基于“問題導向”的化工基礎實驗教學改革
——以精餾實驗為例

朱俊生 胡光洲 秦志宏

(中國礦業大學化工學院，江蘇 徐州 221116)

化工基礎實驗是化學工程與工藝、環境工程、應用化學及生物工程等專業的重要實踐課程，對提高學生的工程實踐能力和化工原理理論水平有重要的支撐作用[1]。目前，多數學校將化工基礎實驗和化工原理分別獨立設課，體現了學校對化工基礎實驗課程的重視，然而這在一定程度上造成了化工原理理論和實驗的脫節。不少學生做實驗時只知道按照老師所講，按部就班地開展實驗，不愿動腦、對各個單元操作思考甚少，只知其然，不知其所以然[2-4]。

為解決學生“機械”地做實驗、怕吃苦、怕動腦筋的問題，以精餾實驗為例，提出以“問題導向”為出發點，分“三步走”開展化工基礎實驗教學改革，促進學生手腦并用，提高學生知識水平和工程實踐能力。

1 實驗課前——充分預習、邊講邊問

預習是搞好精餾實驗教學的重要環節，為了提高教學效果，實驗前老師一般都要求學生進行預習，傳統方法主要是看實驗教材、寫預習報告等[5]。誠然，這種做法能起到一定的作用，尤其是對學習積極主動的“好學生”有很大幫助。但對于不少學生，尤其是化工原理學得不太好的學生，由于實驗教材內容較枯燥、抽象，加上這部分學生理論基礎較薄弱，其預習往往流于形式，雖然也寫了預習報告，但是相關知識儲備寥寥，直接影響實驗效果。為了促使所有學生都能真正搞好實驗預習工作，我們從兩方面進行改革。一方面，上課前除了基本的實驗教材外，還給學生提供精餾實驗動畫、實驗室錄制的精餾實驗視頻和相關網站等，以提高資料的生動性和學生學習的積極性。另一方面，將學生的預習效果與其平時成績直接掛鉤，在進入實驗室后、開始實驗之前進行提問并根據回答情況打分，鞭策其認真預習。

精餾實驗主要包括間歇和連續精餾兩大部分，一般先做間歇精餾，再做連續精餾，原料采用乙醇-水二元體系。為了提高效率，學生進入實驗室后，首先讓學生觀察板式塔和填料塔的結構，然后讓學生打開再沸器或塔釜對原料進行加熱，開始間歇精餾。由于預熱時間較長，剛好可以利用來進行實驗講解。和傳統的老師先講解，然后學生按老師要求，按部就班地做實驗不同，我們在講解時采用邊講邊問，并且記錄成績作為平時成績的重要組成部分。常用問題有精餾開車時要進行什么操作？全回流的概念是什么？什么情況下精餾塔內操作達到穩定？對于間歇精餾的全回流實驗，告訴學生要在隨后的實驗中利用阿貝折射儀測出塔頂乙醇摩爾分數xD、原料中乙醇摩爾分數xF，并近似按照泡點進料，計算精餾塔的最小回流比。至于如何算則不予講解，要求每名同學結合理論知識認真思考。同時告訴學生接下來的實驗是實際回流比的確定，而如果算不出最小回流比，就無法得到實際回流比，下一步的部分回流實驗操作就無法進行，將耽誤其實驗進度和“吃飯時間”。因此講完實驗后，對這些概念仍不清楚的同學會積極思考和請教老師、同學。接著講解間歇精餾部分回流實驗，可以固定回流比，測隨時間的延長，xD和xW的變化情況。同時提問學生理論上xD隨時間的延長將會增大還是減小？對于隨后進行的連續精餾實驗，先講解一下如何進料、需要測哪些摩爾分數等，同時提問學生工廠一般采用什么溫度進料？如何計算某塊塔板的單板效率，需要測哪些濃度？連續精餾的精餾線、q線、提餾線怎么畫，理論板怎么圖解等。通過邊講邊問，促使學生不斷思考、不斷提高。

2 實驗課中——隨時檢查、不時提問

實驗課講完后，學生進行分組實驗，一般每組2～4名同學，為了減少“課后實驗報告抄襲”、“課中混時間”、“坐等靠”等現象，實驗過程中要求每名同學獨立處理所有的實驗數據。實驗老師來回巡查，并且隨時檢查學生實驗數據處理情況并進行提問和指導，尤其是針對開小差的同學，提問實驗相關內容，使其不得不認真思考、認真處理實驗數據。例如，間歇精餾全回流時，要求每名學生能說出最小回流比的概念并算出最小回流比；在間歇精餾部分回流第一組實驗進行時，要求學生把全回流時的操作線、理論板數、板式塔的全塔效率、填料塔的等板高度計算出來。在間歇精餾部分回流第二組實驗進行時，要求學生把部分回流第一組實驗的操作線、理論板數、板式塔的全塔效率、填料塔的等板高度計算出來。對于不會或錯誤處理實驗數據的同學及時進行教育、指正，督促其看書、思考、動手處理實驗數據。

3 實驗課后——全面提問、毫無遺漏

學生所有實驗做完后，指導老師在其記錄和處理的實驗數據上簽名后，學生方可離開實驗室。要想拿到精餾實驗老師的簽名，必須接受老師的全面提問和考核，考核不通過需要重新思考、處理實驗數據直至達到老師的要求才可得到簽名。對于實驗結束后的提問，我們做到了“全方位、無死角”，每名同學都要逐一接受檢查和提問。例如有的同學塔效率計算錯誤，責令其退回修改，改正后方予以簽字；有的同學數據處理都是正確的，我們就關閉所有資料，讓其回答他的最小回流比是怎么算出來的，間歇精餾部分回流操作線是怎么畫的？連續精餾操作線是怎么畫的？如果學生認真做了實驗并獨立完成數據處理，就能輕松回答出來，獲得簽名；否則就會回答得磕磕巴巴，對該類學生則進行批評教育并責令其抓緊時間思考、不予簽字；對于實驗相關問題和數據處理都非常清楚的“好學生”，我們也因材施教提出一些更具啟發性的問題，激發其進一步思考，例如乙醇-水二元體系常壓精餾xF等于0.6，能想辦法使得xD達到0.92嗎？又如乙醇-水二元體系xF等于0.6，泡點進料，xD等于0.82時，最小回流比應該怎么計算？通過最后的全面檢查，讓普通學生掌握精餾實驗的基本原理、實驗操作和實驗數據的處理及分析，讓優秀學生在達到上述要求基礎上，更進一步加深對實驗的理解和理論知識的掌握，對學生因材施教、共同進步。

4 結語

通過化工基礎實驗“三步走”策略，我們一方面努力提高學生自主學習的積極性，另一方面靠“問題導向”督促學生在實驗過程中不斷思考、不斷進步，使學生快速、高效地掌握實驗內容，并不斷提高動手能力、實驗素養、工程思想和理論知識。這種基于“問題導向”、提高學生主觀能動性的實驗教學方法也可推廣到其他化學化工相關的實驗教學中，如化工專業實驗、物理化學實驗、無機化學實驗等，筆者謹以此文拋磚引玉，以期共同進步。