工程教育认证的化工原理实验教学改革

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摘要:化工原理实验是化工专业的重要实践课程之一，是理论联系实践的桥梁。基于工程教育专业认证的基本理念，针对目前化工原理实验课程教学中存在的主要问题，提出从教学软硬件设施、教学模式及方法、工程意识培养及锻炼、考核方式等方面进行改革与探索，旨在改善教学效果，提升人才培养质量。

关键词:工程教育专业认证;化工原理实验;教学改革

化工原理实验是化工类专业必修实验课程之一，它基于先修的《化工原理》理论课程的基础知识，以化工单元操作过程的原理、设备、流程为主要内容，培养学生进行工程实验的设计、组织实施、实践操作以及数据处理等综合运用知识的能力和工程实践能力［1］。工程教育专业认证对专业建设提出了新标准和新要求，在此背景下，作为具有较强工程实践特点的化工原理实验课程需要根据认证要求，对传统实验教学模式进行必要的改革与探索，切实践行“成果导向教育(OutcomeBasedEducation，简称OBE)”这一工程教育认证的基本理念［2］。笔者对近年来江汉大学化学工程与工艺专业在化工原理实验课程教学改革与探索过程中的一些问题、方法、经验进行了总结，旨在进一步改善实验教学效果，锻炼学生工程实践能力，提升人才培养质量。

1化工原理实验教学的现状分析

化工原理实验教学环节主要由实验理论课、实验预习、实验操作、实验报告与实验考核这几个教学环节组成，在传统的化工原理实验教学过程中，主要存在以下问题和不足:化工原理理论课与实验课开设不同步，导致实验开展时学生对实验涉及的理论知识有所遗忘，直接影响实验效果［3］。传统实验教学过程中实验预习不充分，预习过程中大多数学生主要依赖教师集中讲解实验的原理、内容及主要要求，然后将相关实验目的、原理、实验装置与流程、实验步骤对照实验讲义抄写一遍［4］，学生对实验的原理理解不透彻，对实验涉及的流程、设备及实验过程中应该记录的数据不清晰，在整个预习过程中并没有积极主动思考问题;由于预习不够充分，直接导致实验过程中对设备、流程梳理不到位，机械地按照教师的示范或讲义的步骤进行实验操作，一旦有问题出现就手忙脚乱，不知如何处理。此外，由于实验设备台套数有限，每组学生可能多至4～5人，有些学生在实验过程中只是袖手旁观，跟着吃大锅饭，学生的动手能力没有得到充分锻炼，工程实践能力也没有得到应有的提升，最终导致实验教学效果不佳。最后，传统实验教学过程中，学生缺乏工程意识和锻炼;在实验报告的撰写环节有部分学生只是处理一下实验数据，并未对实验过程中遇到的问题进行深入分析和总结，有个别学生甚至抄袭实验报告。传统的化工原理实验成绩主要依据学生的实验报告给出，但由于存在上述不良现象，实验报告不能客观、全面反应出学生对实验的认识和掌握程度［5］，无法考量学生的实际操作能力和发现、分析、解决工程问题的能力。

2化工原理实验教学的改革与探索

鉴于化工原理实验教学存在上述问题和不足，为了践行工程教育认证的基本理念，对照认证的标准和本专业毕业要求，我们对化工原理实验教学从教学软硬件设施、教学模式及方法、工程意识培养及锻炼、考核方式等方面进行了改革与探索。

2．1改善教学软硬件设施

综合考虑工程教育认证和化工专业对化工原理实验的教学要求，有针对性地采购与化工原理实验配套的仿真软件、增加实验设备的台套数、升级部分陈旧设备。如采购了流体流动、精馏、萃取等经典化工原理实验的仿真软件，让学生在预习实验阶段增加仿真实验的学习和运行，有利于强化预习效果。为了保障生均设备台套数满足认证要求，增添了多套流体流动、换热、精馏、吸收和过滤装置，满足每组学生2～3人一起开展实验，同学之间分工协作，使得每一位学生充分参与到实验过程中，极大调动了学生的积极性和团队协作能力。除此之外，还升级了部分陈旧设备，例如，将原有的流量计校正、流动阻力测定、离心泵性能曲线测定三套独立的旧实验设备升级为一套流动过程综合实验装置，不仅节约了实验用地，而且学生通过综合设计实验加深对理论知识的理解与运用，循序渐进地提高其创新意识和工程实践能力。

2．2优化教学模式及方法

工程教育专业认证强调“以学生为中心”，因此实验教学的各个环节设置和安排均以学生为主体，调动学生学习的自主性［6］。为提高学生学习的主动性和创造性，将传统以教师为主导的灌输式教学模式改革为以学生为中心的引导式、互动式、开放式教学模式。实验预习时做到理论预习、仿真预习和现场预习三者相结合。理论预习时，引导学生了解和熟悉实验的目的、原理、涉及的主要设备，自主设计实验的步骤和程序，手绘实验的主要工艺流程图，设计实验数据记录表格、明确实验过程中应该关注的参数等。教师积极引导学生利用仿真实验教学平台资源，学生通过仿真软件，结合理论预习对实验进行预演，熟悉实验操作，关注实验过程中出现的新问题和注意事项，以此提高实验的设计能力与分析、解决问题的能力。实验设备提前对学生开放，让学生实地熟悉实验设备、阀门、仪表、实验涉及的工艺流程及安全操作注意事项，为后期实验开展做好准备工作。在预习这一环节的教学中，教师时刻注意以学生为中心，多采用问题教学模式，激发学生的学习实验兴趣，让学生积极参与到实验预习中来，发挥主观能动性。学生预约进入实验室后，进行实验操作之前教师要检查学生的预习报告是否完善，通过对学生提出问题，检验学生的预习效果;实验前引导学生梳理实验的工艺流程和注意事项，强调在操作中应该注意的安全问题;具体操作细节先不做讲解和示范，让学生自行探索，待他们自己发现问题后教师介入，引导学生分析、讨论问题，最终找到解决问题的办法。在这一过程中，学生能深刻理解和应用所学理论知识。如实验过程中可能出现的一系列问题:(1)离心泵启动后不出水的原因可能是什么，离心泵的实验开始前为什么要灌泵?离心泵串联实验中，串联泵出现嗡鸣、异响可能是什么问题?应该如何解决?2)流量计校正实验中，文丘里流量计测量时实验测量值偏小，可能是什么原因造成的?3)流动阻力测量时，在测量大流量时，测压点压差通过什么元件测量?此时U型管压差的进入阀门应该处于什么状态?(4)精馏实验中，出现塔顶产品质量下降，应该如何调节精馏塔?学生通过对这一系列问题的思考、分析、讨论到最终解决，不仅对实验原理、单元操作的理论知识理解更深入，而且其工程意识和分析问题、解决问题的能力也得到了强化［7］。实验报告撰写中，每名学生选取一组实验数据，写出完整的数据处理过程，以此避免同学之间抄袭实验报告的情况发生，同时鼓励学生运用计算机相关软件处理数据和绘图。此外，增加结果分析和讨论环节，以此培养学生归纳总结、撰写科学实验报告及就复杂工程问题与同行进行沟通交流的能力［8］。此外，通过组织学生参加化工原理实验大赛促进实验教学改革。鼓励、引导学生参加全国大学生化工实验大赛，并对参赛学生进行重点培训，针对辅导，做到“以赛促教，以赛促学，赛学结合”，实现化工原理实验教学内容的应用与拓展［3］。

2．3注重工程意识培养和锻炼工程实践能力

鉴于化工原理实验的工程实践特点，在每一个实验环节中根据教学内容和特点渗透工程观念，激发学生对工程问题的思考和探究兴趣，引导学生用所学知识解决工程实际问题，做到学以致用，以此培养学生的工程意识和锻炼学生的工程实践能力。实验预习阶段，鼓励学生根据理论所学自行设计实验方案，引导学生讨论、分析该方案在生产实践中的可行性、经济性、安全性及环境保护等实际工程问题。在实验准备阶段，让学生梳理工艺流程、装置中的开关和阀门所处状态，类似化工厂开车前的准备工作。实验操作中让学生牢记“安全”二字，避免设备损坏和事故发生。同时，通过分组实验有意识地培养学生在实验过程中进行有效沟通的能力、组织协调能力和团队精神。实验报告环节，要求学生最后从工程实际角度对实验结果做出评价，培养学生的分析和总结能力。此外，还以化工原理实验大赛为契机，引导学生积极参赛挑战和锻炼，培养学生的工程能力［9］。

2．4完善考核方式

如前所述，原有化工原理实验课程考核的成绩由预习理论考试和实验报告成绩组成，缺乏对学生实验操作能力的考核，而且实验报告存在部分雷同现象，难以客观评价学生的综合能力。目前，已将该课程的考核方式修订为由预习理论考试、实验操作、实验报告、实操考核组成。在实操考核中，学生分组进行抽签确定实验项目，过程中注重考察学生实验设计合理与否，实验操作正确与否，实验数据的读取正确与否，组内学生是否注意团队协作等。新的考核方式与实验教学的各个环节挂钩，突出学生实验过程的表现成绩，这样既可以调动学生实验的积极主动性，又可以根据考核结果形成有针对性的持续改进机制，提高实验教学效果和人才培养质量［10］。

3结语

化工原理实验课程是一门实践性很强的技术基础课。在工程教育专业认证背景下，通过对化工原理实验教学的软件及硬件设施、教学模式及方法、工程观念培养及考核方式等进行改革实践，探索建立符合当前工程教育专业认证要求的化工原理实验课程体系，提升教学效果，全面培养学生的实践创新能力、工程意识、团队协作精神和综合应用能力。

参考文献

［1］周富荣，胥桂萍，陈婷，等．工程论证背景下化工原理实验开放式教学模式的探索与实践［J］．山东化工，2019，48(04):140－141．

［2］颜秀花，许伟，张义东，等．基于OBE教育理念下的化工原理实验教学改革［J］．广州化工，2020，48(20):152－153．

［3］赵帅，杨俊松，叶栩文，等．基于工程观念培养的化工原理实验课程教学探讨［J］．长春师范大学学报，2018，37(8):147－149．

［4］董雪茹，赵龙涛，吕和坤，等．应用型本科院校化工原理实验教学改革与实践［J］．广州化工，2020，48(23):215－216．

［5］计海峰，郑娣莲，张振坤，等．新工科背景下化工专业化工原理实验教学改革的研究与探索［J］．山东化工，2019，48(1):134－135．

［6］吴真，胡磊，许家兴，等．OBE理念在化工原理实验教学中的实践与探讨［J］．广州化工，2020，48(6):157－159．

［7］张莉梅，秦莉晓，谭芸妃，等．化工原理及实验课程教学体系的改革与探索［J］．教育教学论坛，2020(29):373－375．

［8］程倩，张继国，陈欲晓，等．工程认证导向下化工原理实验课程改革与探索［J］．化工高等教育，2020(2):122－125．

［9］陈大勇，钱立武，盛敏刚．新工科背景下化工原理实验教学改革与实践［J］．池州学院学报，2019，33(3):133－134．

［10］姬登祥，张云，应惠娟，等．工程教育专业认证背景下化工原理实验教学探索［J］．教育教学论坛，2019(43):265－267．

作者：姚振华 胥桂萍 周富荣 陈婷 胡茂从 单位：江汉大学