強(qiáng)化化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程,提高教學(xué)質(zhì)量

吳洪特 于兵川

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

強(qiáng)化化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程,提高教學(xué)質(zhì)量

吳洪特 于兵川

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

化工原理實(shí)驗(yàn)是化工類及相近學(xué)科學(xué)生的一門重要實(shí)踐課。強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程各環(huán)節(jié),如實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,加強(qiáng)師生互動(dòng),注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量,完善實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核等,可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

化工原理實(shí)驗(yàn);教學(xué)過程;教學(xué)質(zhì)量

化工原理實(shí)驗(yàn)是化學(xué)工程與工藝及相關(guān)專業(yè)的一門重要實(shí)踐教學(xué)課程,是利用一系列參數(shù)測(cè)量技術(shù)來設(shè)計(jì)、組織和實(shí)施的工程實(shí)驗(yàn),能夠使學(xué)生建立起一定的工程概念,認(rèn)識(shí)較為復(fù)雜的真實(shí)設(shè)備與工藝,鍛煉實(shí)驗(yàn)操作技能及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析的能力[1～2]。與化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)等相比,化工原理實(shí)驗(yàn)的流程和設(shè)備更復(fù)雜,需要測(cè)試的參數(shù)更多,數(shù)據(jù)處理量更大,而且常常需要采用圖示法或回歸法描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這就決定了其實(shí)驗(yàn)方法與以前所學(xué)的課程不同[3～4]。

一、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí),保證實(shí)驗(yàn)效果

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí),是保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量,提高實(shí)驗(yàn)效率的有效措施[5]。利用實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),學(xué)生應(yīng)事先熟悉實(shí)驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的理論知識(shí)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試參數(shù)及儀器,了解操作過程及注意事項(xiàng),在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄本上列出原始數(shù)據(jù)記錄表。學(xué)生如實(shí)驗(yàn)前不認(rèn)真預(yù)習(xí),臨到實(shí)驗(yàn)時(shí)才看指導(dǎo)書,一邊看操作步驟一邊做實(shí)驗(yàn),就難以掌握實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán),即使做了實(shí)驗(yàn)也較難有一個(gè)深刻的印象,不能真正學(xué)到實(shí)驗(yàn)方法和技能。實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)分以下三部分進(jìn)行。

(一)看書預(yù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生看實(shí)驗(yàn)教材及相關(guān)理論書籍。這樣一是有利于學(xué)生復(fù)習(xí)課堂教學(xué)已學(xué)過的理論知識(shí),如流體流動(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn),其中就包涵了雷諾實(shí)驗(yàn)-流動(dòng)狀態(tài)、伯努利實(shí)驗(yàn)-能量守恒、流體在管道的流動(dòng)-能量損失、工程問題處理方法-因次分析法等各知識(shí)點(diǎn),覆蓋了流體流動(dòng)章節(jié)的所有內(nèi)容;二是有利于培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料的能力,在預(yù)習(xí)中要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)所涉及的物性參數(shù)及所用儀器儀表性能、結(jié)構(gòu)原理預(yù)先熟悉和了解。

(二)在計(jì)算機(jī)上做仿真實(shí)驗(yàn)

看書學(xué)習(xí)時(shí),學(xué)生對(duì)操作原理相對(duì)容易了解,而對(duì)設(shè)備、流程就一頭霧水。由于化工原理實(shí)驗(yàn)裝置和流程比較復(fù)雜,測(cè)試及控制點(diǎn)又多,有些測(cè)試點(diǎn)又需同時(shí)操作,試驗(yàn)時(shí)一般分小組進(jìn)行。對(duì)每個(gè)同學(xué)而言,只能接觸整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的一部分,同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中不能直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)操作所產(chǎn)生的結(jié)果,因此經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)后,學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置流程、操作步驟及應(yīng)測(cè)試的原始數(shù)據(jù)就有了切實(shí)的感受,其實(shí)驗(yàn)操作能力、分析解決問題的能力由此大大加強(qiáng),同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

(三)提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)預(yù)習(xí)

做實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)預(yù)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)習(xí)可以熟悉了解設(shè)備、工藝流程、儀器、儀表管路、閥門等,不懂的地方可請(qǐng)教老師,這樣可消除學(xué)生對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)裝置的陌生感,做到心中有數(shù)如流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置較大且復(fù)雜,管路多,閥門多,測(cè)控點(diǎn)多,操作部位多,對(duì)學(xué)生來說是比較復(fù)雜的一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。讓學(xué)生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)預(yù)習(xí),熟悉設(shè)備,明白流程,理清管路,明了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,這樣就能使學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)得心應(yīng)手,有條不紊,從而獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。

為了提高預(yù)習(xí)效果,我們開放化工原理實(shí)驗(yàn)室,并將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)資料全部掛到了學(xué)校的化工原理精品課的網(wǎng)頁(yè)上,主要內(nèi)容包括:實(shí)驗(yàn)教案內(nèi)容及Power-Point實(shí)驗(yàn)課件、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論及相關(guān)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)相關(guān)零部件圖片及設(shè)備原理動(dòng)畫等,學(xué)生可以不受時(shí)間和空間限制預(yù)習(xí)到相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

二、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)質(zhì)量

傳統(tǒng)開設(shè)的化工原理實(shí)驗(yàn)有流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)、板框過濾實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)、填料塔性能綜合測(cè)定實(shí)驗(yàn)、精餾實(shí)驗(yàn)和干燥實(shí)驗(yàn)等。在對(duì)傳統(tǒng)的化工原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行認(rèn)真研究、篩選和合理編排后,在每一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中都增設(shè)了若干個(gè)綜合、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題目,學(xué)生可根據(jù)自身能力在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)或新增實(shí)驗(yàn)中自選其一來完成。如板框過濾實(shí)驗(yàn)增設(shè)了正交試驗(yàn)法在過濾研究實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn),傳熱實(shí)驗(yàn)中增加了測(cè)定空氣在不同內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流的努塞爾準(zhǔn)數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn),吸收與解吸實(shí)驗(yàn)增加了不同填料類型對(duì)操作條件和吸收效果的影響等等。

實(shí)驗(yàn)過程不是按部就班的程序化操作,教師要設(shè)法創(chuàng)設(shè)問題情境,增設(shè)符合要求的新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[6]。這些項(xiàng)目一般都是綜合、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的緊密結(jié)合或選用不同設(shè)備完成相同的過程。這樣既可以避免學(xué)生因?qū)嶒?yàn)雷同,相互模仿抄襲,又能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題,運(yùn)用所學(xué)理論去分析操作變量和設(shè)備因素對(duì)化工過程及其質(zhì)量指標(biāo)的影響,學(xué)會(huì)正確判斷和排除故障,以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。

三、師生互動(dòng),提升實(shí)驗(yàn)質(zhì)量

化工原理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生初次接觸工程裝置,如何上好實(shí)驗(yàn)課,講解那些內(nèi)容,這是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師必須認(rèn)真思考的問題。實(shí)驗(yàn)講解不能不講,也不能面面俱到,應(yīng)有意識(shí)地保留一些實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常發(fā)生的問題及常會(huì)犯的錯(cuò)誤,采用提問的方式,讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)思考。而要真正達(dá)到在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察發(fā)現(xiàn)能力、思維創(chuàng)造能力,在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)時(shí)老師不需預(yù)演,實(shí)驗(yàn)應(yīng)全部由學(xué)生動(dòng)手完成,并允許出錯(cuò)重做。這樣完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)間雖延長(zhǎng)了,但學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效果及動(dòng)手的能力提高了。

由于課前學(xué)生進(jìn)行了較好的預(yù)習(xí),因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、流程、步驟、相關(guān)理論等可以略講或不講,而采用提問的方式請(qǐng)學(xué)生講。如傳熱綜合實(shí)驗(yàn),可以先請(qǐng)一位同學(xué)介紹流程。同學(xué)一般都可以順著流程方向說:風(fēng)機(jī)(進(jìn)風(fēng))——流量測(cè)量——流量調(diào)節(jié)閥——溫度測(cè)量(空氣進(jìn)口、蒸汽出口)——套管換熱(逆流)——溫度測(cè)量(空氣出口、蒸汽進(jìn)口)。老師則可以針對(duì)學(xué)生的講解及裝置設(shè)備提出如下的問題請(qǐng)其他學(xué)生回答:傳熱過程是否存在熱阻?其熱阻是在管內(nèi)還是管外,如何強(qiáng)化?過程強(qiáng)化以什么為代價(jià)?套管內(nèi)管為什么采用黃銅材料?冷凝下來的蒸汽為什么要及時(shí)排走?裝置上為什么設(shè)放空閥,有什么作用?管壁的溫度是接近蒸汽還是空氣?空氣管與換熱套管連接處為什么采用軟管連接?問題提出來后,學(xué)生就積極思考、討論并爭(zhēng)著回答,如空氣管與換熱套管連接處為什么采用軟管連接的問題,有同學(xué)說是為了節(jié)約、消除熱效應(yīng)等,老師再一一點(diǎn)評(píng)修正,這樣學(xué)生認(rèn)真思考、仔細(xì)分析的興趣就被調(diào)動(dòng)起來。在板式精餾塔性能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,不僅僅讓學(xué)生在正常操作條件下測(cè)理論板數(shù)及板效率,還要求學(xué)生測(cè)定全塔的濃度(溫度)分布和塔釜再沸器的沸騰傳熱系數(shù)。這樣讓學(xué)生明白,通過改變塔釜再沸器中的電加熱器的電壓(實(shí)際是改變操作氣速),塔內(nèi)上升蒸汽量將會(huì)改變,全塔的濃度(溫度)會(huì)改變,塔釜再沸器電熱器表面的溫度會(huì)發(fā)生變化,其沸騰傳熱系數(shù)也將發(fā)生變化,由牛頓冷卻定律可得到沸騰傳熱系數(shù)與加熱量的關(guān)系。這樣讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到一個(gè)參數(shù)的改變會(huì)引起整個(gè)體系的變化,同時(shí)溫習(xí)傳熱-傳質(zhì)各理論點(diǎn)之間的聯(lián)系。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,教師要經(jīng)常巡視,勤于觀察,具體指導(dǎo),及時(shí)糾正學(xué)生的不當(dāng)操作,并經(jīng)常提問,啟發(fā)引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生勤于動(dòng)手,有意識(shí)訓(xùn)練學(xué)生的思考能力,調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,掌握實(shí)驗(yàn)技能。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中,必須根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題或存在的某種現(xiàn)象,向?qū)W生提問釋疑。

四、強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用,注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量

化工原理實(shí)驗(yàn)是利用一系列測(cè)量技術(shù)來設(shè)計(jì)組織和實(shí)施的工程實(shí)驗(yàn),測(cè)試參數(shù)多,數(shù)據(jù)處理量大,常常需要采用圖示法和回歸法描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果[7]因此,在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要求學(xué)生采用Excel和Origin軟件處理數(shù)據(jù)、作圖。如流體阻力實(shí)驗(yàn)中Re～λ曲線、Re～C0曲線、精餾實(shí)驗(yàn)中的理論板梯級(jí)圖等,要求用Excel軟件處理數(shù)據(jù)、作圖,而離心泵特性曲線Q～H、Q～N、Q～η要求用Origin軟件作圖,要求學(xué)生學(xué)會(huì)一橫坐標(biāo),三縱坐標(biāo)的作圖方法,利用Origin軟件處理傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用回歸方程求經(jīng)驗(yàn)公式中的常數(shù)等等,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析能力及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)過程的全面總結(jié)和系統(tǒng)概括,是實(shí)踐環(huán)節(jié)不可缺少的重要組成部分,可反映學(xué)生歸納總結(jié)、分析問題和編寫能力[8](P124～127)。因此在化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告中減少了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程,注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論,強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)誤差的分析,提倡學(xué)生采用小論文格式撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的原始數(shù)據(jù)表需有實(shí)驗(yàn)時(shí)的老師簽名,以確保原始數(shù)據(jù)的真實(shí)性,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,同時(shí)真實(shí)反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平,有利于教師公平考核。

五、完善實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核,切實(shí)保證教學(xué)質(zhì)量

以實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī),顯然是不合理的,也不全面,不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的積極性。實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程,即實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告[9]。其中實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是評(píng)價(jià)學(xué)生通過預(yù)習(xí)能否寫出實(shí)驗(yàn)具體方案、設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)記錄表、提出思考問題,實(shí)驗(yàn)操作是評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的動(dòng)手操作能力、觀察能力、分析能力、解決問題能力、師生互動(dòng)水平,實(shí)驗(yàn)報(bào)告是評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及作圖能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、討論能力?？偝煽?jī)由這三個(gè)方面按一定比例計(jì)入。

強(qiáng)化化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié),是提高學(xué)生各種能力的關(guān)鍵,也是提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的重要保證。

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責(zé)任編輯 韓璽吾 E-mail:shekeban@163.com

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G642

A

1673-1395(2010)05-0057-03

2010-06-11

湖北省教育科學(xué)十一五規(guī)劃立項(xiàng)課題(2007B124);長(zhǎng)江大學(xué)校級(jí)教研項(xiàng)目(J Y07018)

吳洪特(1963—),女,湖南長(zhǎng)沙人,教授,主要從事化學(xué)工程與工藝教學(xué)及研究。