應用型本科院校化工原理實驗教學改革與實踐*

董雪茹，趙龍濤，呂和坤，陳振宇，梁鑫雨

(河南工程學院材料與化學工程學院，河南 鄭州 450052)

化工原理實驗是化工原理課程的重要組成部分，是我校化學工程與工藝、高分子材料與工程、輕化工程等專業的一門與工程技術密切相關的實踐性基礎實驗課[1-2]。是幫助學生深化化工原理理論知識、獲取感性認識、培養實踐能力的重要環節，對培養工科學生工程實驗的設計、組織實施、實驗操作、團隊協作、數據處理等工程實踐能力起著非常重要的作用[3-4]。

對于應用型本科院校來說，傳統的課堂教學并不能有效地提升學生的實踐應用能力，因此如果一味地使用傳統的方式進行教學，必然會影響應用型本科院校的人才培養效果。為適應我校應用型人才培養目標和培養要求，本文分析了目前化工原理實驗課程的教學現狀及存在問題，對化工原理實驗課程改革進行了以下幾方面的探索與實踐。

1 化工原理實驗課程的教學現狀

1.1 實驗設備欠缺不足

化工原理的一個實驗基本，比如精餾實驗、吸收實驗、傳熱實驗等都相當于一個簡單的單元操作，與實際化工生產過程類似，所以設備的購置及維護等費用等都較高。由于實驗設備自身的特殊性，我校化工原理的每個實驗基本上都是兩套裝置，因此每組實驗的學生人數一般為5～6人，學生做實驗的積極性、主動性以及自主動手的實踐能力都受到很大影響，最終導致實驗課程的效果不佳。

1.2 實驗預習不充分

實驗預習是實驗課程必不可少的一個重要環節，但是在實際實驗教學中，我們發現大部分學生的實驗預習基本上是“走過場”的現象，實驗預習基本上都是把相關的實驗原理、實驗目的、實驗裝置、實驗步驟等照本抄寫一遍，寫一份實驗報告就認為自己完成了實驗預習。但在進入實驗室后，往往出現的都是教師一問三不知的情況。學生預習的態度和方法有問題，導致預習達不到該有的效果，學生不僅對實驗理論一知半解，對實驗裝置和實驗流程的認知更是一塌糊涂，甚至一些學生不清楚自己此次實驗要測量那些實驗數據，更別論思考實驗數據該如何進行處理的問題。

1.3 實驗設備缺乏認識

化工原理實驗裝置和實驗過程不同于以往的基礎化學實驗。化工原理實驗操作過程復雜，實驗裝置部件較多、流程復雜，一個又一個的管路、閥門、儀表、電機及風機等，使學生看著茫然不知所措，加之學生預習不充分，對這些“龐然大物”不了解其內部結構，不熟悉工作原理，進而產生了畏懼心理，不敢動手操作，生怕引起安全事故。即使老師講解與示范一遍，由于實驗裝置和流程的復雜性，學生往往不能真正地理解實驗裝置如何操作的問題，導致整個實驗課堂效果無法達到預期的效果。

1.4 實驗過程缺乏工程意識

化工原理實驗具有實踐性、工程性強的特點，在進行實驗操作之前，學生應首先仔細觀察實驗裝置，理清工藝流程，特別是管路中閥門的開關狀態，這樣才能確保實驗操作時不出現失誤。比如離心泵特性曲線測定實驗，大多數同學在學習了理論知識后，都清楚實驗前要先灌泵，但是實際操作時，很少有同學思考，在進行灌泵操作時，離心泵出口閥門是應該打開還是應該關閉？灌滿離心泵后進行離心泵啟動時，學生也不注意觀察出口閥門是否關閉，以及為什么要關閉的問題？化工原理的每個實驗項目實際上都相當于化工生產中的一個小型單元操作，只有站在工程觀點的高度上才能深刻理解實驗原理、實驗內容及實驗操作步驟，從而提高自己的動手能力以及解決工程實際問題的能力。

2 化工原理實驗教學的改革與探索

2.1 設立開放實驗室

高校設立開放實驗室是應用型地方本科院校提高學生實踐能力、培養創新型人才的必要措施[5]。我們通過設立化工原理開放實驗室，將一些勤于思考，善于動手的同學吸引到開放實驗室，并將這些學生合理的分為幾個小組，每組設立1名組長，在組長的帶領下分工合作，讓不同學習小組圍繞實驗題目內容展開驗證或設計實驗，引導學生將課堂所學理論知識和實驗操作技能通過實踐很好地應用在實驗過程中。開放實驗室的設立，一方面可以為參加全國化工實驗大賽選拔優秀學生，另一方面也可以克服化工原理實驗設備不足的缺陷。這些學生提前進入實驗，使學生有更充沛的時間，能夠根據自己計劃自主設計和安排實驗，提高他們的實踐能力和創新能力。同時，這些學生還可以在班里化工原理實驗中擔當“助教”的角色，協助老師指導班上學生更好的完成實驗。總而言之，開放實驗室“以學生為中心”，不僅能全面培養學生的動手能力、觀察能力、分析問題和解決問題的能力，而且能培養學生的工程觀念、創新能力和團隊協作精神，為培養合格的化工人才打下了堅實的基礎[6]。

2.2 改變預習方式

針對學生實驗預習“走過場”的現象，我們將原來的“照本預習”改為仿真預習和現場預習相結合的方式。首先采用已有的化工原理實驗仿真軟件進行模擬預習，讓學生較為直觀地了解實驗操作的原理、實驗要用到的儀器儀表，實驗操作的步驟、實驗要測定的實驗數據，甚至有的仿真軟件還包含了實驗數據如何處理的步驟等。通過仿真實驗，學生還可以體會操作步驟出錯可能帶來的實驗故障，以及如何處理故障的方法。應用型本科院校強化實踐教學環節，強調對學生實踐動手能力的培養，實驗仿真教學為理論與實踐搭建了一座橋梁，為學生提供實訓平臺，進一步提高學生的操作能力。

利用化工原理開放實驗室的條件，讓學生走進實驗室，利用已有的實驗裝置進入實驗室進行現場預習，學生可以親手感知這些實驗設備的結構、思考實驗操作的步驟和方法、實驗儀表的數據如何讀取等等。通過現場真實有效的預習，再加上現場“助教”老師的答疑解惑，使得現場預習可以達到事半功倍的預習效果，同時也充分地調動了學生實驗的積極性和主動性。

2.3 提問式教學方法

每次實驗課，老師都會針對具體的實驗教學內容，采用提問式的教學方法，引導并幫助學生強化對實驗設備及儀表的認識，對實驗原理及步驟的理解與掌握，對實驗數據如何正確進行處理等。如傳熱實驗測定空氣-蒸汽對流給熱系數，進行實驗數據處理時，計算空氣質量流量和雷諾數時都要利用空氣密度值，通過提問的方式，引導學生思考這兩個密度分別表示的是什么位置的密度，應該采用什么條件下的溫度計算密度值？通過這樣一個啟發式的提問，學生理解了這兩個空氣密度應分別用冷空氣進口溫度下的密度和定性溫度下的密度，這樣學生在進行數據處理時就不會出現錯誤。

2.4 利用計算機軟件對實驗數據進行處理

化工原理實驗數據多，數據處理量大，計算過程公式繁多復雜，繪制圖形涉及參數較多，單靠學生手工計算，需要花費大量的時間，而且一旦某處出現計算錯誤，則會導致整個實驗數據處理結果錯誤。因此我們在實驗教學中，引入計算機軟件對實驗數據處理和圖形繪制的教學。例如Office自帶的Excel軟件，不僅有著強大的計算功能和可靠的數據分析能力，而且還具有高效的圖文處理效率。例如通過離心泵曲線測定實驗的數據處理，大多數學生都學會了運用Excel進行計算，以及雙縱坐標圖的繪制，傳熱實驗測定空氣-蒸汽對流給熱系數數據處理中，學會了運用Origin軟件進行線性擬合。總之，引入計算機軟件對化工原理實驗數據進行處理，既可以減少人為誤差的發生率，還能夠有效鍛煉學生實際運用計算機的能力，提升學生的科學研究素養。

3 結 語

化工原理實驗是一門重要的理論與實踐相結合的實踐性課程，地方應用型本科高校開展化工原理實踐教學的改革與探索，最終目的是讓學生通過實驗，夯實對化工原理理論的理解和掌握，并且不斷從中積累經驗，掌握一定的實驗方法和實驗操作技能，進而具備分析和解決生產過程中相關實際問題的能力，成為一名合格的應用型人才。