工程教育專業認證背景下《化工原理實驗》課程教學改革探索

□趙彥巧 李建穎 王 吰 王文忠 柴春祥

為了積極推進當前我國工程教育體制改革，做好加入《華盛頓協議》的事前準備，教育部于2006年正式啟動工程教育專業認證試點工作。2016年中國已經成為國際工程聯盟正式成員之一。國家高等教育質量保障體系組成成分復雜，其中必不可少的就包括工程教育的專業認證，它無疑在推動本科工程學位的國際互認和人才培養質量的提高等多方面發揮著中流砥柱的作用。在工程教育改革這一方向中，工程教育專業的認證是必須經歷的大關，并且對于建設更好的專業水平和培養人才這兩方面來說，亦是不錯的開始。在工科專業教育中，各大高校必須嚴格遵守工程教育專業認證的三大理念[1]。

《化工原理實驗》是高校制藥工程、生物工程、食品科學與工程等專業的基礎課。與其他課程實驗相比，本實驗課程注重工程觀念、強調實踐性[2～6]。《化工原理實驗》以單元操作為研究對象，學生通過在實驗過程中操作各個單元操作設備，不僅讓學生們將理論知識諳熟于心，還掌握了實際實驗方法并靈活運用；同時，教師從旁協助學生拓寬思維，發散想法，這樣他們以后生產實踐和解決實際問題就有了堅實有力的后盾。以工程教育專業認證標準和要求為參照物，合理有效地制定天津商業大學《化工原理實驗》課程的教學大綱。通過調整《化工原理實驗》教學內容，將單一性的驗證實驗和綜合性、設計性的實驗密切結合，這樣讓教師可以進一步探求具體的實驗教學內容和方法，讓學生們增加更多的實驗機會，來加強創新能力的有效訓練。本文將從對《化工原理實驗》教學內容及設備的更新和實驗考核方法的優化兩個方面進行具體分析探討。

一、《化工原理實驗》教學存在的不足

以各專業培養目標要求為根據，學生應該同時掌握基礎理論和工程實踐雙重技能。目前，《化工原理實驗》教學中存在的不足：一是課堂教學內容偏多，導致學生聽課效率降低，教師傳授知識一般偏重于抽象的理論，導致學生的興趣不高，也會脫離實際操作；二是學生只局限于課本和作業等學習理論知識，如何將所學知識用于實際工程問題的解決不知所措；三是實驗預習中，大多學生們都是機械謄抄實驗講義上的方法步驟，不會主動思考探究，這樣弱化了其主體地位。

二、《化工原理實驗》教學內容的改革及優化

《化工原理實驗》面向許多不同專業的學生，故此應該根據專業不同發展需求和“模塊知識”以及不同“工程認證”的條件標準，建立一種獨具《化工原理實驗》教學特色的新模式。為了激發學生積極地參與《化工原理實驗》教學環節，化工原理課程組確定實驗教學內容須包括基礎演示、基本實驗、綜合設計、提高創新等四個層面。

(一)基礎演示。為確保學生不同的接受程度，教師可結合實驗中目的與要求，利用本校的實驗裝置錄制教學視頻，便于理論課時結合實驗教學。學生可以提前通過觀看視頻，從而達到預習的目的，通過這種翻轉課堂的方式，相當于是把教師課堂講解的內容在學生實驗預習的過程中就已完成。教師在上課時只需強調實驗過程中的安全事項，檢驗預習效果即可，這樣就可以大大縮短實驗時間，可以留給學生們足夠的時間來進行反復的操作，以便于培養學生的工程意識和能力。學生可到化工原理演示實驗室進行基礎演示實驗的練習，通過基礎演示的實驗—伯努利方程實驗、雷諾實驗、流量計標定實驗、邊界層實驗、旋風分離器實驗和篩板塔演示實驗等，可以促使學生就觀察到的實驗現象展開豐富提問，并且獨立地探求原因。這樣不僅讓學生更了解化工原理實驗，以及單元操作基本概念和原理，而且還為積極參與化工原理實驗埋下伏筆。

(二)基本實驗。通過化工原理基本實驗的實戰實踐，如流體阻力實驗、離心泵特性曲線測定實驗、過濾實驗、傳熱實驗、精餾實驗和干燥速率曲線測定實驗等，使學生初步了解化工原理實驗的一些工藝性、工程性的概念，了解一些測試方法及測量儀表的使用，初步掌握儀器儀表在工程中的應用，進一步加深學生對化工原理各單元操作的原理和儀器設備的理解和認識，使學生建立起工程的概念。在多種教學手段的協同作用下，學生可以更進一步直觀立體地了解化工設備的結構、工作原理、操作方法以及注意事項等，以此增強他們對工業生產設備的全方位認知。化工操作者需要將化工設計、化工過程技術與設備、化工儀表及自動化等多方面的知識結合于一身，將各種知識導入課堂中，讓學生更深入地了解實驗設計、設備結構以及工藝流程。實驗教師是促使實驗順利進行、提升實驗效果的有力保障。在涉及具體實驗部分的時候，教師應注意某些經常出現的問題，如學生操作是否符合規范、是否各有所職，同時在適當時候進行提問與解答。在實驗教學中不但要教學生實驗設備正確使用方式，還要要求學生評估設備是否完好、了解化工實驗中涉及的電水熱的安全性和安全防護措施情況等。

(三)綜合設計。《化工原理實驗》課程將減少驗證型實驗，增加設計型實驗，以激發學生自主設計實驗的積極性和主動性。以實驗室的具體條件為參考，再結合應用型的綜合設計性實驗，對某一產品進行處理、分離或生產。通過具體單元操作將會大幅度提升學生對工程操作和具體工藝參數的認識和理解，從而激發他們對實驗的興趣，這也有利于熟練操作及創新意識的形成，如：超濾膜分離蛋白質溶液或發酵液或中藥提取液、超臨界二氧化碳流體萃取植物油、萃取-精餾制取無水乙醇、應用連續精餾裝置來提純產品等。基于工程教育專業認證理念，非常有必要針對那些對畢業要求有強支撐的課程如《化工原理實驗》來進行教學改革。在該課程的教學過程中，如何將實驗講解得饒有樂趣，讓實驗過程不枯燥乏味，這本身也是個大難題。例如展示化工廠實際生產案例和照片、帶學生參觀化工廠，這些方式巧妙地將實驗聯系實際，不僅讓學生學到了知識，還對實際案例有了認知，做到活學活用。

(四)提高創新。為了提高學生的創新意識和能力以及科研水平和擇業競爭力，可以多參與指導教師的科研課題和“大學生創新創業訓練計劃項目”、“大學生挑戰杯”等，以及系統訓練他們對于實驗的設計與研究，例如：精餾實驗——研究回流比、進料熱狀況參數、進料位置等對操作條件和分離能力的影響；板框過濾實驗——研究過濾壓強差、懸浮液濃度等對過濾過程的影響等。

隨著社會發展進步，培養學生創新實踐能力的途徑層出不窮，其中學科競賽也已逐漸滲入進各個高校培養人才的過程中。以化工實驗大賽為牽引線，促進了師資隊伍建設、學生全面發展以及課程教學改革。專業相關的技能大賽，例如全國化工實驗大賽，不僅僅擁有較高含金量，豐富個人經歷，對于進一步學習的學子的專業課程學習更是一大幫助。通過這類比賽，在自己能力有很大提升的基礎上，也必不可少地培養和強化了團隊協作意識，形成互幫互助的學習氛圍。

三、《化工原理實驗》考核方法的改革及優化

化工原理實驗隸屬于工程技術，由于其特殊性和工程力度大，故此需要分組才能更好地完成實驗。教學目標強調學生應獨立自主學習，課程的考核方式也應進一步改革與調整，這樣能促進學生踴躍進取，還讓教學效果取得顯著成效。在工程教育專業認證這個大前提下，以提高化工原理實驗的實踐教學質量為目標，以具有創新實踐能力的應用型人才為對象，在19版教學大綱修訂過程中對《化工原理實驗》的考核方式進行了重新制定。作為獨立設課的實驗課，《化工原理實驗》課的考核有其自身的特殊性，實驗考核將加大過程考核的占比，增加實驗具體操作考核，結合實驗報告的具體情況，考察學生的實際動手能力、發現問題并提出改進方案的能力，綜上，可考慮將《化工原理實驗》這門課的成績構成不單一化，主要由以下三方面內容組成。

(一)實驗預習報告。在開展實驗課之前，要求學生們通過自己的學習理解，撰寫包含以下內容的預習報告：實驗名稱；實驗目的；實驗儀器；實驗原理；實驗內容與步驟；數據記錄表格。并且將其寫在學校要求的實驗報告冊上，作統一化處理。針對于圖表，學生應使用直尺鉛筆等繪圖工具，獨立設計數據記錄的圖表并科學繪制。最后要求實驗預習報告應內容完整且正確，字跡清晰工整。此項占總成績的20%。

(二)實驗具體操作。實驗具體操作考核主要考察學生能否按教師要求完成實驗操作，實驗過程時間安排是否合理，能否在規定時間內完成實驗。通過實驗具體操作，讓學生學會各單元操作且可以根據不同生產要求隨時更新步驟，當操作不當或設備發生故障時，能分析其原因并提出適合的解決措施，并將過程調節到正常的運行軌道。綜上，教師應根據學生在實操中動作是否規范、有無重大紕漏和實驗結果是否正確打分。在此過程中，要求實驗操作規范，步驟合理清晰，在規定時間完成實驗。此項占總成績的40%。

(三)實驗報告。實驗報告不僅包含預習報告所有內容，還增加了實驗數據處理和實驗結果與分析兩項內容。其中，存在很多不當的行為，導致實驗報告成績為0。例如做完實驗之后，記錄的實驗數據部分沒有指導教師的現場簽字；實驗報告中數據處理和別人雷同，卻和自己記錄的數據不符等情況。教師對學生們實驗報告進行評閱時，評判標準主要包含以下五部分：實驗操作是否完成、實驗報告各部分內容是否全面、數據的處理是否正確、有無根據數據繪制圖表、繪制的圖表是否符合規范等。實驗報告要求內容實事求是，文字言簡意賅；實驗結果分析全面具體，并且數據的記錄與處理準確，并且科學設計圖(表)。此項占總成績的40%。

改進《化工原理實驗》課程的考核方式，改掉以前僅用實驗報告給分的“陋習”，如今，學生的實驗成績包含的內容多樣化，可以憑借成績客觀而準確地了解他們實驗過程的整體情況，方便教師知曉學生掌握理論與實踐方法的程度，進一步來說，從預實驗到完成實驗報告的整個過程中，學生專心致志、一絲不茍、規范嚴謹的科學精神也將得到升華。同時考核方式的改革有助于提高學生的實驗操作技能和培養學生團結協作的精神，并且讓他們在與業內同行溝通交流復雜的工程問題時，思路清晰語言流暢。在整個過程中，貫徹了工程教育專業認證中的持續改進理念。

四、結語

《化工原理實驗》教學改革，在學生鞏固擴大理論知識的同時，還可以將其結合穿插在實驗各操作過程中，并且學會舉一反三，以此改善他們對實際問題進行分析、解決的能力。不斷摸索適合于課程實驗的教學內容和考核方式，不但讓學生對《化工原理實驗》產生濃厚興趣，并且還會提升他們綜合素質技能，甚至能全面增強實驗教學質量，進而培養卓越工程師高素質人才。