化工原理實驗課程在新形勢下的教學改革與實踐*

向文軍，鄧春曉

(四川文理學院化學化工學院，四川 達州 635000)

化工原理是所有化工相關課程的專業基礎課程，是基礎理論向工程轉變的“橋梁”[1]。化工原理實驗同化工原理相輔相成，是培養學生的創新思維和工程意識的重要環節，對化工人才的培養起著至關重要的作用。

化工原理實驗不同于四大基礎實驗課程，實驗設備投入大，實驗設備臺數少，操作復雜，數據處理繁瑣，帶有一定的危險性。學生剛剛接觸該門工程實驗，往往不知所措，興趣不濃[2]。因此，我們要利用新形勢下的現代科學技術發展帶來的機遇，不斷對化工原理實驗課程進行教學改革和探索，為國家和企業培養能夠學以致用的化工人才。

1 合理調整化工原理實驗教學內容

1.1 分專業設置不同的教學內容

化工原理實驗涉及單元操作較多，而學時數往往不足，這時候片面的追求面面俱到，反而得不到應有的效果。應根據不同專業需求，設置不同的教學內容，有點實驗作為重點，有的實驗放在開放性實驗中供學生自己思考、練習[3]。例如干燥對制藥工程專業就是重點內容。

1.2 適當增加綜合性和設計性實驗

目前，很多高校的化工原理實驗課程中驗證性實驗和演示性較多。學生被動學習，創新性和獨立思考能力沒有得到應有的培養。通過實驗設備組合開展一些綜合性實驗，既激發了學生的學習興趣，又激發了他們的創新性；通過學生創新創業訓練項目和參加教師科研項目，實驗室開放讓學生自行做一些設計性實驗，培養了學生的獨立思考能力和動手能力，又為學生今后走向科研打下堅實基礎。

2 教學時間安排做一定的調整

2.1 由集中開設變為分散開設

由于化工原理實驗的特殊性、實驗設備、師資等原因，化工實驗課程往往集中幾周開設，這樣前面的理論知識太久忘記了，后邊的可能沒有學到，效果不佳[4]。新形勢下，實驗條件已大大改善，師資更為充實，實驗課程應與理論單元操作相對應，實驗課程分散、及時開設。這樣學生通過實驗既加深了理論的理解，又充分了解實驗的目的和原理，效果更好。

2.2 調整見習時間

化工見習是學生實地了解工廠，建立工程意識的一門重要課程。過去，很多高校將化工見習安排在大三學年，這時候化工原理和實驗課程已學完，等他們意識到化工原理實驗的重要性的時候已經來不及了。將化工見習提前到化工原理實驗課程開始的時候，學生的學習主觀能動性更強。

3 引入虛擬3D仿真技術輔助化工原理實驗教學

3.1 3D仿真技術的逼真和趣味性

以圖1東方仿真的甲醇3D工藝仿真為例，3D仿真跟人置身真實工廠一樣，形象而逼真，而全局性相比更好，閥門的可操作性和全程來回巡演更有趣味性[5]。學生學習興趣更濃，學習效果更好。在企業實習，往往由于企業對于安全的考慮，很少容許學生動手操作，更多的是看一看、熟悉熟悉，而3D仿真工藝可給與學生極大地自由度，充分發揮其潛能，更好的提升了學生的動手能力。

圖1 甲醇3D工藝圖Fig.1 Methanol 3D process diagram

3.2 3D仿真技術突破了真實實驗時間和空間的限制

化工原理實驗時間長，設備大而且占用空間大，不可能做到一人一臺設備訓練，勤奮的人鍛煉的更多，玩的人心不在焉什么也沒學到。3D仿真不受時間和空間的限制，人人可以操作，除了在教師監督下完成規定任務外，隨時可根據自己興趣選擇性操作。

3.3 3D仿真技術的容錯性

化工原理試驗和實訓最令學校和企業惱火的是操作嚴格，容易出現事故。一方面要訓練學生的動手能力，一方面又怕學生動手。而3D仿真不僅可以允許操作出錯，正是這樣的錯誤操作，還可以觀察到錯誤操作帶來的后果，這是不可替代的。

4 引入動畫、音頻技術加強講解效果

傳統化工原理實驗是老師先講解怎么做，學生再一步步去操作，設備工作原理不清楚，更不知道為什么這樣操作，步驟多了更是忘記后邊這樣操作，效果很不好[6]。引入動畫、音頻技術代替傳統講解，例如圖2離心泵的工作原理通過動畫，同學們2分鐘就清楚了解其工作原理，并理解應該怎么操作。通過音頻講解，可以反復播放，保證操作不會因記錯而帶來失誤，因而引發不必要的事故。

圖2 離心泵的工作原理Fig.2 How the centrifugal pump works

5 以實驗競賽帶動化工原理實驗教學

近幾年，全國和西南地區開展了化工原理實驗競賽和化工設計大賽。通過競賽，加強了高校之間、校企之間的合作和交流，提升了教師的能力和水平；同時也鍛煉了學生們的動手能力和獨立思考能力；也進一步提升了創新思維能力。全國實驗競賽更注重新技術的應用、新產品的開發、新工藝和新設備的應用，相比書本更接近實際生產，真正做到學以致用[7]。競賽促進了教學，也改變了教學，過去驗證性實驗占絕對比重，現在加大了綜合性和創新性實驗的比重，也更注重了學生為主體的教和學。

6 引入控制技術和計算軟件改進化工原理實驗教學

傳統化工原理實驗更多是手動操作，而企業是DCS控制系統，為了與企業結合更為緊密，引入計算機控制系統，實現手操和機操結合。化工原理實驗對同學們來說，困難的不是實際操作，最難的是后期數據處理和繪圖。使用 AspenPlus 軟件應用于數據處理，提高了設計計算的效率，同時促使在掌握工藝設計計算原理的基礎上，充分利用計算機軟件進行工藝設計。同時，要加強AutoCAD、Origin的教學，通過化工原理實驗報告學會使用這些軟件，提升實踐應用能力[8]。

7 結 語

隨著時代的發展，傳統的化工原理實驗教學已跟不上時代的步伐，滿足不了企業的用人要求，正是科學技術的發展，為化工原理實驗教學改革帶來了機遇和提供了技術支持。通過教學內容、教學工具、教學手段的改革和實踐，以及充分利用各類競賽平臺，充分調動學生的學習主觀能動性和學習興趣，培養符合時代要求的應用型人才。