基于化工實驗大賽的化工原理課程教學改革的啟示

張志　高雪梅　魏佳旭

對以培養應用型人才為主的高校來說，培養學生的核心能力尤為關鍵。化工原理是理工科一門非常重要的基礎課程，它不僅具有理論性的特征，還需要大量的實驗作為支撐。化工實驗大賽以化工原理課程為基礎開展，該比賽分為理論考試、仿真操作和實操項目三個環節，要求學生不僅要具備扎實的理論知識，還要具備仿真實驗操作能力、實操動手能力和對實驗報告的數據處理能力等。筆者針對自己所在學院（吉林農業科技學院）化工原理課程教學中存在的問題和不足，以化工實驗大賽為契機，借鑒比賽的先進模式對課程進行改革，最終形成以學生為主體，培養學生團隊溝通能力、實踐動手能力和數據處理能力的教學改革方案，以期達到理想的改革效果。

一、當前化工原理課程教學存在的問題

（一）學生學習自主性不強

一直以來，筆者所在學院的化工原理課程采用“課堂教學+實驗教學”的模式，理論學習內容大多為操作原理、公式推導、公式的應用計算等，要求學生具備一定的邏輯推理能力和計算能力。這些學習內容深奧，導致學生學習興趣不高，學習自主性不強。在實驗教學中，學生為了完成實驗而實驗，缺乏學習的主動性和積極性。

（二）實驗設備數量不足

吉林農業科技學院作為一所地方性農業院校的本科學院，工科基礎薄弱。因為化工類實驗設備成本投資較高、維修復雜，所以學院資金投入較少，設備數量不足。在化工原理課程實驗中，教師通常開設多組實驗項目，每組安排多名學生一起進行實驗，導致部分學生能動性不足，實驗教學效果不佳。

（三）學生實驗操作不規范

由于實驗基礎條件不完善，每組學生人數較多，實驗全過程由部分組員完成，其他組員則以旁觀者身份觀摩整個實驗，沒有參與實驗，導致實驗教學流于形式。另外，部分實驗室設備較為復雜，很多學生在實驗操作時或畏手畏腳，或全程觀摩，參與度不高。

（四）教師考核方法不科學

化工原理課程傳統的考核方法主要是期末考試和實驗測試。對部分學生來說，他們覺得期末考試壓力很大，考前“臨陣磨槍”，只期望過及格線，考完就基本忘記了所學知識。另外，實驗考核主要是根據出勤情況、課堂表現、實驗報告進行綜合評判。部分學生在撰寫實驗報告時只會照搬照抄，不知道如何處理測定的數據，不會應用Excel、Origin等軟件。

二、化工原理課程教學改革的舉措

（一）以技能大賽促進一體化教學改革

化工實驗大賽分為理論考試、仿真操作和實操項目三個環節。其中理論考試內容全面，基本涵蓋化工原理課程的主要內容，而且考核內容具有一定的難度。仿真操作包括化工實踐生產操作和安全考核，需要3人一組，分為組長、內操、外操，通過團隊配合才能完成。實操項目包括實驗操作和實驗報告的處理，實驗操作為3人一組，通過相互配合才能完成，實驗報告則需要進行數據處理。基于化工實驗大賽各個環節，教師要設計理論、虛擬仿真、實操技能的“理+虛+技”一體化教學方案，培養學生的團隊溝通能力、實踐動手能力和數據處理能力。

（二）以項目化標準設計課程內容

教師應結合化工原理課程“三傳一反”中的動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞等知識設計項目化課程內容，開展流體、傳熱、吸收、精餾、干燥五個單元的項目化教學活動。仿真操作以化工生產中的吸收和精餾操作為主，有需要團隊完成的化工生產過程內容，有需要單獨操作的仿真內容。實驗操作以流體流動、傳熱、吸收和精餾為主，考查學生實驗完成情況和實驗報告的書寫情況。實驗要求團隊配合完成實驗前準備、實驗開機、數據采集和實驗結束停機等環節，同時遵循安全意識、團隊意識和操作規范三個方面的要求。

（三）以核心技能制定評分考核標準

教師要以化工大賽各個環節的要求為標準，按照理論考核成績、虛擬仿真成績（安全考核）、實驗操作成績（實驗報告）等內容制定評分考核標準。其中理論考試以5次小考為主，每章節學完后組織學生進行閉卷測試，題型以選擇題、填空題、簡答題和計算題為主。仿真操作由系統打分，學生要在規定的時間內完成化工生產、單元操作仿真和安全測試。實驗操作是通過現場操作考核的，學生要在4個實驗項目中隨機抽取1個，以實驗操作的規范性、安全性和團隊配合情況為主要考核點，實驗報告要包括原始數據、數據處理、圖形處理、數據分析和結果分析等內容。在學生化工原理課程考試成績中，綜合理論考試平均成績占50%，仿真成績占10%，團隊協作成績占10%，實驗操作（實驗報告）成績占30%。

三、化工原理課程教學改革結果

筆者以自己所在學院制藥工程專業化工原理課程教學為樣本展開研究，進行平行班分組實驗，結合調查問卷和期末成績來對比改革方案（項目化理論教學+虛擬仿真+實操）和傳統教學方式（理論+實踐）的效果。

（一）課程改革調查問卷結果

在課程改革過程中，筆者通過發放調查問卷的方式了解課程教學情況和學生學習情況，找到學生學習的問題所在。筆者向改革班級的學生發放了30份調查問卷，回收了28份，問卷有效回收率為93.33%。其中對于“哪部分知識較難”這一問題，有34.80%的學生選擇了“邏輯部分”，34.80%的學生選擇了“計算部分”，21.70%的學生選擇了“原理部分”，8.70%的學生選擇了“公式部分”。由此可知，學生在學習計算題、公式、邏輯、推導等知識點方面有一定的困難。在今后的教學過程中，筆者會更加重視課堂計算練習，布置課后習題作業，并在課程教學中設置5次小考，每章結束后跟進測試。

對于“哪種學習方式較好”這一問題，30.24%的學生選擇了“課堂討論”，25.12%的學生選擇了“課堂習題”，15.42%的學生選擇了“單元測試”，15.32%的學生選擇了“教學總結”，8.20%的學生選擇了“線上自學”，5.70%的學生選擇了“課前提問”。由此可知，學生比較喜歡課堂討論和課堂習題的學習方式，這說明學生想當堂解決問題，對不懂的問題有求知欲。而對于線上自學或課前提問等學習方式，他們的興趣較低。在今后的教學中，筆者會重視培養學生的自學能力，爭取每堂課與學生互動，幫助學生復習、鞏固所學知識點。

對于“你對教師改革的效果是否滿意”這一問題，有91.30%的學生選擇了“很滿意”，有8.70%的學生選擇了“比較滿意”，沒有學生選擇“不滿意”。由此可知，學生對教師的教學改革是比較滿意的，整體教學改革氛圍較好，學生沒有產生反感情緒。

（二）實踐考核成績結果

通過分析、對比改革班級2020級制藥工程（1）班和傳統班級2020級制藥工程（2）班實踐成績（表1、表2），來探索教學改革成效。由表1、表2可以看出，改革班級成績構成項目較多，包括考核成績、仿真操作成績、團隊協作成績和實驗操作成績。而傳統班級的成績構成項目相對比較簡單，僅僅包括考核成績和實驗操作成績。改革班級增加了仿真操作，同時在實驗操作中增加了團隊協作的考核內容，有助于培養學生的團隊協作能力，使學生更了解實驗操作過程及注意事項，提高動手能力。

（三）考試成績結果

通過對比2020級制藥工程（1）班化工原理期末成績和2020級制藥工程（2）班化工原理期末成績（表3、表4），以最終校內課程考核成績為例說明改革效果。由表3、表4可知，筆者對2020級制藥工程（1）、（2）班進行平行班級授課，期末采用相同方式進行考核。2020級制藥工程（1）班學生共29人，采用改革方式授課，教學效果較好，平均分為78.01分，全員及格。2020級制藥工程（2）班學生共37人，采用傳統教學方式授課，平均成績為69.06分，不及格人數為5人。從教學效果成績看，課程教學改革效果明顯。

四、化工原理教學改革展望

化工原理課程改革促進了課堂教學方式由以教師為中心向以學生為中心的轉變，它以學科競賽為基礎，以項目化教學方式把常規理論教學內容具體化，提高針對性，使學生的學習目的性更強；以虛擬仿真的實踐創新結合傳統實踐教學，使學生的代入感更強，產生更加深刻的體會；以實操技能考核鍛煉學生的團隊協作能力、實踐動手能力和數據處理能力。雖然這種改革方式取得了一定的成績，但在實際操作中也遇到了一定的問題，比如教學投入較大，理論課程增加了大量的測試與練習，加大了教師的教學負擔等。未來，筆者將繼續加強課賽融合，以賽代考，持續改進教學創新模式，深耕教學理念和內容，進一步完善教學創新模式，以期在教學改革方面有所突破。

（作者單位：吉林農業科技學院生物與制藥工程學院）