次即是基礎驗證性實驗，必不可少。主要內容有基本技能實驗，如流量、壓力、泵等各類儀器設備的使用與校正;基礎實驗數據測試實驗如雷諾實驗、柏努利實驗、阻力實驗等。基礎驗證性實驗中，教師應給出具體的實驗步驟、設備操作方法和注意事項等，注重培養學生實驗技能，熟悉化工儀表操作，注重實驗數據的運算和分析等能力。扎實而深厚的基礎知識是進行創新的基礎和前提，離開基礎知識空談創新能力培養，無疑就成了無源之水，無本之木;片面強調綜合性、創新性實驗，而忽視認知性、方法性實驗的作用，無疑是舍本逐末，因此，基礎驗證性實驗不可或缺。

1.2 設計研究性實驗為主要內容

大學生創新能力的培養是實驗教學改革永恒的主題。思維方法既需要潛移默化的滲透，也需要有目的的訓練。創新源于問題，始于實踐。設計性、綜合性、研究性實驗是根據實驗目的、要求和實驗條件，以“問題”為中心，要求學生針對某一些問題自行設計實驗方案。要求學生綜合多門學科的知識和多種實驗原理進行實驗設計，要求學生掌握從設定問題到提出和優化解決方案，從新理論、新方法、新技術入手，強調新思路、新數據、新證據和新認識，鼓勵創新，有效地提高學生整體的綜合素質和創新能力［3］。

化工原理實驗具有典型的科學性、工程性、研究性等特點，復雜的工程問題，實用性較強的專題研究實驗往往能激發學生的研究興趣和探索熱情。在設計性、綜合性、研究性實驗中強調科學方法教育，鼓勵學生進行集中思維與發散思維，正向思維與逆向思維、整體思維與局部思維、類比思維與聯想思維，以鍛煉學生科學思維方法為落腳點，目標則是營造自主學習、自主實踐、大膽創新的環境［4］。

在設計性、綜合性、研究性實驗中，教師只需給出命題或任務，提供網絡資源供學生查找相關資料，沒有實驗指導書，沒有操作步驟，以學生為主、教師為輔，鼓勵學生多觀察、勤思考，善于發現問題、分析問題與解決問題;允許學生失敗;重視實驗中出現的“悖論”［5］。在設計性、綜合性、研究性實驗中，學生有了主動權，就可充分發揮主觀能動性，激發求知欲與創造力;在查找資料過程中，能加深學生對理論知識的理解，并拓寬了學生的知識面;在實驗過程中，培養了學生觀察能力，激發創造靈感;在失敗中，培養學生嚴謹的工作作風，百折不撓的科學精神;重視“悖論”，既可培養學生思辮能力，也往往是新發現的開始。總之，重視設計性、綜合性、研究性實驗的教學改革，是我國國家人才培養模式改變的重大突破，代表了國家的未來和希望。

2 運用科學方法促進實驗教學模式的改革

實驗室是高校人才培養的基礎平臺，是創新人才培養的重要基地，需要大量的資金投入。傳統的實驗教學方式，造成實驗室忙時暴滿，閑時大半年無人問津的奇怪現象。隨著《化工原理》實驗教學內容的改革，尤其是設計性、綜合性、創新性實驗大量增加，資金需求更為巨大，這種矛盾也更加尖銳，亟須改變。因此，改變傳統的實驗教學方式，建立實驗室開放管理制度，充分發揮仿真技術的作用，迫在眉睫。

2.1 改變傳統實驗教學方式

《化工原理》實驗需要比較大的資金投入，因此，即使資金雄厚的高校，其每個實驗項目臺(套)數也不過6～7臺(套)。傳統的實驗教學方式，是一種集中教學，是在同一實驗教學時間，學生分組進行實驗，有時多達十幾人一臺套設備，多數同學沒有動手機會，實際操作能力不能得到鍛煉。《化工原理》實驗做完后，往往是糊里糊涂的大有人在，還談什么綜合能力的培養。

隨著《化工原理》實驗教學內容的改革，改變傳統的集中式實驗教學為分散式實驗教學是行之有效的方法。所謂分散式實驗教學，就是每個學生可根據自己意愿，結合預約，參與實驗項目。分散式實驗教學具有許多優點:①每個學生都能參與實驗。在實驗中培養動手能力、觀察能力及與他人的分工協作能力，鍛煉基本的實驗能力與技能。②減少實驗投資。進行分散式實驗教學，則每個實驗項目只需1～2臺(套)即可，可節省大量的資金用于購買設計性、創新性實驗儀器設備。③學生有了主動權，從“要我實驗”改變成“我要實驗”，調動了學生的積極性與能動性。

2.2 建立實驗室開放制度

以前，高等學校的大部分實驗室學生是封閉式的。學生只能在課程安排的時間內到實驗室做規定的實驗項目。這種封閉式的實驗教學方法不利于培養學生動手能力。為此，教育部于2001年正式頒布《關于加強本科教學工作的若干意見》，正式提出要在高校建設開放實驗室。并在本科教育評估體系中也將開放實驗室作為一個評估指標［6］。這樣，實驗室真的成了學生自己的實驗室，是學生培養興趣、探索自然、大膽設想、細心求證的舞臺。這種可隨時進入實驗室進行自習、實驗、設計的制度是高校實驗教學的一項重大改革，是為適應形式發展需要，適應實驗教學內容改革，提高教學質量，切實增加學生的實踐機會、選擇實驗時間，實驗項目的制度，為學生在實驗中發揮主動性、能動性、創造性提供條件。有利于培養學生創新能力，提高學生綜合素質。

2.3 充分發揮仿真技術的作用

計算機仿真實驗技術教學是一種新型的教學方法。它以仿真技術為基礎，在計算機上用實時運行的動態模型代替真實實驗裝置完成實驗操作、采集數據和進行數據處理并得出結果。利用多媒體技術真實地再現生產中的基本單元過程，使學生通過親自動手，反復操作，加深理解化工單元過程及設備的基本原理、熟練掌握各個單元過程的實際操作技能。提高了學生學習興趣和動手能力。在分散式實驗教學中，計算機仿真實驗教學技術可作為學生學習實驗操作的重要工具。在設計性、創新性實驗中，計算機仿真技術又可預演、驗證實驗的正確性，可以在一定程度上避免實驗的盲目性。

總之，學習和掌握科學方法，對未來人才培養、科學發展以及社會進步至關重要。《化工原理》實驗教學集“科學性、工程性、研究性”于一身，實驗教學中應貫穿科學方法教育。在《化工原理》實驗教學內容與教學模式的改革中，始終關注科學方法教育，將有利于創新人才的培養，有利于科學技術的研究及社會進步，有利于教學質量的提高和學校的可持續發展。

［1］陳小兵，楊曉明.科學思維與科學方法論［M］.廣州:華南理工大學出版社，2003:1-36.

［2］陳 洪.科學的沉思與沉思的科學［M］.上海:上海科學技術出版社，2008:47-56.

［3］高 燕，夏慶霖，邊建華，等.構建“3+1”實驗教學模式，培養大學生創新能力［J］.中國地質教育，2009，371:98-100.

［4］趙朝暉，梁 紅，陳 姚，等.設計性化工原理實驗的探索與實踐［J］.化工高等教育，2009，6(110):46-48;52.

［5］潘 嵐.從美國大學課程的實驗教學模式談實驗環節的教學改革［J］.中國計量學院學報，2001，10(12):53-55.

［6］湯 芳，倪 靜.開放性實驗室管理研究與實踐［J］.西北醫學教育，2009，17(5):891，947.