工程教育認證的化工原理實驗教學改革

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摘要:化工原理實驗是化工專業的重要實踐課程之一，是理論聯系實踐的橋梁。基于工程教育專業認證的基本理念，針對目前化工原理實驗課程教學中存在的主要問題，提出從教學軟硬件設施、教學模式及方法、工程意識培養及鍛煉、考核方式等方面進行改革與探索，旨在改善教學效果，提升人才培養質量。

關鍵詞:工程教育專業認證;化工原理實驗;教學改革

化工原理實驗是化工類專業必修實驗課程之一，它基于先修的《化工原理》理論課程的基礎知識，以化工單元操作過程的原理、設備、流程為主要內容，培養學生進行工程實驗的設計、組織實施、實踐操作以及數據處理等綜合運用知識的能力和工程實踐能力［1］。工程教育專業認證對專業建設提出了新標準和新要求，在此背景下，作為具有較強工程實踐特點的化工原理實驗課程需要根據認證要求，對傳統實驗教學模式進行必要的改革與探索，切實踐行“成果導向教育(OutcomeBasedEducation，簡稱OBE)”這一工程教育認證的基本理念［2］。筆者對近年來江漢大學化學工程與工藝專業在化工原理實驗課程教學改革與探索過程中的一些問題、方法、經驗進行了總結，旨在進一步改善實驗教學效果，鍛煉學生工程實踐能力，提升人才培養質量。

1化工原理實驗教學的現狀分析

化工原理實驗教學環節主要由實驗理論課、實驗預習、實驗操作、實驗報告與實驗考核這幾個教學環節組成，在傳統的化工原理實驗教學過程中，主要存在以下問題和不足:化工原理理論課與實驗課開設不同步，導致實驗開展時學生對實驗涉及的理論知識有所遺忘，直接影響實驗效果［3］。傳統實驗教學過程中實驗預習不充分，預習過程中大多數學生主要依賴教師集中講解實驗的原理、內容及主要要求，然后將相關實驗目的、原理、實驗裝置與流程、實驗步驟對照實驗講義抄寫一遍［4］，學生對實驗的原理理解不透徹，對實驗涉及的流程、設備及實驗過程中應該記錄的數據不清晰，在整個預習過程中并沒有積極主動思考問題;由于預習不夠充分，直接導致實驗過程中對設備、流程梳理不到位，機械地按照教師的示范或講義的步驟進行實驗操作，一旦有問題出現就手忙腳亂，不知如何處理。此外，由于實驗設備臺套數有限，每組學生可能多至4～5人，有些學生在實驗過程中只是袖手旁觀，跟著吃大鍋飯，學生的動手能力沒有得到充分鍛煉，工程實踐能力也沒有得到應有的提升，最終導致實驗教學效果不佳。最后，傳統實驗教學過程中，學生缺乏工程意識和鍛煉;在實驗報告的撰寫環節有部分學生只是處理一下實驗數據，并未對實驗過程中遇到的問題進行深入分析和總結，有個別學生甚至抄襲實驗報告。傳統的化工原理實驗成績主要依據學生的實驗報告給出，但由于存在上述不良現象，實驗報告不能客觀、全面反應出學生對實驗的認識和掌握程度［5］，無法考量學生的實際操作能力和發現、分析、解決工程問題的能力。

2化工原理實驗教學的改革與探索

鑒于化工原理實驗教學存在上述問題和不足，為了踐行工程教育認證的基本理念，對照認證的標準和本專業畢業要求，我們對化工原理實驗教學從教學軟硬件設施、教學模式及方法、工程意識培養及鍛煉、考核方式等方面進行了改革與探索。

2．1改善教學軟硬件設施

綜合考慮工程教育認證和化工專業對化工原理實驗的教學要求，有針對性地采購與化工原理實驗配套的仿真軟件、增加實驗設備的臺套數、升級部分陳舊設備。如采購了流體流動、精餾、萃取等經典化工原理實驗的仿真軟件，讓學生在預習實驗階段增加仿真實驗的學習和運行，有利于強化預習效果。為了保障生均設備臺套數滿足認證要求，增添了多套流體流動、換熱、精餾、吸收和過濾裝置，滿足每組學生2～3人一起開展實驗，同學之間分工協作，使得每一位學生充分參與到實驗過程中，極大調動了學生的積極性和團隊協作能力。除此之外，還升級了部分陳舊設備，例如，將原有的流量計校正、流動阻力測定、離心泵性能曲線測定三套獨立的舊實驗設備升級為一套流動過程綜合實驗裝置，不僅節約了實驗用地，而且學生通過綜合設計實驗加深對理論知識的理解與運用，循序漸進地提高其創新意識和工程實踐能力。

2．2優化教學模式及方法

工程教育專業認證強調“以學生為中心”，因此實驗教學的各個環節設置和安排均以學生為主體，調動學生學習的自主性［6］。為提高學生學習的主動性和創造性，將傳統以教師為主導的灌輸式教學模式改革為以學生為中心的引導式、互動式、開放式教學模式。實驗預習時做到理論預習、仿真預習和現場預習三者相結合。理論預習時，引導學生了解和熟悉實驗的目的、原理、涉及的主要設備，自主設計實驗的步驟和程序，手繪實驗的主要工藝流程圖，設計實驗數據記錄表格、明確實驗過程中應該關注的參數等。教師積極引導學生利用仿真實驗教學平臺資源，學生通過仿真軟件，結合理論預習對實驗進行預演，熟悉實驗操作，關注實驗過程中出現的新問題和注意事項，以此提高實驗的設計能力與分析、解決問題的能力。實驗設備提前對學生開放，讓學生實地熟悉實驗設備、閥門、儀表、實驗涉及的工藝流程及安全操作注意事項，為后期實驗開展做好準備工作。在預習這一環節的教學中，教師時刻注意以學生為中心，多采用問題教學模式，激發學生的學習實驗興趣，讓學生積極參與到實驗預習中來，發揮主觀能動性。學生預約進入實驗室后，進行實驗操作之前教師要檢查學生的預習報告是否完善，通過對學生提出問題，檢驗學生的預習效果;實驗前引導學生梳理實驗的工藝流程和注意事項，強調在操作中應該注意的安全問題;具體操作細節先不做講解和示范，讓學生自行探索，待他們自己發現問題后教師介入，引導學生分析、討論問題，最終找到解決問題的辦法。在這一過程中，學生能深刻理解和應用所學理論知識。如實驗過程中可能出現的一系列問題:(1)離心泵啟動后不出水的原因可能是什么，離心泵的實驗開始前為什么要灌泵?離心泵串聯實驗中，串聯泵出現嗡鳴、異響可能是什么問題?應該如何解決?2)流量計校正實驗中，文丘里流量計測量時實驗測量值偏小，可能是什么原因造成的?3)流動阻力測量時，在測量大流量時，測壓點壓差通過什么元件測量?此時U型管壓差的進入閥門應該處于什么狀態?(4)精餾實驗中，出現塔頂產品質量下降，應該如何調節精餾塔?學生通過對這一系列問題的思考、分析、討論到最終解決，不僅對實驗原理、單元操作的理論知識理解更深入，而且其工程意識和分析問題、解決問題的能力也得到了強化［7］。實驗報告撰寫中，每名學生選取一組實驗數據，寫出完整的數據處理過程，以此避免同學之間抄襲實驗報告的情況發生，同時鼓勵學生運用計算機相關軟件處理數據和繪圖。此外，增加結果分析和討論環節，以此培養學生歸納總結、撰寫科學實驗報告及就復雜工程問題與同行進行溝通交流的能力［8］。此外，通過組織學生參加化工原理實驗大賽促進實驗教學改革。鼓勵、引導學生參加全國大學生化工實驗大賽，并對參賽學生進行重點培訓，針對輔導，做到“以賽促教，以賽促學，賽學結合”，實現化工原理實驗教學內容的應用與拓展［3］。

2．3注重工程意識培養和鍛煉工程實踐能力

鑒于化工原理實驗的工程實踐特點，在每一個實驗環節中根據教學內容和特點滲透工程觀念，激發學生對工程問題的思考和探究興趣，引導學生用所學知識解決工程實際問題，做到學以致用，以此培養學生的工程意識和鍛煉學生的工程實踐能力。實驗預習階段，鼓勵學生根據理論所學自行設計實驗方案，引導學生討論、分析該方案在生產實踐中的可行性、經濟性、安全性及環境保護等實際工程問題。在實驗準備階段，讓學生梳理工藝流程、裝置中的開關和閥門所處狀態，類似化工廠開車前的準備工作。實驗操作中讓學生牢記“安全”二字，避免設備損壞和事故發生。同時，通過分組實驗有意識地培養學生在實驗過程中進行有效溝通的能力、組織協調能力和團隊精神。實驗報告環節，要求學生最后從工程實際角度對實驗結果做出評價，培養學生的分析和總結能力。此外，還以化工原理實驗大賽為契機，引導學生積極參賽挑戰和鍛煉，培養學生的工程能力［9］。

2．4完善考核方式

如前所述，原有化工原理實驗課程考核的成績由預習理論考試和實驗報告成績組成，缺乏對學生實驗操作能力的考核，而且實驗報告存在部分雷同現象，難以客觀評價學生的綜合能力。目前，已將該課程的考核方式修訂為由預習理論考試、實驗操作、實驗報告、實操考核組成。在實操考核中，學生分組進行抽簽確定實驗項目，過程中注重考察學生實驗設計合理與否，實驗操作正確與否，實驗數據的讀取正確與否，組內學生是否注意團隊協作等。新的考核方式與實驗教學的各個環節掛鉤，突出學生實驗過程的表現成績，這樣既可以調動學生實驗的積極主動性，又可以根據考核結果形成有針對性的持續改進機制，提高實驗教學效果和人才培養質量［10］。

3結語

化工原理實驗課程是一門實踐性很強的技術基礎課。在工程教育專業認證背景下，通過對化工原理實驗教學的軟件及硬件設施、教學模式及方法、工程觀念培養及考核方式等進行改革實踐，探索建立符合當前工程教育專業認證要求的化工原理實驗課程體系，提升教學效果，全面培養學生的實踐創新能力、工程意識、團隊協作精神和綜合應用能力。

參考文獻

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［2］顏秀花，許偉，張義東，等．基于OBE教育理念下的化工原理實驗教學改革［J］．廣州化工，2020，48(20):152－153．

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［4］董雪茹，趙龍濤，呂和坤，等．應用型本科院校化工原理實驗教學改革與實踐［J］．廣州化工，2020，48(23):215－216．

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［7］張莉梅，秦莉曉，譚蕓妃，等．化工原理及實驗課程教學體系的改革與探索［J］．教育教學論壇，2020(29):373－375．

［8］程倩，張繼國，陳欲曉，等．工程認證導向下化工原理實驗課程改革與探索［J］．化工高等教育，2020(2):122－125．

［9］陳大勇，錢立武，盛敏剛．新工科背景下化工原理實驗教學改革與實踐［J］．池州學院學報，2019，33(3):133－134．

［10］姬登祥，張云，應惠娟，等．工程教育專業認證背景下化工原理實驗教學探索［J］．教育教學論壇，2019(43):265－267．

作者：姚振華 胥桂萍 周富榮 陳婷 胡茂從 單位：江漢大學