《化工原理实验》“三层一线”教学体系构建

长江大学学报 ( 自然科学 版) 2 0 1 0 年 9 月 第 7 卷 第 3 期：理工 J o u r n a l o f Ya n g t z e Un i v e r s i t y ( Na t S c i E d i t ) S e p 2 0 1 0Vo 1 7 No 3：S c i& E n g 化工原理 实验 “ 三层 一线 教 学体 系构建 吴洪特 ，于兵 J I I ( 长江大 学化学与环境工 程学院， )Ni t 荆州4 3 4 0 2 3 ) 摘要介绍 了化工原理实验装置 的系列化、 多样化 配置。为使 不 同层 次 的学生 能开 出不 同层 次 的实验 ， 园材施教 ，构建 了化 工原 理 “ 三层一线”实验教 学体 系，积极开 发不 同层 次的实验项 目，将个 性化教育 、 实践动手能力和创新 意识培 养渗透 到 实验 教 学的各 个环 节，提 高 学生 实验 动手 积极性 ，使 学 生实践动手 能力和创新 意识逐 步得 到提高。 关键词 化工原理 实验 ；三层 一线；教 学体 系 中图分 类号N4 文献标识 码 A 文章编号1 6 7 3 1 4 0 9 I 2 0 1 0 )0 3一 N3 9 3 0 3 化 工原理 实验是化 工原理课 程教学 中一个重 要教 学环 节 ，也是 一 门工 程性 很 强 的实验 。实验 的 目 的不仅是验 证化工原 理基本理 论 ，加深对 课堂教 学 内容 的理解 ，更 重要 的还在 于对学 生进行 实验 方法 、实 验技能的基本训练 ，提高动手能力 引。为提高大学本科生的工程实验能力、科研能力和 自主创新能力， 开发多层次实验项 目，构建 化工原理实验 “ 三层一线”教学体系，因材施教 ，使学生学会独立组织、 设 计实验 ，提高工程 问题 的处 理能力 ，从 而 为毕 业后从事科 学研究 和解决工程 实际 问题打 好基础嘲 。 1 实验装置多样化 实验 装置 的设 置既 与本 学科 的 内容 、发 展相 匹配 ，又 与人 才培 养 目标相 适应 ，是 一个 实验 室综 合水 平的集中体现 。借助本科教学评估 ，长江大学化学与环境工程学院化工原理实验装置进行 了全面更新 ， 实现 了实验装置的系列化 、多样化 。系列化就是使实验装置在学科 内容上涵盖 “ 三传”过程中典型的单 元操作 ；多样化体现在 ：实验装置上验 证型 、综合型与研究型实验并存 ( 如传热综合实验与精馏实 验) ；传统实验与体现新技术或科研新成果的实验并存 ( 如板框过滤与动态过滤实验) ；体现基本原 理的传统仪器仪表与现代测试手段及先进的控制并存( 精馏实验装置) ；完成相 同原理过程采用不 同 设备 型式 共存( 洞 道干 燥 与流态 化 干燥 ) 。 显然 ，实 验装 置 的系列 化 、多样 化 为学 生实验 拓 展 了更多 的空 间 ，也为 学生 动手 能力 的培 养提 供 了 很好的硬件条件。如干燥实验 ，采用 2 种完全不同的实验装置 ：洞道干燥设备和流化床干燥设备来完成 实验 ，学生既熟悉 了洞道干燥设备、流化床干燥设备的结构 、工作原理 ，同时也明白了相同的过程可以 根据 不 同物系 特性 、生 产条 件等 选择 不 同的设 备 ，达 到过程 所 需 的要 求 ，学 生通 过实 验可 以 了解 和 掌握 物料 的 干燥条 件 、干燥 速度 、传 质 系数 、流化 状态 等 基本 知识 。 2 “ 三层一线”的实验 教学体系 由于实验装置功能的高科技化 ，使实验的内容可多样化，既集实验、研究、开发为一体 ，为不同层次 的学生 开出不 同的实 验创造 了条件 。结合 湖北省化学 实验教学 示范 中心 “ 化 学基 础实 验层 、综 合设计 实验 层、研究创新实验层 ，以培养学生的实践动手能力和创新意识为主线”的 “ 三层一线”实验教学体系的建 设，构建了 化工原理实验“ 三层一线”的教学体系，开发多层次的实验教学内容，在实验教学过程中， 突出学生的主体地位 ，激发学生的创新意识和创新能力，强化工程实践能力 、实验动手能力，对学生进行 系统有序 的实验理论 、方法 和技 能的培养 ，其 “ 三层 一线”实验 教学体 系如图 1 所示 。 收稿 日期2 0 1 00 52 8 基金项 目湖北省教育科学十一五规划立项澡题 ( 2 0 0 7 B 1 2 4 ) ；长江大学校级教研项目 ( J Y0 7 0 1 8 ) 。 作者 简介 吴洪特 ( 1 9 6 3 ) ，女 ，1 9 8 4年大学毕业 ，教授 ，现主要从事化学工程与 工艺方面的教学与研 究工作 。 长江大学学报 ( 自然科 学版 ) 2 0 1 0 年 9月 化工原理实验 基础实验层 综合设计实验层 仿 真预习实 验，I l 必做j 一 3 个 项目 I I 必 做3 7 个 项目 0 学 时 I J实 验， 实 验报告I J 小论 文三 l 给定综合实验 撰 写 实验 报 告 综合性 自选实验 撰写小论文 研究创新实验层 选做 0 - 2个实验 项 目 给定研究性实验 撰写小论文 自选教师科研 撰写小论文 图 1 化工原理实验 “ 三层一线”实验教学体系框 图 开发基 础实验 的 目的是使学 生巩 固和加 深 对课 堂 教 学 内容 的 理 解 ，并 得 到 化 工实 验 技 能 的基 本 训 练。基础层的实验有 ：流体流动阻力的测定、离心泵特性曲线的测定、恒压过滤常数的测定、传热膜 系数 的测定 、板式精 馏塔性 能 的测定 、干燥 曲线 与干燥 速率 曲线 的测定 。 开发综合设计实验是培养综合创新精神和动手能力的关键，学生要有 自己的设想 ，并能够在第一时 间实现 自己的设想。事实上 ，化工原理的每个实验都具有较强的综合性和应用性 。因此 ，在完成部分基 础实验后，学生 已掌握 了常用单元操作设备的使用并具备 了实验设计能力。学生在该基础上做综合设计 性实验，以培养和检验学生综合应用理论知识 、仪器设备和操作技术解决实际问题的能力。综合设计型 实验 分成 给定任务 和 自选 题 目 2类 。利 用实验 室 的装 置 ，开展 的给定综合 设计 性实验 有流 体流动过 程综 合实验、正交试验法在过滤实验 中应用 、传热综合实验、精馏塔计算机数据采集及过程控制研究实验、 氧吸收与解吸综合实验、流化床干燥过程综合实验、转盘萃取综合实验等。每个单元过程除有上述给定 综 合实 验外 ，还有 自选 题实验 5 1 O个 ，供 学 生选 做 参 考 ，学 生也 可 自己拟 定 题 目，经 老 师 审 阅后 实 验 。 研究 创新性 实验在 拓宽实 验 内容 的基础 上 ，增 加 了能反 映实际 问题 的研 究环 节 ，并 与生产 、科研相 结 合 ，体 现 了科 研的实践 性 、创新性 ，研究创 新实 验可激 发学生 探究 与开发 的主 动性 ，进 一步拓 宽学生 的思维和创新的空间。目前开设的实验有膜蒸馏实验 、动态过滤实验等 。 3 实际应用及效果 构 建 化 工原理 实验 “ 三层一 线 ”的实践教 学体 系 ，在 实验 教学 中进 行 了 3轮 教学 实践 ，取 得 了 较 好 的效 果 。 实验 前学 生可先 上 网查各 层次 的实验项 目，然 后 以组 为单 位选择 实验项 目，进 行书本 、现场 、多媒 体仿真预习，再进实验室做实验。多媒体仿真实验为基础层 实验 ，学生可先通过仿真实验了解过程原 理、设备结构、操作步骤 、相关参数测量方法 。进实验室实验时，多数学生选取了综合性实验 ，如流体 流动过程综合实验 ，学生通过仿真实验知道了流体流动阻力的测定方法和原理，也掌握 了离心泵的操作 方法 ，综合实验时就会根据小组 自身情况选用不同实验方案。综合性实验又有给定综合实验和自选实验 2 类 ，学生若 选 给定 的综合 实验 ，实验完 后撰 写实验 报告 ，完成思 考题 ；若 选综 合性 自选题 实验 ，实验 完后要求撰写小论文 ，每项综合性实验都给定有 3 6项 自选题实验，自选题实验为教师组合传统实验 内容或生产实际编排的小型设计性实验 ，并且该项 目实验题会经常更新 。如流体流动综合性 自选题实验 有 ：实测 入 Re曲线 与莫迪 图 比较 ，探 讨其 合 理性 ； 局 部 阻力 损 失机 理 及 减 少局 部 阻力 损 失若 干 问题 的探讨 ； 问接法确定 管壁平 均粗糙 度 的研 究及输 送机 械 的选 择 ；测定 突缩管 在不 同管 径 比下 局 部阻力 系数经 验公式 的方法 ；利 用 因次 分析法 进行孔 板流 量计水力 特性 的研究 ； 离心泵 串 、并联 优 化组合操作的研究及组合离心泵运转工况分析等等。自选题综合实验与基础层实验内容紧密结合 ，既有 第 7 卷 第 3 期 ：理工 吴洪特等 ： 化工原理实验“ 三层一线”教学体系构建 利 于学 生巩 固基 础实 验又 给 学生 独立 思考 提供 空 间 ，从 而有 利 于开 发学 生 的创新 意识 和创 新思 维 。通过 综合 设 计层 实验 ，学 生掌 握 了基础 层 实验要 求 的基 础 原理 、基本 技 能 ，同时各 小 组 的学生 可根 据 自己 的 学 习程 度和 兴趣 自行选 择 ，内容可 多 可少 ，可 深可 浅 ，对学 有余 力 的学 生还 可超 越课 堂教 学进度 ，通过 “ 自学 +实验 ” ，独立 掌握 某单元 操 作 的教学 内容 ，写 出不 同的实 验报 告或 小论 文 ，避免 了实验过 程 千篇 一 律 ，有 利 于激发 学生 的创 新思 维 。 又如 过滤 实验 ，有 的 学生做 恒 压过 滤常 数测 定实 验 ，通 过实 验学会 测 定过 滤 常数 K、 q 、 及压 缩 性 指数 s的测定 方 法 ， 也 有学 生 选做 用 正交 法设 计 过 滤实 验 ，除测 定 过滤 相 关参 数外 ，更 进 一步 探讨 过 滤 的影响因素 ；还有同学在完成恒压板框过滤实验外 ，做了研究创新性实验 “ 动态过滤实验” ，不仅测量 相关 参数 、分 析影 响 因素 ，更重 要 的是 了解 学科 发现 前沿 的动 态 ，并利 用新 的技 术 手段解 决原 技术 手段 难解决 的问题。通过过滤实验，学生通过不同的实验方法或通过不同的实验设备解决相同的单元过程而 学 会工 程 问题 的解决 办 法 。这 样 做 既 考虑 到 了循 序 渐 进 ，因材 施 教 ，又 注 重 了激 发 学 生 的创 新 能力 培 养 ，有利于提高学生的动手能力 、解 决实际工程 问题 的能力 ，不断提高教学质量 ，提高学 生的综合能 力 。 构 建 化工 原理 实 验 “ 三层 一线 ”教 学体 系 ，注重 学 生基 础 实 验操 作 、数 据 处 理 、仪 器使 用 的基 本训 练 ，培 养学 生查 阅资 料 、调查 研究 、 自拟设 计 实验 方案 的 能力 ，对 实验过 程及 结果 有 自己的分析 和 结论 ，学会优 化操 作 条件 ，并 对 实验结 果进 行技 术 经济 评价 的能 力 ，初步 掌握 工程 问题 处理 方法 ，提 高 了学 生 实验动 手 的积极 性 ，有 些学 生通 过 实验撰 写 小论 文 ，并在公 开 刊物 发表 ，科 研能 力 、工程 实践 能 力得 到提 高 。 4 结 语 3年来 ，笔者在 化工原理实验教学上做了一些有益的探索 ，引进多样化的实验装置 ，构建 “ 三 层一线”的实践教学体系 ，开发综合设计性实验项 目，将个性化教育、实践动手能力和创新意识培养渗 透到实验教学的各个环节 ，强化学生的主体作用 ，充分认识到实验室是培养学生综合素质 、创新能力的 主要场 所 ，实 验室 应挖 掘更 多 的课题 ，创 造更 多 的条件 ，吸引 学生 进入 实验 室进 行研 究 ，并对 建立 相对 独立 的 化工 原理 实验 教 学体 系进 行 了有 益 的探 讨 和研 究 。 参 考文 献 1 吴星义 ，杨国成 改革 实验 内容体 系，提 高实验教学质量 J 化工 高等教育 ，2 0 0 2 ，7 3 ( 3 ) ：6 9 7 1 2 徐涌庆 建设 化： 原理实验室的体会 _ 1 实验室研究 与探索 ，1 9 9 7 ，( 6 ) ：1 O 4 1 0 6 3 李瓯 ， 朱 锦忠，郑祖铭 在实验教学小提高工程实践能力 _ J 实验室研究与探索 ，1 9 9 8 ，( 1 ) ：1 4 1 5 E 4 哭洪特 ，于兵