鄭建東

(滁州學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系,安徽滁州239012)

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討

鄭建東

(滁州學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系,安徽滁州239012)

化工原理實(shí)驗(yàn)課屬于專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課,是理論與實(shí)踐密切結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行了探討,提出了“重視實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí),注重動(dòng)手能力培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫”的改革措施,以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,適應(yīng)創(chuàng)新和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

化工原理;實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法

0 引言

化工原理是一門工程學(xué)科,是化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)及相近專業(yè)必修的一門主干課,其強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、定量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)技能和設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練,在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起著承上啟下、由理及工的橋梁作用。而化工原理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理必修的(化工原理、化工原理課程設(shè)計(jì)以及化工原理實(shí)驗(yàn)課)三大環(huán)節(jié)之一。其基本任務(wù)是使學(xué)生加深理解和鞏固化工原理課程中所闡述的理論,讓學(xué)生親自動(dòng)手去操作一些化工生產(chǎn)設(shè)備,培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際化工過(guò)程中所容易出現(xiàn)的問(wèn)題,要求他們?cè)趯?shí)際操作過(guò)程中熟悉實(shí)驗(yàn)流程、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案提出有指導(dǎo)性的異議、注意觀察一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。特別是在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和開(kāi)發(fā)學(xué)生智力等方面發(fā)揮著重要的作用[1-4]。本人結(jié)合自己多年來(lái)化工原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐,對(duì)該實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方法提出了自己的看法,以提高教學(xué)質(zhì)量。

1 重視實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

1.1 教師的準(zhǔn)備工作

每一次實(shí)驗(yàn)課之前,指導(dǎo)教師應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作。實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作是保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量,提高實(shí)驗(yàn)效率的有效保障。首先,作為指導(dǎo)教師必須寫出富有啟發(fā)性的指導(dǎo)提綱,總結(jié)本次化工原理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。就本次實(shí)驗(yàn)所涉及的相關(guān)理論知識(shí)做詳細(xì)簡(jiǎn)要總結(jié),整理出基本概念和基本理論、重點(diǎn)和難點(diǎn)及相關(guān)理論。其次,教師必須對(duì)所指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)做好充分的預(yù)備工作。由于化工原理實(shí)驗(yàn)裝置接近化工實(shí)際,經(jīng)常遇到溫度、壓力、流量、濃度等各種測(cè)量?jī)x表和儀器的操作問(wèn)題,還涉及到水、電、泵、風(fēng)機(jī)和鋼瓶的使用等,一旦實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤操作就容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果失敗,甚至發(fā)生事故。例如,我們實(shí)驗(yàn)室流體阻力測(cè)試和流量計(jì)校核實(shí)驗(yàn)中在啟動(dòng)電機(jī)之前一定要注意壓差計(jì)的平衡閥打開(kāi),否則就容易導(dǎo)致U型管壓差計(jì)中的指示劑水銀沖出。為此,指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)前必須檢查所要用到的所有水電氣是否完全暢通,逐一核查實(shí)驗(yàn)時(shí)要使用的儀器和設(shè)備的完好性,做到及時(shí)修理、更換,保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中極易出現(xiàn)問(wèn)題的一些細(xì)節(jié)操作過(guò)程,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一定要給學(xué)生講明。同時(shí)對(duì)于新進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置一定要進(jìn)行認(rèn)真調(diào)試,并寫出完整的調(diào)試報(bào)告,以便在實(shí)驗(yàn)課上掌握主動(dòng)權(quán),從而對(duì)于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題胸有成竹。

1.2 學(xué)生的準(zhǔn)備工作

實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生了解理論產(chǎn)生的測(cè)試手段、過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí),通過(guò)動(dòng)手、動(dòng)腦去驗(yàn)證已知的理論,進(jìn)一步探索未知,訓(xùn)練學(xué)生掌握科學(xué)思維方法,同時(shí)還要熟悉實(shí)驗(yàn)裝置、儀器設(shè)備及其性能?；ぴ韺?shí)驗(yàn)與其他實(shí)驗(yàn)(如有機(jī)和無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)等)不同,它的特點(diǎn)是具有工藝性和工程性,也是學(xué)生第一次接觸工程裝置的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生剛進(jìn)入化工原理實(shí)驗(yàn)室對(duì)于所看到的裝置往往會(huì)感到既新鮮又好奇,但一旦面對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置,要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)往往會(huì)覺(jué)得無(wú)從下手,因而化工原理實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)就顯得特別重要。學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前一定要對(duì)實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí),了解實(shí)驗(yàn)所要驗(yàn)證的理論知識(shí),對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置圖有一定的了解,同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)和操作步驟做簡(jiǎn)要的了解。強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)有利于學(xué)生復(fù)習(xí)課堂教學(xué)已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論知識(shí),同時(shí)有利于鍛煉學(xué)生邏輯思維和構(gòu)思組織能力。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后(可以提前到實(shí)驗(yàn)室),對(duì)照裝置圖逐一查明實(shí)驗(yàn)裝置的每一部分,熟悉實(shí)驗(yàn)流程,按照講義熟悉操作步驟,對(duì)于裝置中一些閥門的開(kāi)關(guān)和注意事項(xiàng)要完全掌握,不明白的要請(qǐng)教老師。在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)之前一定弄清楚實(shí)驗(yàn)要測(cè)量的數(shù)據(jù),千萬(wàn)不要稀里糊涂地著急開(kāi)始做實(shí)驗(yàn),以免出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)才手忙腳亂。

因此,對(duì)于化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué),指導(dǎo)教師不但自己要做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作,而且要強(qiáng)調(diào)學(xué)生做好充分的預(yù)習(xí)工作。經(jīng)驗(yàn)告訴我們,做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作是指導(dǎo)好一次實(shí)驗(yàn)課的關(guān)鍵。

2 注重學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

化工原理實(shí)驗(yàn)不同于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中要接觸到實(shí)際的工程問(wèn)題和一些大型的實(shí)驗(yàn)裝置,是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

2.1 動(dòng)手能力的培養(yǎng)

學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之后,教師先要求學(xué)生做短暫的熟悉過(guò)程,對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置有一定的感性認(rèn)識(shí),了解實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)。然后老師要做簡(jiǎn)單的講解,用較短時(shí)間做知識(shí)上的補(bǔ)充,并提出實(shí)驗(yàn)的要求。不要過(guò)多的重復(fù)理論知識(shí)部分,主要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),同時(shí)老師不要演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程,否則學(xué)生會(huì)過(guò)分依賴?yán)蠋?不會(huì)獨(dú)立思考進(jìn)行個(gè)人能動(dòng)性的發(fā)揮,要讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、去思考問(wèn)題。同時(shí),應(yīng)提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法。但這絕對(duì)不是重復(fù)和補(bǔ)充理論知識(shí),指導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用就是在“怎樣”和“為什么這樣”的啟發(fā)誘導(dǎo)中有意識(shí)地把實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)計(jì)原則、采取手段、程序要求等以問(wèn)題的形式當(dāng)面給學(xué)生提出,讓學(xué)生給回答,從而檢查他們的預(yù)習(xí)情況。教師也可以進(jìn)行一些啟發(fā)引導(dǎo)。一旦學(xué)生看到利用自己所學(xué)知識(shí)能解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題時(shí)就會(huì)產(chǎn)生探求究竟的欲望,這對(duì)提高學(xué)生的自信是很有好處的。指導(dǎo)教師講解之后,每組(2-3人)到自己的實(shí)驗(yàn)裝置前,再對(duì)裝置進(jìn)行熟悉,之后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)教師要做到放手不放眼,勤于觀察,注意各組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果,對(duì)于一些錯(cuò)誤的操作要立即指出進(jìn)行糾正(尤其是閥門的開(kāi)關(guān))。當(dāng)然為了加深學(xué)生對(duì)于一些理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí),我們對(duì)某些實(shí)驗(yàn)步驟可以進(jìn)行誤導(dǎo)性的操作(不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果),例如,離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,我們可以先不灌泵,直接啟動(dòng)電機(jī),然后打開(kāi)出口調(diào)節(jié)閥,可以看到?jīng)]有流體出來(lái),發(fā)生了氣縛現(xiàn)象,必須灌泵。這樣可以使學(xué)生更深刻的理解了氣縛現(xiàn)象,同時(shí)加深了記憶。指導(dǎo)教師要具有高度的責(zé)任心,要求每組學(xué)生都要親自動(dòng)手輪流操作,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要集中精力,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,認(rèn)真地讀取數(shù)據(jù),決不允許學(xué)生編造實(shí)驗(yàn)結(jié)果,每組學(xué)生的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),指導(dǎo)教師都應(yīng)該進(jìn)行核查,簽字方可有效。

2.2 創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

化工原理實(shí)驗(yàn)大多是一些對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證,但是有時(shí)對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證更多的理論知識(shí),因此可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)性誘導(dǎo),用同樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多個(gè)理論的驗(yàn)證,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如,我們實(shí)驗(yàn)室流體阻力實(shí)驗(yàn)測(cè)試中,阻力測(cè)試包括了直管阻力和局部阻力兩部分,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們只要求學(xué)生改變出口流量調(diào)節(jié)閥,來(lái)測(cè)試這兩部分阻力。因此我們可以誘導(dǎo)學(xué)生在出口流量調(diào)節(jié)閥不變的情況下,調(diào)節(jié)局部阻力元件(閘閥)的開(kāi)度大小,來(lái)驗(yàn)證局部阻力隨著阻力元件(閘閥)的開(kāi)度大小如何發(fā)生變化。還有在對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)中我們只要求學(xué)生讀出冷流體水的進(jìn)出口溫度t1和t2,以及熱流體空氣的進(jìn)出口溫度T1和T2,同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中改變熱流體的流量并讀數(shù)。處理數(shù)據(jù)時(shí)只要求計(jì)算冷熱流體間的總傳熱系數(shù)K,這樣對(duì)于學(xué)生其實(shí)很簡(jiǎn)單,因此可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中啟發(fā)學(xué)生,在該傳熱過(guò)程中,由于熱流體空氣的對(duì)流傳熱膜系數(shù)αi遠(yuǎn)小于冷流體水的傳熱膜系數(shù)αo,因此我們可以近似認(rèn)為傳熱管內(nèi)的空氣對(duì)流傳熱系數(shù)近似等于冷、熱流體間的總傳熱系數(shù),即然后我們根據(jù)流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式其中努塞爾準(zhǔn)數(shù)Nu、雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr都可以計(jì)算出),這樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Re與Nu,然后用線性回歸方法確定A和m的值。這樣做不但加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握,而且可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,提高他們學(xué)習(xí)的興趣。

3 強(qiáng)調(diào)課后總結(jié)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫

學(xué)生做完實(shí)驗(yàn),決不能一走了之,指導(dǎo)教師一定要重視實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的總結(jié)。課后總結(jié)是檢查實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的一面鏡子,是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力非常重要的一環(huán)?？偨Y(jié)可以根據(jù)具體情況,最好是師生雙方共同進(jìn)行。最好是以討論的形式進(jìn)行,對(duì)于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題和學(xué)生不清楚的問(wèn)題,指導(dǎo)教師要給予認(rèn)真的解答。同時(shí)老師可以啟發(fā)式的誘導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新提出自己的看法,老師要做出一定的答復(fù)。指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)要進(jìn)行檢查,做到及時(shí)維修和管理,以備下次實(shí)驗(yàn)順利開(kāi)展。

在過(guò)去對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改過(guò)程中我們會(huì)發(fā)現(xiàn),大多數(shù)同學(xué)的都是應(yīng)付形式,多數(shù)都是按照實(shí)驗(yàn)講義的內(nèi)容,抄襲現(xiàn)象極為嚴(yán)重。甚至有些同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確與否都沒(méi)有看直接交上來(lái)了。我們知道實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的總結(jié),是實(shí)踐環(huán)節(jié)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分,是反映學(xué)生歸納總結(jié)、分析問(wèn)題和編寫的能力。因此,我認(rèn)為我們可以要求學(xué)生按照自己的想法去編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,當(dāng)然前提條件是應(yīng)尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí),確保原始數(shù)據(jù)的真實(shí)性。對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)步驟,完全可以用自己的話來(lái)敘述,要求報(bào)告中有計(jì)算實(shí)例,附有指導(dǎo)教師簽名的“原始數(shù)據(jù)表”,以防學(xué)生篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,同時(shí)對(duì)于處理結(jié)果不理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),要學(xué)會(huì)合理的舍取,并對(duì)與理論值相差較大的數(shù)據(jù)在尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上,仔細(xì)檢查原因,用心進(jìn)行分析,從中可得到有益的科學(xué)結(jié)論。對(duì)于實(shí)驗(yàn)講義中的思考題要進(jìn)行認(rèn)真的解答,最好是要求學(xué)生每次在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中都寫上自己對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)心得。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上就是針對(duì)多年來(lái)我們化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所存在的問(wèn)題提出的自己的看法。相信在我們師生的共同努力下,我校化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量一定可以邁向一個(gè)新的臺(tái)階,學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性會(huì)大大提高,其能力也會(huì)得到全面提高。

[1] 周錫堂,鄭秋霞,鄒綱明.化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].化工高等教育,2007,95(3):45-47.

[2] 周愛(ài)東,王慶.仿真技術(shù)應(yīng)用于化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2007.24(3):84-85.

[3] 李 微,施小芳,林述英.關(guān)于化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法內(nèi)容改革的若干實(shí)踐[J].化工高等教育,2006,92(6):60-62.

[4] 王洪海,李春利,方 靜,等.化工原理實(shí)驗(yàn)七步連環(huán)教學(xué)法[J].化工高等教育,2008,100(2):85-86.

On the Experimen t Teaching Methods of Principles of Chem ical Engineering

Zheng Jiandong
(Department of Chemistry and Life Science,Chuzhou College,Chuzhou 239012,China)

The experiment subject of p rincip lesof chemical engineering is the core course of the chemical majo rs.It can develop students’hands-on and innovative abilities as it usually puts theory into p ractice. The experiment teaching method of p rincip lesof chemical engineering was discussed in term sof the existing teaching p roblem s in the paper.Themeasuresof asking students to make p reparations for the experiment and cultivating their hands-on and laboratory report w riting skillswere put forward in order to raise the teaching quality and meet the needs of cultivating the innovative and app lication-typed talents.

p rincip les of chemical engineering;experiment;teaching methods

book=0,ebook=101

O6-3

A

1673-1794(2010)02-0123-03

鄭建東(1971-),男,博士,研究方向:催化燃燒。

滁州學(xué)院院級(jí)教研項(xiàng)目(2009jyy048)

2009-08-27