基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革研究

譚鳳玉，周曉玉，李 松，王 平，李金輝，趙 丹，丁 薇，張澤敏，楊建發(fā)，王 盼，鄧紅江，萬亞荔

(六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004)

化工原理實(shí)驗(yàn)是將化工原理理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐操作的橋梁，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用性?；ぴ韺?shí)驗(yàn)課程重視工程基本概念和基本理論，主要研究各種典型單元操作過程中的基本原理及常用設(shè)備的構(gòu)造，設(shè)備選型及工藝計(jì)算[1]?；ぴ韺?shí)驗(yàn)作為由理論深入實(shí)踐的重要教學(xué)步驟，其教學(xué)開展在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中能使學(xué)生對(duì)化工原理課程所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)加深理解和鞏固，能幫助學(xué)生樹立工程觀念、掌握單元設(shè)備實(shí)際操作技能和鍛煉解決工程實(shí)際問題的能力。因此，基于我校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，結(jié)合我校該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，本文從教學(xué)方式轉(zhuǎn)變、提升師資隊(duì)伍建設(shè)、增強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和增加設(shè)備技術(shù)、同步培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入工程觀點(diǎn)等六個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)模式的改革研究，以期不斷滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式現(xiàn)存的問題

1.1 對(duì)實(shí)驗(yàn)課程認(rèn)識(shí)不足

實(shí)驗(yàn)開始前安排預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，主要是為了讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟；分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理的方法；預(yù)測實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的操作問題并思考解決問題的策略，提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)辦法[2]。在實(shí)際中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有固定的操作指導(dǎo)書或者講義，課前預(yù)習(xí)變成了抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題不會(huì)進(jìn)行思考分析。甚至有些學(xué)生在照抄照搬實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告后，來到實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)原理等基本問題都不清楚，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備更是一知半解。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，以完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告為己任，對(duì)實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理流于形式。比如精餾實(shí)驗(yàn)，用傳統(tǒng)的逐板計(jì)算法求取理論塔板數(shù)等，過程復(fù)雜，對(duì)課程失去興趣，誤認(rèn)為化工原理實(shí)驗(yàn)課程就是簡單地驗(yàn)證和演示實(shí)驗(yàn)。有些實(shí)驗(yàn)直接采用實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套的程序或者計(jì)算軟件將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后謄寫到實(shí)驗(yàn)報(bào)告，同組人數(shù)較多的學(xué)生甚至直接采用別人的數(shù)據(jù)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容和方法陳舊

教學(xué)內(nèi)容陳舊：我校目前開設(shè)的化工原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有：雷諾實(shí)驗(yàn)、機(jī)械能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、精餾實(shí)驗(yàn)、吸收實(shí)驗(yàn)、流體阻力測定實(shí)驗(yàn)、離心泵性能實(shí)驗(yàn)、過濾實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)、干燥實(shí)驗(yàn)等。教學(xué)方法老套：受傳統(tǒng)的“重理論、輕實(shí)驗(yàn)；重知識(shí)，輕能力”的教育模式影響，一般都采取“以學(xué)為主”、“老師教，學(xué)生學(xué)”的填鴨式教學(xué)方法[3]。實(shí)驗(yàn)開始前，教師先講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、?nèi)容、步驟、操作注意事項(xiàng)等，進(jìn)行示范性操作演練，然后學(xué)生開始按部就班的完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題不加思考和分析，直接按照老師的講解“依葫蘆畫瓢”。這種教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生缺乏主動(dòng)思考的積極性，對(duì)學(xué)習(xí)化工原理實(shí)驗(yàn)的意義認(rèn)識(shí)不足。再者現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，多個(gè)學(xué)生一組共同完成實(shí)驗(yàn)，彼此存在很強(qiáng)的依賴性，無法做到讓學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)。此外，隨著我?！白吭饺瞬排囵B(yǎng)”、“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”、“應(yīng)用型創(chuàng)新性人才培養(yǎng)”等教育觀念的革新，并沒有及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法與之相匹配，很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決工程問題的綜合能力。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)落后

我校目前所用的化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備是2009年采購的，前期無專人管理和維修，部分設(shè)備損壞和出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程和效果。比如離心泵性能曲線測定實(shí)驗(yàn)過程中，轉(zhuǎn)數(shù)表變得不靈敏，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，在反復(fù)調(diào)節(jié)和等待實(shí)驗(yàn)過程中，耗時(shí)長，學(xué)生對(duì)現(xiàn)代儀器的控制能力得不到鍛煉。

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，大部分都采用先進(jìn)的電腦控制系統(tǒng)和智能化的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而摒棄了傳統(tǒng)的 “教師教，學(xué)生學(xué)”的教學(xué)模式，真正培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)應(yīng)用能力。

1.4 教學(xué)實(shí)踐銜接不合理

我校將化工原理理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)設(shè)置課程，一般是在理論課程教學(xué)完成之后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和到工廠生產(chǎn)實(shí)習(xí)，這種方式使得教學(xué)實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重，銜接不合理。當(dāng)進(jìn)入生產(chǎn)車間，對(duì)很多設(shè)備無從下手，甚至連最基本的工作原理都遺忘了。加之現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，學(xué)生人數(shù)又多，化工原理課程上下兩冊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)要集中在一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成，一方面由于所學(xué)知識(shí)遺忘，另一方面下冊知識(shí)學(xué)習(xí)進(jìn)度跟不上，因此很多學(xué)生在沒有足夠的理論基礎(chǔ)上就完成了實(shí)驗(yàn)，并未真正了解實(shí)驗(yàn)，未起到培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力的作用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革研究

2.1 多層次、啟發(fā)式、系統(tǒng)化教學(xué)

為了順應(yīng)學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展要求，培育高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和分析解決問題的工程能力，采用多層次、啟發(fā)式、系統(tǒng)化的教學(xué)方法。

2.1.1 多層次教學(xué)

將化工原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由籠統(tǒng)的驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)分為專業(yè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、化工仿真模擬實(shí)驗(yàn)、綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)四個(gè)層次。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，分專業(yè)設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

專業(yè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)：結(jié)合化工原理理論課教學(xué)，以驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)為主(如流體流動(dòng)形態(tài)與雷諾數(shù)測定實(shí)驗(yàn))?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生必修實(shí)驗(yàn)，其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握典型的單元設(shè)備和鞏固理論知識(shí)，完成基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)踐操作的技能。

化工仿真模擬實(shí)驗(yàn)：化工仿真系統(tǒng)是以一定的物質(zhì)體系和工藝過程為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)上建立虛擬的操作環(huán)境，運(yùn)用動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型代替真實(shí)的化工生產(chǎn)裝置進(jìn)行模擬[4]。我校于2016年建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，為化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供操作平臺(tái)(如塔的精餾實(shí)驗(yàn))。仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)的基本單元操作和設(shè)備性能有更為形象直觀的了解。根據(jù)化工原理理論課程教學(xué)內(nèi)容針對(duì)性的安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度計(jì)劃，分專業(yè)設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將化工仿真系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課。

綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)：綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)以化工原理“三傳”內(nèi)容為主，以單個(gè)單元操作設(shè)備或者多個(gè)單元設(shè)備組合完成一定的工藝任務(wù)，其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程意識(shí)、分析和解決實(shí)際問題的能力(如傳熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)、過濾-干燥綜合分離實(shí)驗(yàn))。學(xué)生在掌握專業(yè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的操作技能基礎(chǔ)上，通過綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)來增強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)，達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)目的。

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置條件，自行設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案，在老師指導(dǎo)下完成。其教學(xué)目的是培養(yǎng)和考查學(xué)生解決實(shí)際問題的能力 ,獨(dú)立設(shè)計(jì)和完成工程實(shí)驗(yàn)。比如：提純分離乙酸乙酯。學(xué)生先合成粗乙酸乙酯，通過仿真模擬實(shí)驗(yàn)，了解如何控制精餾塔得到要求的純度，再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室用實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行提純，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程連貫起來，對(duì)化工生產(chǎn)過程有更深的認(rèn)識(shí)。根據(jù)化工原理理論課程教學(xué)內(nèi)容、分專業(yè)設(shè)置針對(duì)性安排實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，將化工原理課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)單獨(dú)設(shè)課。

2.1.2 啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)模式是教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)學(xué)生的多方面實(shí)際情況出發(fā)，采用多種教學(xué)手段來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用并通過積極的思維，主動(dòng)地獲取知識(shí)和培養(yǎng)能力[5]。改變原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，采用啟發(fā)式教學(xué)形式。在學(xué)生獨(dú)立預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)系生活實(shí)際，提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考。啟發(fā)式課堂教學(xué)可以引導(dǎo)學(xué)生由被動(dòng)聽課變成主動(dòng)思考，提高學(xué)習(xí)積極性。比如：以生活中喝碳酸飲料為例將吸收實(shí)驗(yàn)引入課堂。

2.1.3 系統(tǒng)化教學(xué)

從“理論-實(shí)驗(yàn)-實(shí)踐”向“教室-實(shí)驗(yàn)室-工廠”三位一體的模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的對(duì)接[6]。我校將化工原理理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)設(shè)置課程，同步進(jìn)行。在開設(shè)化工原理上下冊理論課教學(xué)的同時(shí)分冊分章節(jié)內(nèi)容開設(shè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，同步理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后集中進(jìn)入工廠生產(chǎn)企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐鍛煉。同時(shí)，改變傳統(tǒng)的考查方式，變成以“考評(píng)結(jié)合”的考核方式。系統(tǒng)化教學(xué)使得教學(xué)實(shí)踐同步進(jìn)行，積極培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程技術(shù)能力。

2.2 改變師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)水平

在教學(xué)活動(dòng)中，化工原理實(shí)驗(yàn)課程要由“教”向“學(xué)”轉(zhuǎn)變，提升學(xué)生的綜合能力和實(shí)踐操作能力，結(jié)合教師隊(duì)伍建設(shè)，改變實(shí)驗(yàn)課教師的配備。優(yōu)先考慮理論課和實(shí)驗(yàn)課由同一教師完成教學(xué)任務(wù)；安排教師到工廠學(xué)習(xí)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)或者外聘有資歷的工程師；增加“雙師型”教師建設(shè)數(shù)量；整體提高教師隊(duì)伍職稱水平。

2.3 增強(qiáng)“產(chǎn)-學(xué)-研”合作

結(jié)合六盤水地區(qū)煤炭、礦產(chǎn)的資源和區(qū)位優(yōu)勢，積極推進(jìn)“產(chǎn)-學(xué)-研”合作。一是教師深入工廠生產(chǎn)企業(yè)學(xué)習(xí)，不斷拓展自身的專業(yè)知識(shí)水平。二是學(xué)生通過學(xué)習(xí)，不斷提高自身的工程認(rèn)知水平。此外，我校積極推進(jìn)與企業(yè)合作，共建產(chǎn)學(xué)研合作基地，讓教師參與企業(yè)研究，將工廠和實(shí)驗(yàn)室有機(jī)結(jié)合為一體，教師的科研水平和學(xué)術(shù)能力得到提升，學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力得到鍛煉。

2.4 構(gòu)建平臺(tái)，增強(qiáng)設(shè)備技術(shù)

我校分別成立了煤炭高效清潔利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，煤系固體廢棄物資源化利用特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，各個(gè)平臺(tái)新增了大量設(shè)備和仿真系統(tǒng)軟件。比如：轉(zhuǎn)盤萃取塔實(shí)驗(yàn)裝置、節(jié)流式流量計(jì)校核裝置、變壓吸附實(shí)驗(yàn)裝置；化工原理單元設(shè)備模型和單元操作仿真系統(tǒng)、工廠3D仿真軟件、大型儀器分析仿真系統(tǒng)等，為開設(shè)不同專業(yè)的化工原理實(shí)驗(yàn)提供設(shè)備和技術(shù)支撐。從2015年起，我校實(shí)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)室專人專管，增強(qiáng)設(shè)備維護(hù)以提高儀器利用率。結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)。

2.5 同步培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)驗(yàn)教材

根據(jù)我校現(xiàn)有專業(yè)設(shè)置和人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)性的采取合理的教學(xué)方法、安排實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、選擇合適的教材。各有側(cè)重點(diǎn)的為每個(gè)專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才。在化工產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的市場需求下，并不需要高學(xué)歷、高精端型人才，而是需要專業(yè)技術(shù)能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才，是走出校門即可上崗勝任的“工程師”，這一點(diǎn)正符合我校向應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型的發(fā)展要求。

2.6 實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入工程觀點(diǎn)

工廠實(shí)際生產(chǎn)過程中，是以不同的化工單元為基礎(chǔ)，將各個(gè)單元連接起來、工程技術(shù)人員團(tuán)結(jié)協(xié)作才能完成。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，結(jié)合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)等改變學(xué)生過去對(duì)工程生產(chǎn)是一個(gè)單元設(shè)備獨(dú)立完成的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，要求學(xué)生通過各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建立化工整體生產(chǎn)過程的概念，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、工程整體意識(shí)和全局觀念。以精餾實(shí)驗(yàn)為例：塔底再沸器的加熱和塔頂?shù)睦淠粨Q是物料的傳熱和傳動(dòng)過程；塔盤上氣液接觸是流體的傳質(zhì)過程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程需要通過調(diào)節(jié)冷凝水、加熱器和回流比來控制，并不是靠單一的實(shí)驗(yàn)操作來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的精餾。

3 教學(xué)模式改革效果展望

化工原理實(shí)驗(yàn)是化學(xué)化工類專業(yè)的是實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是聯(lián)系理論與實(shí)踐的紐帶。圍繞我校對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求和專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)，針對(duì)我校該課程的教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)性的進(jìn)行教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，初步取得了一定成效。作為實(shí)踐類核心課程，其教改還需不斷深入，我校將繼續(xù)充分發(fā)揮資源和區(qū)位優(yōu)勢，加強(qiáng)企業(yè)實(shí)踐鍛煉、引入“化工實(shí)驗(yàn)大賽”等賽事，真正培養(yǎng)能從事工廠生產(chǎn)、工藝改進(jìn)、工程設(shè)計(jì)和技術(shù)改造等的應(yīng)用型人才。