化工原理實驗教學中學生自主能力的培養與提高

張建生，李穎娜，金昌磊

（唐山學院 環境與化學工程系，河北 唐山063000）

一、前言

教育部高教［2007］1，2號文指出，要以社會需求為導向、以素質教育為基礎、以能力提高為主線培養工程應用型人才，要由注重知識傳授向更加重視能力和素質培養轉變。素質教育以提高學生的素質為宗旨，著力于強調學生的主體性，關注教學中學生主體地位與主體作用的確立和發揮。這就要求充分挖掘蘊藏在學生內心的自主性素質潛力，以最大限度實現學生的自我意識和自主能力。在傳統教育模式下，大學生大都養成被動接受知識的學習習慣，缺乏自主精神，這給他們畢業后走上工作崗位獨立承擔工作任務造成一定的壓力。［1］

化工原理是我院化學工程與工藝、環境工程、石油生產與技術、生化、環境監測等專業必修的一門專業基礎課程，是學生從基礎課轉向專業課學習所接觸的第一門工程學科。化工原理實驗是該課程的實踐應用，是對課堂教學內容的驗證和深化，是實踐性教學環節中的一個重要組成部分。通過化工原理實驗，不僅要求學生掌握進行科學實驗的基本知識、方法和技巧，更要培養學生的獨立學習能力、獨立思考能力、獨立工作能力，這些自主能力的培養不僅能促使他們學會分析問題與解決問題的基本方法，更能為以后的專業課學習及從事化工或相關工作奠定堅實的基礎。［2－4］

基于對大學生能力和素質教育的要求，對化工原理實驗教學方法及教學模式進行改革，是近年來高校教學改革的主要內容，也取得了很多研究成果。［5－11］我院化工原理課程組教師結合我院提出的培養應用型人才，注重學生能力培養的辦學思想，借鑒已有的教改成果，進行了大量的相關研究和實踐。通過設置“準現場”，采取增加預習提問環節、優化實驗項目、學生講解實驗、注重實驗過程等各項措施，形成了新的實驗教學體系，體現了“以學生為主體，注重自主能力培養”的實驗教學思想。

二、影響學生實驗自主能力的教學因素

（一）化工原理實驗本身的工程性，不利于自主能力的培養

化工原理實驗屬于工程實驗范疇，不同于前置課程實驗的是它具有工程的特點，每個單元操作實驗就相當于化工生產中的一個基本過程。［12］因此，化工原理實驗更像是實際生產的中試車間，設備的轉動會產生大量的噪音，物料的傳送會產生粉塵，物質的傳熱會產生熱，學生面對陌生的化工環境，會產生畏懼心理；設備如何啟動，如何操作，如何控制等諸多實際問題使學生感到無從下手；而各種測量儀表和儀器的操作問題，使用過程中的水、電等的安全問題，使學生感到實驗的復雜性。由于學生是第一次接觸化工環境，第一次使用化工設備，容易發生錯誤操作，甚至引發事故，所以，學生存在畏懼心理，不敢動手操作，依賴實驗教師的心理也因此產生。在這種情況下，學生便失去了獨立實驗的鍛煉機會，自主學習的能力難以提高。

（二）實驗項目的單一性，不利于自主能力的培養

在以往的實驗教學過程中，多是沿襲傳統的知識傳授模式，實驗內容大多為演示性、驗證性實驗，這對領會課堂內容、消化課堂講授的理論知識起到了一定的作用，學生做實驗時根據已編好的實驗講義，基本上是按照老師的思路去完成實驗。顯然這種方式沒有為學生提供主動思考的空間，很容易使學生產生惰性，影響了他們分析、解決問題能力的培養，不能體現“以學生為主體，注重能力培養”的實驗教學思想。

（三）預習環節的實質缺失性，不利于自主能力的培養

在傳統的化工原理實驗教學中，實驗預習只是讓學生寫一份預習報告，熟悉原理和操作步驟，而許多學生僅簡單地抄一遍實驗指導書，不僅預習不到位，而且，學生在預習過程中處于被動狀態，不利于自主能力的培養。

（四）實驗教學模式的陳舊性，不利于自主能力的培養

傳統的實驗教學方法，是以教師為中心，強調“教”的作用。教師從實驗裝置到儀器的調試，都是事先準備好的，有的甚至在講解完實驗之后，還要親自演示一遍；而為了保證實驗能在預定的時間內完成，防止學生因缺乏實際操作和處理問題的經驗而導致一些事故的發生，一般要求學生嚴格按操作步驟進行，不允許進行嘗試性實驗，某些關鍵的步驟甚至由教師代為完成。這種保姆式教學方法大大地抑制了學生“學”的積極性和主動性，做實驗時往往照葫蘆畫瓢，遇到問題從不主動思考，產生了依賴心理。結果是，一個實驗結束了，學生對實驗過程及相關理論仍是一知半解，甚至不認識實驗中用到的儀表和設備的也大有人在。［13］

（五）傳統實驗報告的模式性，不利于學生自主能力的培養

實驗報告是對實驗過程的總結，是實踐環節中不可缺少的一個重要組成部分。由于實驗報告中除實驗數據、計算示例外，其余大部分內容來自于講義，所以，在批改化工原理實驗報告過程中，發現大多數學生寫實驗報告流于形式，抄襲現象嚴重。這不僅不利于學生對化工原理實驗知識的總結，更不利于獨立分析問題、解決問題能力的培養，學生的自主能力得不到鍛煉。

（六）考核方法的不合理性，不利于自主能力的培養

以往實驗課的成績主要以學生完成的實驗報告來評定，實驗報告內容是否充實，實驗原理、步驟、數據、實驗結果是否完整，特別強調數據測量的準確度及能否畫出符合理論的曲線等。這樣，有的學生為求得符合理論的曲線，人為地更改或自編數據，甚至抄襲他人的實驗數據。這種實驗考核模式下，學生過分地追求實驗數據的合理性，往往忽略了對實驗異常結果的分析，忽略了實驗的真正意義，不僅學生的觀察能力，發現問題、解決問題的能力得不到鍛煉，而且，不利于學生獨立學習、獨立實驗、獨立思考，難以達到自主能力培養的目的。

三、化工原理實驗教學中自主能力培養的實施

（一）營造“準現場”環境，激發學生學習熱情，提高學習的主動性

化工原理實驗設備是工廠單元操作的微縮版，其操作原理、設備構型完全相同，授課過場中教師結合工廠實際，通過模擬演示讓學生對工程實踐有進一步的認識，利用替代物料模擬真實物料，營造工廠生產“準現場”。

實驗指導教師要了解學生沒有工程經驗的事實，理解學生做化工原理實驗時的畏懼心理，以學生第一次做工程性實驗的角度，講解實驗安全的重要性和實驗注意事項。并且，把“準現場”的概念引入實驗教學，做到實驗項目和實際化工生產相結合的教學方法，激發學生的學習熱情。“準現場”教學法，即以工程化視角來審視工程教育活動，用工程實踐本身的本質、特點來組織教學活動的各個環節，進而實現實驗課程教學目標的教學方法。“準現場”教學法，營造出真實的工程環境，為學生提供了工程訓練的平臺，促進了對學生的工程意識、工程能力的培養。［14］“準現場”教學法的提出給學生提供了接觸工程實際的條件，學生對工程實際有了感性認識，激發了學生實驗的學習熱情，并能主動地把實驗項目和工程實際相結合，提高了學生自主學習的能力，為培養應用型人才打下良好的基礎。

（二）實驗項目多樣化，激發學生學習興趣，提高學習的積極性

我們把實驗項目分為三種：基礎型實驗、提高型實驗、競賽型實驗。

第一種是基礎實驗，化工原理開發基礎實驗的目的是使學生鞏固和加深對理論教學內容的理解，訓練學生化工實驗技能，熟悉化工儀表的選擇和使用，培養學生細心觀察、嚴謹求實的科學態度和良好的實驗習慣。基礎層的實驗有：流體流動阻力的測定、離心泵特性曲線的測定、傳熱系數的測定、雷諾實驗、流體機械能守恒與轉化實驗。

第二種為提高型實驗，主要指綜合性實驗。綜合實驗是指在基礎實驗的基礎上，掌握多步驟的實驗過程原理和實驗方法，并能夠利用儀器測試每一步產物的物化性質；培養學生綜合運用相關學科的知識，運用掌握的知識和實驗技能分析處理實驗各個過程的能力。實踐證明，綜合性實驗的訓練比單一實驗更有利于培養學生的思維能力。可以是單元綜合，也可以是方法和內容的綜合，各類方法又綜合了基本操作訓練、儀器測試訓練和不同層次的問題解析訓練，使學生的科學思維和綜合實驗能力都得到提高。［15］事實上，化工原理的每個實驗都具有較強的綜合性和應用性。因此，在完成部分基礎實驗后，學生已掌握了常用單元操作設備的使用并具備了實驗綜合能力。學生在該基礎上做綜合性實驗，以培養和檢驗學生綜合應用理論知識、儀器設備和操作技術解決實際問題的能力。包括恒壓過濾常數測定、換熱器綜合實驗、填料吸收解析塔傳質系數測定實驗等選做實驗。

第三種是競賽型實驗。化工原理實驗競賽型題目來源于化工原理課程和化工實際，并結合了科研項目中化工分離中的問題。在實驗技能競賽中，指導教師在實驗過程中有意識地考察實驗重要步驟所涉及的理論背景，引導學生進行觀察和分析，提供獨立思考空間，使理論與實際相結合，再通過實驗進一步掌握知識，加深對知識的理解。以精餾塔的操作和全塔效率的測定實驗為例，大賽時，指導教師在學生察覺不到的情況下，加入干擾因素，使設備運轉產生偏差，要求參賽學生根據已經學到的知識對精餾操作進行調整，使其達到正常的運轉狀態，這需要學生對回流比、進料位置、進料熱狀況、冷凝器、再沸器等操作條件進行合理分析，并能準確地判斷操作方法，要完成整個競賽對學生來說具有一定的挑戰性，這就使得學生必須全力投入，充分發揮自己的潛能。這有助于活躍學生的思維，增強主動探究意識和培養敢于挑戰難題的精神。在實驗過程中，學生確實遇到了許多以前實驗過程中不曾遇到的問題，但他們不再像以前那樣蒙混過關，而是積極向指導教師咨詢或者與其他同學交流，積極主動地為自己的實驗過程負責任。通過參加競賽型實驗，學生的實踐能力和理論知識水平以及對學習化工原理課程的熱情都有很大的提高。

（三）增加網絡預習，設置現場預習答題環節，提高獨立學習的能力

預習是完成化工原理實驗的一個必要條件。我們在進行實驗教學時，提前一周通知學生，提出實驗相關的問題，讓他們有充裕的時間利用各種途徑（教材、網絡、文獻等），對實驗相關背景、實驗所需要解決的問題、實驗方法、實驗設備、數據處理方法等進行廣泛的調研。增設網絡預習環節，學生可以自由支配時間，上網觀看實驗錄像、設備照片，這樣可以加強學生對實驗項目的感性認識，并根據實驗項目的問題進行獨立學習；然后，學生到實驗現場預習，對照實驗講義進一步熟悉實驗裝置及工藝流程，認識各種測量儀器儀表，對實驗內容產生直觀的了解和認識。為強化實驗預習環節，設置了現場提問環節，教師根據學生的預習情況對學生進行提問。問題涉及實驗原理、操作步驟、實驗流程說明等等。通過現場的提問環節，教師可以更好地了解學生對實驗的準備情況，而學生也能進一步加深對實驗內容的印象。這種“兩環節一提問”的預習方法，提高了學生獨立學習的能力，同時學生在預習過程中，帶著問題進行思考，提高了獨立思考的能力，自主能力得到了鍛煉。

（四）改變傳統教學模式，增設實驗自我認識講解環節，提高表達能力

為了調度學生的學習興趣和主動性，發揮他們的主體作用，突破傳統的授課模式，嘗試讓學生根據自己預習的情況，講解實驗，主要包括：實驗原理、如何完成實驗、在預習中遇到的問題等，而后由同組其他同學做補充，最后教師對學生在講解過程中的問題做解析，精講實驗中常見事故的處理方法等。針對上述內容，師生之間、學生之間進行討論與交流，在探討與交流過程中，實驗中隱形的化工原理內涵顯現出來，預習問題的答案呈現出來。每個學生都從討論中得到不同程度的啟發，學生在運用知識、語言表達、總結歸納等多方面得到提升，表達能力、獨立思考能力、獨立學習能力不斷提高，自主能力得到鍛煉。

（五）鼓勵學生以小論文形式書寫實驗報告，提高學生獨立工作的能力

要求學生用小論文形式撰寫實驗報告，寫作不規定統一的格式，學生可根據實驗室提供的設備，在完成教學大綱規定的實驗任務的前提下，自擬題目完成實驗報告。小論文形式實驗報告寫作的目的是提高學生寫作能力和綜合應用知識的能力。化工原理實驗報告不強求一律，給學生思考、選擇和發展的空間；不完全要求實驗數據的合理性，注重實驗過程，在實驗報告中對實驗中異常情況的處理要加以說明，對實驗中異常數據要加以解釋。這不僅從根本上消除了學生抄襲實驗報告的惡習，提高了學生分析問題、解決問題的能力。更重要的是，這種自由的總結、交流方式提供了學生自由思考的空間，學生自主地對實驗問題進行分析、總結，獨立思考的能力得到了提高，學習自主性得到了加強。

（六）注重實驗過程，考核項目合理化，確保學生自主能力的提高

為全面反映學生的學習情況，采取分項考核的方式記分，總成績＝實驗預習成績（20%）＋實驗操作成績（30%）＋實驗報告成績（20%）＋實驗操作考試成績（30%）。實驗預習成績是由學生完成的預習報告和通過預習提問考察學生對實驗了解的程度來決定；實驗操作成績主要由學生在實驗過程中設備的操作情況、數據獲得情況、儀器儀表的使用方法、故障排除情況等來決定；實驗報告成績的評定主要由學生實驗的結果是否合理、數據處理是否科學、解釋是否合理、思考題回答是否完整正確來決定；實驗操作考試采取抽簽決定考核實驗項目的辦法，學生按老師的要求完成相應的操作并回答老師提出的與實驗裝置結構、流程、操作、原理等相關問題，由考核教師給出學生的實驗操作考試成績。另外對于積極進行競賽型實驗的學生給予成績的獎勵制度，對于實驗中勇于提出問題、提出解決方案的學生給予特殊的加分。實驗考核的綜合評分制度不僅保證了評分的公平性，最大限度地督促學生對化工原理知識的掌握，更重要的是，它在成績評定上保證了學生的實驗主體地位，發揮了他們的主觀能動性，提高了學生發現和解決問題的能力。

四、總結

化工原理實驗能夠幫助學生熟悉和理解單元操作的工程設備和過程原理，對學生獨立學習、獨立思考能力的培養和自主能力的提高具有重要作用。教師在教學中可有意識地培養學生的自主能力，增設預習提問，創造獨立學習的條件；有意模擬化工“準現場”的環境，設置學生實驗講述環節，加強學生語言表達能力，拓展其獨立思考的空間；注重實驗過程，改變實驗報告的模式，培養學生對實驗異常結果分析和事故處理的能力，提高學生獨立解決問題的能力，加強學生書面表達能力；合理化的考核方式，保證考核的公平性，促進學生獨立思考的能力。只有這樣才能使學生從被動接受到主動吸收，從單純地學習“有形知識”轉向學習“無形知識”，提高學生的自主能力，為投身化工事業提供堅實的基礎。

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