化工基礎實驗改革研究與探索

熊瑛

（貴州師范大學化學與材料科學學院，貴州 貴陽 550001）

化工基礎實驗是師范院校化學專業必修的一門專業核心課程[1]。其開設目的是通過實驗驗證化工過程中三傳一反的基本理論（三傳指質量傳遞、動量傳遞和熱量傳遞，一反指化學反應過程），使學生加強化工基礎知識的理解，并掌握相應的實驗操作技能。通過化工單元過程實驗現象的觀察、數據處理與結果分析討論來培養學生思考問題、解決問題的能力。同時培養學生安全意識和工程意識、培養團隊合作能力及學生解決實際問題和處理突發問題的能力。在此基礎上，我們對化工基礎實驗的教學方法、教學模式以及實驗考核形式內容進行了改革和實踐 [2,3]。

一、教學改革背景及存在的問題

師范院校培養本科人才過程中，非常重視基礎理論知識的教學，實踐課程教學課時設置相對較少[4]。目前本院已開展的化工基礎實驗如表1 所示。根據課程設置和教學計劃安排，化學班流體流動形態及臨界雷諾數的測定為演示實驗，其他六個實驗為必做實驗。在實驗過程中采用分組輪流實驗，平均6～8 個學生共用一臺設備。管路流體阻力的測定和離心泵特性曲線的測定共用一臺設備，設備存在嚴重老化問題，實驗過程中經常出現漏水滲水問題；精餾實驗裝置購買年限已久，在實驗中經常出現抽補上液體及加熱不穩定的情況。綜上所述，化工基礎實驗課程存在的主要問題是儀器設備簡單陳舊。目前儀器設備只能基本滿足實驗教學工作的開展。實驗條件受限，實驗設備臺套數少，每個實驗的儀器臺套數基本維持在1～2 臺，多人共用一臺儀器，嚴重影響學生參與實驗的積極性。另外部分學生不重視化工基礎實驗課。由于化學專業學生是師范生，大部分學生們就業去向主要是初高中化學教師而不是化工企業生產現場，學生對化工基礎實驗的學習認識不夠。

表1 已開展實驗及現有設備情況

二、改革方法

（一）逐步增加對化工基礎實驗設備的投入

針對現有實驗設備臺套數不足的情況，積極爭取實驗配套設備的采購，逐步增加對化工設備的投入力度。充分利用現有資源，將學院前期采購的化工單元仿真系統和合成氨工藝仿

真系統充分利用起來。通過化工過程仿真模擬，學生可以直觀地看到化工過程中傳動、傳熱和傳質的變化，將整個化工過程簡單化。

（二）加強教學組織管理，提高實驗教學質量

1.仿真教學輔助實驗操作

在實驗教學開展前，先開展仿真實驗。學生可以通過仿真軟件對化工基礎單元操作裝置進行仿真操作。以傳熱實驗為例：傳熱實驗仿真流程如圖2 所示，蒸汽是熱流體，水是冷流體。水進入換熱器內管后與套管環隙中蒸汽進行換熱。通過流量控制閥調節冷水流量大小，水流量、冷水進、出口溫度和管壁溫度直接從表盤上讀取。操作步驟依次如下（局部放大按鈕如圖2）：啟動水泵，打開進水閥，打開蒸汽發生器，打開放汽閥，讀取水的流量，讀取溫度，記錄數據，計算結果。實驗結束后，先關蒸汽發生器，再關進水閥。

仿真操作能實時模擬化工過程，操作簡單便捷。學生們在模擬操作過程中，一旦出現問題，系統會及時報警。有利于學生在錯誤的操作過程中找出問題所在，并及時解決問題。在預習過程中充分調動學生學習化工單元仿真的積極性和主動性，通過不斷的調試模擬，熟練操作，熟悉工藝流程[5]。

2.強化現場操作教學指導

實驗教學中采用提問的方式組織教學，引導學生認識儀器和儀表，掌握實驗原理和操作方法。例如：傳熱實驗中，對流傳熱系數α 值的測定。以提問的形式引導熱量傳遞的推動力是什么？引出溫差，并對表盤上空氣進出口溫度和蒸汽進出口溫度進行讀數，從而計算逆流傳熱過程的Δtm。

實驗過程中，嚴格按實驗流程操作，培養學生的安全意識，不亂動亂摸，養成好習慣。為后期化工生產實習打下良好基礎。

實驗結束后，指導老師檢查實驗數據是否正確，引導學生針對數據結果如何有效開展分析討論，按時提交實驗報告。

3.考核形式

化工基礎實驗考核內容包括預習報告質量（20%）、實驗過程中小組合作情況（10%）、動手操作技能掌握程度（20%）和實驗報告質量（50%），其中實驗報告主要考查實驗數據處理方法、實驗結果分析及討論等。

三、結語

通過加強教學組織管理，激發了學生學習的積極性和主動性。同時緊貼當前化工專業人才的市場需求，通過化工單元仿真單元操作輔助實驗操作來提高化工工程意識、加強實際操作能力，提升專業技能，培養化工應用型人才。