化工原理實驗課程的教學改革與探索*

鞠彩霞，李鳳剛，肖瑞瑞，董　凱，戎欠欠

(棗莊學院化學化工與材料科學學院，山東　棗莊　277160)

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化工原理實驗課程的教學改革與探索*

鞠彩霞，李鳳剛，肖瑞瑞，董凱，戎欠欠

(棗莊學院化學化工與材料科學學院，山東棗莊277160)

針對目前我校化工原理實驗教學中存在的問題，對實驗教學內容進行豐富和改進，增加了創造性、綜合性實驗項目，從而擴大筑固了學生的知識面，開拓了學生的思維。對教學方法的改革，使學生充分發揮主觀能動性，認真負責的態度去做好每一個實驗。新的實驗考核方式讓每一個學生都緊張起來，認真掌握好實驗中的每個環節并復習相關知識。改革后的化工原理實驗教學提高了化工原理實驗教學水平和學生工程意識。

化工原理實驗； 實驗教學； 改革；探索

化工原理作為實踐性很強的技術基礎課，課程擔負著由理論到工程、由基礎到專業的橋梁作用，是化工類各專業一門主干課程，屬于工程學科范圍[1-2]。而化工原理實驗是整個化工原理教學中的一個重要環節，在培養學生工程意識和工程實踐能力方面起著舉足輕重的作用[3-5]。由于化工原理實驗理論性和實踐性都很強，又是學生首次接觸到的工程性實驗，以往我校化工原理實驗教學中，學生雖能在老師的指導下完成實驗的基本操作和對實驗數據的處理，但仍存在許多不足：(1)教師講解得過多，學生對教師過分依賴，缺乏獨立思考的能力。(2)實驗預習和實驗操作不重視、不認真，實驗沒激情。(3)實驗內容單一，不同專業的實驗項目基本沒有區別，實驗要求沒有層次。為提高《化工原理實驗》的教學質量，欲解決上述問題，有必要對化工原理實驗教學內容、教學方法，實驗考核方式的等方面進行了改革與實踐。借簽國內有關學校相關專業已有成效的改革[6-9]，對我們自己的化工原理實驗作出新的探索。

1　改進和豐富實驗內容，加強理論課和實驗課教學的完整性和連貫性

化工原理實驗目前主要是演示性和驗證性實驗，只有少量的綜合性實驗，設計性實驗幾乎沒有。為進一步豐富實驗內容，針對現有和將購設備引進了計算機仿真，但仿真并不是真正的實際操作，無法完全替代現場實驗，實驗教學始終是化工原理實踐教學中不可替代的環節，在培養學生理論聯系實際的工程方法，強化工程意識，提高學生思考、分析和解決實際問題的工程能力等方面起著重要作用。如：流體力學實驗，為利于培養學生靈活運用所學知識解決實際問題的工程能力和創新能力，實驗內容分為仿真實驗、設計實驗、(拆裝)實訓三個步驟，把單純的驗證性改進成具有一定的設計性和綜合性。首先利用3D仿真這一現代化教學手段，讓學生了解實驗：對泵的結構和運行有初步的掌握；對管件(閥門、彎頭、變徑、管箍、法蘭等)有一定了解；對測量元件(流量計、壓力計和溫度計等)的性能、工作原理有基本的認識。接著讓學生進行仿真實驗，熟悉操作步驟和運行注意事項等。完成仿真實驗后，確定合理的實驗方案，依據仿真數據來對這一實驗裝置作設計，即讓學生完成了課程設計，又讓學生進一步掌握實驗。根據仿真把裝置的PID流程圖、離心泵的裝配圖和管道軸測圖分別用AUTOCAD畫出來，并用化工計算軟件ASPEN計算泵的選型參數。然后讓學生動手拆卸現有裝置，告訴學生拆裝注意事項，接著再把裝置按自己的圖紙安裝起來(實驗室已經備齊了泵、管件、測量元件及輔件等和有關工具)，進行調試、檢查。再讓學生把安裝調試好的裝置按照化工廠的“五字經(聽、摸、查、看、聞)”設備巡檢和“四懂三會”對整個裝置進行操作運行。記錄數據并通過計算來評估自己的設計。最后指導老師故意制造故障讓裝置不能正常工作，讓學生分析原因并排除故障。增加了拆裝實訓這一實驗內容，自己動手拆裝，學會了使用管鉗的同時認識裝置上的所有部件(如對閥門和測量元件的認識)并了解它們的結構和工作原理。鍛煉學生的動手能力，增加了實驗趣味性；實驗內容調整延伸后，是在教師指導下由學生自己來設計實驗方案和確定操作步驟來完成整個實驗。提高了學生設計、綜合的創新能力，培養工程意識，取得了良好的教學效果。化工技術的突飛猛進，為適應社會和科技發展的需要，化工原理教學中適時增添了相關內容的新知識和新技術。例如開始普及的家用純凈水器，為此在化工原理實驗中增添小型凈水器的組裝和性能測試，從而改進了相對滯后的實驗課程內容，激發學生的專業興趣，提高實驗教學質量，從而了加強理論課和實驗課教學的完整性和連貫性。

2　改革實驗教學方法，加強預習環節和技能培養

實驗教學以前主要是按課程表上課，老師上課先講解半個小時左右，從原理到操作，包括數據處理等等，一一羅列講解，然后學生開始到手實驗，這種填鴨式教學使學生有依賴性，不動腦思考，不重視實驗預習，失去了創造性的激情。所以對教學方法進行徹底改革，實行預約實驗，先預習實驗，然后仿真成績合格后進行實驗預約，提交實驗方案等待指導教師的審批，再完成設計圖紙和說明書，最后開放式進行實驗。這樣重視學生動手能力和創造能力的培養，本著最大限度地發揮實驗教學能夠培養學生掌握基本操作技能的作用，教師只作指導和注意事項的講解(尤其是安全)。例如精餾實驗:①學生查閱文獻，根據老師的實驗要求目的來設計實驗參數等；②通過仿真實驗來訓練實驗操作能力；③采用ASPEN軟件對精餾塔作相關計算；④實驗具體方案通過后，進入實驗，記錄數據，處理數據，并和模擬的數據相比較進行分析總結; ⑤實驗過程中的物料采用現代分析手段自己去分析。如乙醇-水精餾實驗：采用氣相色譜、液相色譜和旋光儀等儀器分別對塔頂和塔底產品的定量分析，并對各種儀器分析結果數據后進行比較，從而對儀器的性能、精確度等進一步的掌握。而二氧化碳的吸收實驗可讓學生操作酸堿滴定和儀器分析相結合，然后進行數據比較，鍛煉學生的儀器分析能力。

當然全面實施實驗教學改革后，讓學生綜合設計性實驗為主：先進行合成制備，接著分析表征，再作性能應用，最后設計出PID圖。這樣的主線構建實驗教學新體系，把四大化學基礎實驗和化工實驗相結合起來，讓化工類學生全方面學習、全方位掌握，從理論到實踐充分得到鍛煉，創新能力和工程意識都能提高。對培養學生創新能力及科研能力，具有重要的理論和現實意義。

3　建立科學、系統的實驗課程考試制度，完善考核制度的合理性

建立科學、系統的實驗課程考試制度對學生的學習積極性有很大的幫助。目前主要是實驗報告成績和理論考試，不能真實地考核學生，為了完善考核制度，加強合理性，特增加了實驗預習成績，占15%，通過仿真測試來檢查，仿真成績反映了學生的實驗預習情況，讓學生對預習加以重視；實驗操作成績占15%，在實驗過程中由指導老師和實驗技術人員現場直接給分(包括設備的正常開停和維護、衛生清理)，杜絕了學生操作不認真，減少了儀器設備的故障率；實驗報告主要有數據處理和設計文檔(模擬計算和圖紙等)，由指導老師評閱后給分，占30%；對實驗考試采取筆試和現場答辯相結合的形式，各20%，期末所有實驗結束后由三到五位指導老師對學生筆試和答辯。筆試主要是有關計算、操作步驟和故障原因分析等。而答辯主要是回答實驗現象、各個儀表的用途、圖紙中問題和實驗用到的儀器設備性能等。如綜合題：讓學生自己設計一個精餾實驗，包括裝置圖、操作關鍵點、注意事項等，并根據相關數據計算出全回流條件下的總板效率，并寫出全部計算過程和畫出全回流和部分回流條件下的塔頂溫度隨時間的變化曲線；然后根據設計情況來回答老師提出的問題：1.如何判定精餾塔的操作穩定？2.在實驗中你是如何控制上升蒸汽量的？3.塔內壓力過高的原因有哪些？可以通過哪些手段調節至正常等等系列問題。

4　結　論

對實驗教學內容進行豐富和改進，讓創造性、綜合性實驗項目的增加，擴大筑固了學生的知識面，開拓了學生的思維。教學方法的改革，讓學生充分發揮主觀能動性，認真負責的態度去做好每一個實驗。實驗考核方式讓每一個學生都緊張起來，認真掌握好實驗中的每個環節并復習相關知識。改革后的化工原理實驗教學能滿足在卓越工程師教育培養計劃中提出的強化培養學生的工程能力和創新能力。

[1]程遠貴,余徽,周勇.《化工原理》實驗教學探索[J].實驗科學與技術,12(2):66-68.

[2]徐偉,劉書銀,鞠彩霞,等.化工原理實驗[M].濟南:山東大學出版社,2007.

[3]葛奉娟.化工原理課程的教學實踐與探討[J]. 廣東化工, 2014,41(20):156.

[4]宋建爭,張永強,王麗琴.化工原理實驗教學改革[J]教學研究,2008,31(5):448-450.

[5]吳景雄,童漢清.培養科研與工程素質并重的化工原理實驗教學模式[J].高校實驗室工作研究,2011(1):26-27．

[6]施云芬，李強，張延林．提高化工原理實驗教學質量的探索與實踐[J]．東北電力大學學報，2009,29(3):40-43．

[7]梁忠城,童漢清.關于開放化工原理實驗教學方法的探討[J].廣東化工,2013,40(21):184.

[8]吳景雄,童漢清.化工原理實驗操作考核方式的實踐和探討[J].實驗室科學,2010,13(2):186-188．

[9]王士財,劉赫揚,成忠.化工原理實驗課程教學改革探索[J].浙江科技學院學報, 2013,25(5):400-404.

Teaching Reform and Exploration of Experimental Course of Chemical Engineering Principle*

JU Cai-xia, LI Feng-gang, XIAO Rui-rui, DONG Kai,RONG Qian-qian

(School of Chemical Engineering and Material Science, Zaozhuang University, Shandong Zaozhuang 277160, China)

Aiming at the problems existing in the experimental teaching of chemical engineering principle in our school, the experimental teaching contents were enriched and improved, to increase the creative and comprehensive experimental projects, and expand the knowledge of the students and develop their thinking. Students can give full play to the subjective initiative, serious and responsible attitude to do a good job in every experiment for the reform of teaching methods. Each student gets nervous, carefully grasps every link in the experiment and reviews the relevant knowledge for the new experimental examination method. So the teaching level of chemistry experiment and students’ engineering consciousness was improved after the reform of chemical engineering principle experiment.

chemical engineering principle experiment; experimental teaching; reform; exploration

2014年度棗莊學院校級實驗教學、實驗技術改革項目立項(項目編號:201418)。

鞠彩霞(1976-)，女，副教授，主要研究方向：煤炭資源化利用。

G642.0

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1001-9677(2016)01-0169-02