雷雪霏 李瑞海 孟 營 臧 娟 崔金玉

（遼寧中醫(yī)藥大學藥學院制藥工程教研室，遼寧 大連 116600）

化工原理是我校為制藥工程、食品工程專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課。化工原理是講授在制藥或者食品等工業(yè)生產(chǎn)中各類單元操作的專業(yè)基礎課程?；ぴ韺嶒炚n以過程工業(yè)生產(chǎn)工藝為教學內(nèi)容，是培養(yǎng)化工工藝、制藥工程、食品工程、生物制藥等專業(yè)學生工程實踐能力的重要課程［1］。筆者根據(jù)多年化工原理課程教學經(jīng)驗，總結出化工原理實驗課程教學中的三個要點。在教學實踐中特別注重工程觀念的講解和開發(fā)實驗專用設備，提高了化工原理實驗課程的教學效果。

1 實驗教學中突出工程觀念

制藥工程專業(yè)是一門化學、藥學和工程學交叉學科。本專業(yè)以培養(yǎng)從事藥品生產(chǎn)，新工藝、新設備的開發(fā)、放大和設計的工程人才為目標。制藥工程專業(yè)的學生，在學習化工原理理論課之前學習的課程，均為本專業(yè)的理學基礎課，比如物理化學、高等數(shù)學、有機化學等。這些課程不涉及到工程生產(chǎn)方面的專業(yè)知識，學生對藥品的工業(yè)生產(chǎn)操作是陌生的，也完全沒有接觸過工程觀念和思想。

化工原理課程服務于生產(chǎn)實踐，因而課程中的半經(jīng)驗公式，工程規(guī)范和生產(chǎn)過程知識明顯多于物理化學這類基礎理論課。同大學基礎課比起來，化工原理課程具有鮮明的工程觀念特點。通過化工原理課程的學習，學生將具有初步的工程思想，從工程設計角度來思考分析遇到的單元操作問題。工程思想觀念貫穿整個化工原理的教學過程［2］。除了理論課教學中要有意識的培養(yǎng)工程思想觀念外，化工原理實驗則是一個從實踐和現(xiàn)實角度來接觸了解工程思想觀念的重要課堂。學生在化工原理實驗中首次接觸到和生產(chǎn)設備接近的工程實驗裝置［3］。學生在化工原理實驗課堂上，親自操作設備，親自設計實驗，對設備和生產(chǎn)中的工程觀念將具有直觀的體驗和感受。對很多設備的操作與調(diào)節(jié)使得學生從書本的理性認識轉變到具體的感性認識上來［4］。

例如在“列管式換熱器傳熱系數(shù)測量”的實驗中，學生第一次接觸到真實的換熱器。實驗中的換熱器結構就能讓學生認識到工程實踐和純粹的理論上的差異。理論上，一個列管式換熱器的管子的管徑和長度完全可以根據(jù)需要設計出任意的粗細和長度。但是在工程實踐上，根據(jù)目前列管式換熱器的國家標準，常用的管徑有φ（19×2） mm，φ（25×2.5） mm 2種規(guī)格，而管長有1.5 m、2 m、3 m、6 m 4種規(guī)格。實驗課上就要結合換熱器實物，向?qū)W生說明工程上為什么這樣安排管徑和管長，而不是可以隨意設計管徑和管長。在本實驗中的傳熱系數(shù)K的測量后分析討論中，也要結合工程觀念合理的討論。比如為了增大K值單純從理論上可以通過增加流體流速u來實現(xiàn)，但是現(xiàn)實工程上的u的增加幅度是有限的，輸送功率增加也是要增加生產(chǎn)成本的。工程上增加K值可以首先考慮優(yōu)選逆流流動換熱。諸如此類在實驗中結合工程觀念的講解，對于學生樹立工程觀念，學會靈活運用理論知識解決生產(chǎn)實際問題顯現(xiàn)出重要的價值。

2 為設計性實驗開發(fā)專用實驗設備

我?；ぴ韺嶒炛杏序炞C型實驗和設計型實驗類型。對于化工原理實驗而言，驗證性實驗是學生在理論課上學習了某個單元操作的規(guī)則，在實驗室使用固定的設備通過實驗來驗證該規(guī)則的真實合理性。設計性實驗則要求學生自行設計實驗方案、操作流程，以團隊方式完成實驗過程，包括數(shù)據(jù)處理和分析。設計性實驗能有效提高學生分析解決問題的能力，同時對于學生是否靈活掌握了理論課內(nèi)容是個很好的檢驗。在我?；ぴ韺嶒灤缶V中，有接近一半的實驗為綜合設計性實驗，比如管路特性曲線測定、精餾實驗、干燥實驗等。以管路特性曲線測定實驗為例，學生需要設計出詳細的實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)收集表格，最終實驗數(shù)據(jù)的處理以及討論。

實驗裝置是學生進行實驗的物質(zhì)基礎，也是一個實驗室綜合水平的體現(xiàn)，實驗裝置既要與本學科的內(nèi)容與發(fā)展相匹配，又要與人才培養(yǎng)目標相適應［5］。設計性實驗的開展，對實驗設備提出了更高的要求。學生設計的實驗步驟，要根據(jù)現(xiàn)有的實驗設備情況設計。比如本校實驗室如果沒有高精度的壓力傳感器，就不能在實驗中設計測量精密的氣壓變化。所以設備的裝備水平，決定了學生設計性實驗的內(nèi)容和效果。筆者根據(jù)化工原理實驗課大綱的要求，設計開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)多個設計性實驗的流體實驗設備，設計結構見圖1。

圖1 多功能流體實驗設備結構示意圖

該設備從設計論證到制造出實物用于教學歷時兩個學期。本設備主體結構為304不銹鋼材，包括直管、彎頭、三通、閥門等。流量計設計采用轉子流量計，耐腐蝕性強，可讀性好。對于沒有使用耐腐蝕材質(zhì)的流體實驗老設備，在使用多次后會出現(xiàn)老化腐蝕的現(xiàn)象。這些腐蝕問題會造成測量阻力的數(shù)據(jù)變化，會導致實驗誤差增大甚至嚴重不準確。本設備的不銹鋼材質(zhì)能夠保證主體材質(zhì)不受腐蝕，所采用的儀表均為不銹鋼充油防震長壽命儀表，無需維護保養(yǎng)。該設備可以用于多個流體實驗，如測量層流摩擦系數(shù)、測量局部阻力系數(shù)、離心泵特性曲線測定、管路特性曲線測定等。使用一套設備可進行多個實驗，有效的提高了設備的利用率，節(jié)約了學校的設備投資費用。該設備的一個重要特點即模塊化。對于流體力學實驗而言，實驗要求測量的內(nèi)容很多，而模塊化的設計可以通過更改模塊來進行全新的實驗，滿足實驗測量內(nèi)容多的要求。例如該設備測量局部阻力處的閥門即為模塊化設計。將該閥門處的裝置更換為孔板流量計后即可進行新的孔流系數(shù)實驗。由于該設備的模塊化設計，學生在設計型實驗中可以大膽設計實驗步驟，為我?；ぴ碓O計性實驗提供了一個多功能的平臺。

3 重視實驗考核

傳統(tǒng)高校的化工原理考試課成績以理論課考核成績作為最終總成績，也有些學校把實驗報告成績折算到總成績中。類似這樣的考核方法會使學生重視理論課的解題能力培養(yǎng)，而不重視實驗操作，甚至不會做實驗，卻追求實驗報告的完美高分。這樣的考核體系不能準確的體現(xiàn)學生對知識綜合運用能力，特別是無法體現(xiàn)出學生的動手操作能力。因此我校將化工原理實驗課占考核總成績的比例提高到15%。這15分包括學生在實驗過程中的課前預習、課堂回答提問表現(xiàn)、實驗操作方法、實驗結果準確度及最終報告書寫成績。其中最能體現(xiàn)出實驗核心的操作方法問題占7分。這樣安排成績考核是考慮到實驗的總成績要能夠全面體現(xiàn)出學生的實驗水平和治學態(tài)度。這樣的考核方法既符合實驗教學中突出動手能力的特點，又有利于學生綜合專業(yè)素質(zhì)的提升。

對于實驗操作方法的提問從學生動手實驗前開始并貫穿整個實驗過程。在實驗開始前以提問形式讓學生對實驗流程進行梳理。通過提問讓學生對該次實驗的關鍵步驟有清醒的認識。比如在精餾實驗中，針對精餾實驗使用的塔設備提出下面幾個問題：（1）原料液從哪里進入到塔內(nèi)，如何調(diào)整原料液的流量？（2）塔釜殘液、原料液、塔頂產(chǎn)品的流量調(diào)節(jié)閥、溫度、壓力等測量儀表位置及讀數(shù)顯示在哪里？（3）產(chǎn)品濃度變化時，如何調(diào)整回流比？這些問題引導學生對實驗關鍵控制過程有了思考和解答。實驗開始前的提問并記錄提問的成績，能夠讓學生積極主動思考該實驗的操作問題，比教師灌輸式講解的效果要好很多。

4 結語

在我校制藥工程專業(yè)的化工原理實驗課教學中尤其注重工程觀念的啟發(fā)和引導。學生通過實驗課的實踐，對工程上的設計規(guī)律，操作規(guī)律獲得了感性認識。在化工原理實驗課的考核中，也突出了以實驗操作為主的評價方式，成績要體現(xiàn)出學生在實驗中的真實操作水平。我校針對設計性實驗開發(fā)的流體力學實驗設備已經(jīng)投入教學多年。通過這樣的多功能實驗設備，極大地拓展了化工原理實驗課的學生實驗測量數(shù)據(jù)范疇，從根本上提高了化工原理實驗課的設計性實驗的教學效果。