朱丹琛 陳彰旭 鄭炳云 劉秀秀

(1. 莆田學(xué)院 環(huán)境與生物工程學(xué)院，福建 莆田 351100；2. 福建省新型污染物生態(tài)毒理效應(yīng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 莆田 351100)

近年來，為推動(dòng)高等學(xué)校工程教育發(fā)展，適應(yīng)新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，國(guó)家教育部及眾多教育工作者積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)。“新工科”理念明確工程教育的重要地位，致力于培養(yǎng)專業(yè)基本功扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)，同時(shí)具備整合能力、有全球視野、能適應(yīng)快速變化和解決矛盾問題能力的工程技術(shù)人才[1]。“新工科”以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，既包含信息化、智能化的新興工科專業(yè)的建設(shè)，也包括傳統(tǒng)工科專業(yè)的改革創(chuàng)新[2]。

《化工原理實(shí)驗(yàn)》課程是高?；ゎ悓I(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是將化工原理的理論知識(shí)應(yīng)用于化工單元操作的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生機(jī)械化地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無法滿足新工科對(duì)高校人才的培養(yǎng)要求，因此應(yīng)主動(dòng)改革該實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)。本文總結(jié)了近年來我?；ぴ韺?shí)驗(yàn)課程的改革思路，包括如何提升課程在人才培養(yǎng)體系中的作用，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性，如何踐行OBE理念并激勵(lì)學(xué)生“在做中學(xué)，在學(xué)中做”，如何進(jìn)一步深化所學(xué)知識(shí)并培養(yǎng)工程安全意識(shí)，如何提高學(xué)生的工程實(shí)踐水平。這些舉措促進(jìn)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課程加深理論知識(shí)，鍛煉實(shí)踐能力，提高解決問題的能力。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

1.1 提高設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的比例

化工原理實(shí)驗(yàn)以實(shí)際生產(chǎn)中的單元過程設(shè)立化工單元操作，在實(shí)踐過程中驗(yàn)證化工原理理論，從而學(xué)習(xí)工程試驗(yàn)的原理和測(cè)試手段，初步建立學(xué)生的工程概念、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力[3]?；ぴ韺?shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有綜合和驗(yàn)證兩個(gè)類型，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)通過學(xué)生動(dòng)手對(duì)儀器的操作，掌握典型的化工單元操作實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告達(dá)到對(duì)化工單元過程的理解和掌握，鞏固和深化所學(xué)的理論知識(shí)。綜合型實(shí)驗(yàn)不僅要求學(xué)生掌握各單元實(shí)驗(yàn)的操作，還要求根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)，選取參數(shù)、控制比例，并確定實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)而分析判斷所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性或計(jì)算效益，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。

為響應(yīng)新工科對(duì)人才的要求，提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，可以增加綜合型實(shí)驗(yàn)，也可以在一些驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)適當(dāng)?shù)丶尤朐O(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)，提升該課程在人才培養(yǎng)體系中的作用。在綜合實(shí)驗(yàn)和一些設(shè)計(jì)性的環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)選取參數(shù)、控制比例，確定實(shí)驗(yàn)方案，并運(yùn)用理論來分析設(shè)計(jì)的理由和可能的結(jié)果。如：化工流體過程綜合實(shí)驗(yàn)通過問題：要測(cè)得完整的離心泵特性曲線，測(cè)試點(diǎn)應(yīng)如何分布比較合理？哪些測(cè)試點(diǎn)比較關(guān)鍵？引導(dǎo)學(xué)生合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn)，得出離心泵效率最高點(diǎn)附近取密集的測(cè)試點(diǎn)的結(jié)論。

1.2 知識(shí)交叉融合

新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)是適應(yīng)并滿足未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要，培養(yǎng)具有更強(qiáng)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)、復(fù)合型人才。化工相關(guān)行業(yè)的人才需求與此高度契合，因此對(duì)化工專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)不僅需要學(xué)生有扎實(shí)的化工專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還要求學(xué)生具備相關(guān)課程知識(shí)、交叉融合學(xué)習(xí)和應(yīng)用的能力。化工原理實(shí)驗(yàn)裝置中的各類儀表和自動(dòng)控制等裝置涉及到工程儀表及自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械構(gòu)造等技術(shù)領(lǐng)域；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理涉及到《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理》、《化學(xué)化工常用軟件及應(yīng)用》等課程。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅僅要求學(xué)生利用這些儀表獲取工程過程中的基本測(cè)量數(shù)據(jù)、驗(yàn)證基本理論，缺乏對(duì)其他領(lǐng)域和其他課程的知識(shí)融合。改革后的課程中教師應(yīng)對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，有效訓(xùn)練學(xué)生對(duì)各課程知識(shí)的融合和拓展。比如每臺(tái)化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備上都有儀表，教師示范儀表讀取、調(diào)節(jié)和設(shè)置方法時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生回顧《化工儀表及自動(dòng)化》課程中儀器儀表的相關(guān)知識(shí)，如測(cè)量元件的控制規(guī)律、流量計(jì)的類型等內(nèi)容。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)流程，以及數(shù)據(jù)處理方法與以往的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相比，復(fù)雜程度明顯上升。這就需要教師靈活的采用示范式、互動(dòng)式、探究式、案例式和基于問題學(xué)習(xí)(PBL)等多元化教學(xué)方法，結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)和手段，讓學(xué)生“在做中學(xué)，在學(xué)中做”，將工程概念的培養(yǎng)滲透到課前預(yù)習(xí)、教學(xué)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié)中。

2.1 課前預(yù)習(xí)

化工原理實(shí)驗(yàn)課是在化工原理的理論課程之后開展，上課之前，老師應(yīng)該有針對(duì)性的要求學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)。

針對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)率低、預(yù)習(xí)報(bào)告潦草應(yīng)付、依靠老師實(shí)驗(yàn)前的講解來把握實(shí)驗(yàn)等問題，可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的資源，達(dá)到有效預(yù)習(xí)的目的。實(shí)驗(yàn)課之前，要求學(xué)生觀看超星泛雅、MOOC上的教師操作儀器的視頻，學(xué)生可以提前熟悉儀器和操作手法，此外，還可以通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)解決因?qū)嶒?yàn)設(shè)備套數(shù)不足而導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少的情況。每位學(xué)生都可以虛擬操作實(shí)驗(yàn)，熟悉各個(gè)化工單元操作流程和注意事項(xiàng)。這樣在實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生就能得心應(yīng)手的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外，超星平臺(tái)上還建立“資料”、“作業(yè)”“討論”等互動(dòng)欄目，可進(jìn)行線上線下教學(xué)互動(dòng)。如“討論”欄目中設(shè)置精餾實(shí)驗(yàn)的問題：如何防止溶液暴沸？暴沸的原因是什么？取樣分析應(yīng)注意什么？進(jìn)料、塔頂、塔底的折光率大小順序如何？何時(shí)可以取樣分析？學(xué)生課前進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，提高預(yù)習(xí)的質(zhì)量。

2.2 教學(xué)過程

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程中學(xué)生過于依賴?yán)蠋熀徒滩模焕诠こ谈拍畹呐囵B(yǎng)。在新工科背景下，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)和分析解決問題的能力尤其看重，教師可以通過以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)(TBL)、基于問題的學(xué)習(xí)(PBL)的方法，踐行OBE理念，提高學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性。

教師通過問題切入實(shí)驗(yàn)，考察學(xué)生預(yù)習(xí)情況和對(duì)實(shí)驗(yàn)的把握程度。不急著糾正學(xué)生的錯(cuò)誤，而是引導(dǎo)學(xué)生帶著這些問題去探索實(shí)驗(yàn)，小組內(nèi)討論分析，發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤。除預(yù)留的預(yù)習(xí)問題，還可設(shè)置一些關(guān)于設(shè)備結(jié)構(gòu)和流程的問題，如：填料吸收實(shí)驗(yàn)中填料塔中水和空氣或氨氣的流向？吸收塔塔底為什么必須有液封裝置，液封裝置是如何設(shè)計(jì)的？恒壓過濾實(shí)驗(yàn)中板、框、洗滌板有什么區(qū)別？過濾和洗滌時(shí)，液體流向？此外，實(shí)驗(yàn)流程及注意事項(xiàng)也可適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化為問題，貫穿整個(gè)教學(xué)過程。如：傳熱開關(guān)先開后關(guān)，離心泵開啟前，為什么檢查所有閥門關(guān)閉？其他類型的泵應(yīng)該怎么操作？實(shí)驗(yàn)過程若有設(shè)備損壞或故障，由教師指導(dǎo)學(xué)生小組討論找出損壞或故障和原因。這樣的實(shí)驗(yàn)過程以問題為導(dǎo)向，由學(xué)生主導(dǎo)，通過團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和討論解決各種問題，能有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的參與度和分析解決問題的能力。

2.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

此課程前，學(xué)生尚未接觸過工程類實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象還停留在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上，面對(duì)復(fù)雜的裝置和大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無法從整體上把握數(shù)據(jù)；對(duì)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的波動(dòng)還停留在設(shè)備老化層面上，很難進(jìn)行深入的分析。針對(duì)前者，要求每組至少一位同學(xué)攜帶電腦到實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，將數(shù)據(jù)輸入電腦，并進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。學(xué)生運(yùn)用Excel或Origin軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，處理數(shù)據(jù)中碰到的難題能及時(shí)請(qǐng)教師協(xié)助解決，這樣學(xué)生的數(shù)據(jù)處理水平得到切實(shí)的提高。針對(duì)后者，教師應(yīng)當(dāng)充當(dāng)引導(dǎo)的角色，引導(dǎo)學(xué)生比較實(shí)驗(yàn)中不同參數(shù)對(duì)過程的影響、新舊設(shè)備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的不同等等，使學(xué)生能夠體會(huì)工程與科學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系，加強(qiáng)教學(xué)效果，也有利于學(xué)生理解工程概念[4]。最后，小組內(nèi)討論數(shù)據(jù)的合理性，教師評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的把握程度，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生完成一份完整的工程性報(bào)告。

3 成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)是教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和效果的綜合評(píng)價(jià)。通常實(shí)驗(yàn)課程由預(yù)習(xí)報(bào)告(平時(shí)成績(jī))、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考核三項(xiàng)評(píng)分組成，按比例綜合后得到最終成績(jī)。但由于預(yù)習(xí)報(bào)告幾乎雷同，同組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告相似，導(dǎo)致成績(jī)無法真實(shí)客觀的體現(xiàn)學(xué)生綜合情況，學(xué)生也因此缺乏積極性。

為了改善這點(diǎn)，教師可適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)效果在成績(jī)中的比例。平時(shí)成績(jī)按分項(xiàng)考核記分，綜合評(píng)定學(xué)生各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的成績(jī)，通過學(xué)生預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)過程中預(yù)留問題的回答情況、實(shí)驗(yàn)操作掌握程度、處理問題的能力等方面進(jìn)行評(píng)分，突出實(shí)驗(yàn)過程的表現(xiàn)成績(jī)，讓學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)過程的操作技能和處理問題的能力。對(duì)預(yù)習(xí)報(bào)告不完整者在平時(shí)成績(jī)中適當(dāng)扣分。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要求學(xué)生選一組數(shù)據(jù)進(jìn)行示例計(jì)算，所選數(shù)據(jù)組內(nèi)不得重復(fù)。結(jié)果分析部分自我組織語言，不得抄襲，抄襲不得分。這樣將考查貫穿整個(gè)教學(xué)過程的綜合考評(píng)，既可以調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極主動(dòng)性，又可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)，完善教學(xué)過程，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4 技能競(jìng)賽

為了推動(dòng)高?；ゎ悓I(yè)“新工科”建設(shè)，加強(qiáng)大學(xué)生綜合素質(zhì)與能力培養(yǎng)，自2017年起，教育部高等學(xué)?；ゎ悓I(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)協(xié)同中國(guó)化工教育協(xié)會(huì)舉辦了全國(guó)大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽。大賽考察大學(xué)生的化工基本理論知識(shí)及工程實(shí)踐能力，還考察其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、應(yīng)變能力和安全責(zé)任意識(shí)。與化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，大賽的賽題難度與廣度都高出很多，要求學(xué)生能夠靈活應(yīng)用化工基本理論知識(shí)，并且具有廣闊的化工知識(shí)面。我校鼓勵(lì)學(xué)生參加競(jìng)賽，教師在賽前對(duì)選拔出來參加競(jìng)賽的學(xué)生進(jìn)行針對(duì)輔導(dǎo)，通過化工實(shí)驗(yàn)大賽，學(xué)生的理論和實(shí)踐能力都有很大的提高。

5 安全意識(shí)

近年來，高校安全事故頻發(fā)，這其中有管制不夠嚴(yán)格的因素，也有學(xué)生們欠缺相關(guān)知識(shí)、自我保護(hù)能力差的原因。提高學(xué)生的安全意識(shí)和自我保護(hù)能力，迫在眉睫?；ぴ淼膶?shí)驗(yàn)設(shè)備不同于以往基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的小型儀器，設(shè)備的流程與實(shí)際生產(chǎn)接軌，設(shè)備的規(guī)模通常接近實(shí)際工程的中試規(guī)模，體積較大，且實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)涉及電、水、蒸汽等。這給實(shí)驗(yàn)增加了很多的危險(xiǎn)性。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不但要教學(xué)生如何正確使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，還要要求學(xué)生在每個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，評(píng)估設(shè)備是否完好、化工實(shí)驗(yàn)中涉及的電、水、熱的安全性和安全防護(hù)措施情況，并分析可能發(fā)生的突發(fā)情況，如何做好自我保護(hù)措施、掌握撤離路線。通過這樣的評(píng)估和分析，提高學(xué)生在今后的就業(yè)中的安全意識(shí)和自我保護(hù)能力。

當(dāng)然，灌輸安全意識(shí)并不是讓學(xué)生害怕而不敢操作，而是讓學(xué)生學(xué)會(huì)評(píng)估安全性能，實(shí)施自我防護(hù)，將危險(xiǎn)控制在可控范圍內(nèi)，如傳熱實(shí)驗(yàn)，布置學(xué)生查閱人體皮膚燙傷的資料，了解熱源的溫度和作用的時(shí)間這兩個(gè)燙傷的因素，學(xué)生學(xué)會(huì)評(píng)估傳熱實(shí)驗(yàn)以及今后接觸到熱源時(shí)是否應(yīng)帶手套；精餾實(shí)驗(yàn)的原料均為可燃物，布置學(xué)生查閱乙醇和正丙醇的閃點(diǎn)和爆炸極限，讓學(xué)生認(rèn)同嚴(yán)禁明火的重要性，再通過問題“若不慎引燃，少量和大量時(shí)應(yīng)如何處理？”訓(xùn)練學(xué)生處理突發(fā)情況的思維。

6 結(jié)語

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工類學(xué)生首次接觸到的工程類實(shí)驗(yàn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新能力至關(guān)重要，能有效提高學(xué)生的工程操作能力和綜合應(yīng)用技能?；谛鹿た评砟畹钠鯔C(jī)，完善化工原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方法，提高學(xué)生的安全意識(shí)，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)具有綜合工程技術(shù)能力的新工科專業(yè)人才奠定良好的基礎(chǔ)。