试述化工原理实验四位一体教学模式

1、试述化工原理实验四位一体教学模式摘要基于传统化工原理实验教学过程中存在的主要问题，提出了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”教学模式。通过课前的仿真练习和测验强化预习效果和安全意识，引入课前自讲环节强化课堂上学生的参与程度和生师互动，加强教学团队建设实现差异化考评，构建完善的考核制度强化过程考核。“四位一体”教学模式更加切合工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念，有利于推动构建重能力、强创新、差异化的人才培养体系。关键词化工原理实验；工程认证；教学改革；虚拟仿真；成果导向教育化工行业是国民经济中不可或缺的重要组成部分，培养高素质技术人才对化工行业的绿色

2、可持续发展意义重大。化工原理是化工类专业的一门专业核心课，在四大基础化学、高等数学、大学物理等基础课程与化学反应工程、化工分离技术、化工传递等专业课程之间起到承上启下的作用，具有专业性强、应用性强、概念抽象、公式繁琐等特点，与工业生产实际联系紧密1-2；化工原理实验是一门以流体流动、传热、精馏、吸收等相关单元操作过程原理和设备为基础，以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程，是将化工原理理论与实际应用联系起来的重要环节，不仅能够加深学生对于理论知识的理解，还可以培养学生的工程概念和工程意识，这对于培养高素质的应用型化工人才至关重要3。高等院校肩负着为我国培养人才的重任，近年来很多教育工作

3、者探索了化工原理实验的教学模式，完成了教学改革的研究工作。在成果导向教育(Outcomes-basedEducation，OBE)理念下，张海洋等从教学组织方式和成绩综合评定等方面完成探索研究4，曾嵘等从“引入互联网+虚拟仿真实验”、“以结果为导向的理念实施课程改革”方面提出改革措施5，徐颖等以干燥实验为例、阐述了实验方案的设计思路及其实施过程6。李玉等结合教学中遇到的安全问题，论述了安全意识的融入7。部分学者结合“双一流”建设、“新工科”人才培养、卓越人才培养的要求，从实验设备、实验内容、仿真平台、师资队伍、教学模式等方面完成改革探索8-10。此外，还有学者论述了化工实验大赛对教学改革的积极

4、作用，基于此完成教学体系的改革探索11-12。本文基于本校化工原理实验教研组的教学经历，总结了教学中存在的主要问题，结合工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念，针对性地提出了“四位一体”混合式教学模式，即将对化学工程与工艺专业本科生进行教学实践。1化工原理实验教学存在的问题从中国矿业大学(北京)化工原理实验以往的教学实践来看，多数学生能在教师的指导下完成实验课程的基本操作，以及实验数据的分析和处理，但仍存在以下问题：(1)实验目的、原理、步骤等内容的预习环节缺乏，主要靠指导教师在课前讲解和演示，而后学生机械式地模仿完成，导致学生参与度不足，学习的兴趣、热情和积极度不高。(2)教

5、学环节缺乏安全教育，导致学生安全意识缺乏，在实验操作中随意、马虎。(3)实验数据处理和报告撰写独立性差，实验报告的抄袭现象非常严重。(4)课程成绩根据实验报告和期末考试的得分计算，考核方式单一、存在“以偏概全”，不满足工程认证对毕业生独立、可评估的毕业要求。2“四位一体”混合式教学模式基于以上四个主要问题，先在新版教学大纲中重新设立了教学目标，包括：(1)掌握实验原理和依据，知悉实验装置中相关设备参数和操作参数的测试方法，能够安全地完成实验操作、获得实验数据，包括排除实验故障、解释故障出现的原因。(2)掌握实验数据的处理方法和实验报告的撰写步骤，知悉Excel、Origin等软件的使用方法和技

6、巧，能够处理实验数据获得实验结果、撰写实验报告。(3)具备实事求是、严肃认真的学习态度和团结一致、勇于承担的工作作风，能够与团队成员沟通、合作完成实验操作任务。根据大纲内容，针对性地提出了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”混合式教学模式。2.1仿真平台北京欧倍尔实践教学云平台中包含了“天大版”化工原理实验虚拟仿真软件，与教学过程采用的实验装置完全匹配，因此本专业购买了教学云平台的使用权限。要求学生在课前登陆云平台，自学实验目的、原理、装置和步骤，并完成仿真测验中的实验操作、数据采集和思考题，考虑到实际操作后将处理实验数据，仿真测验不需进行数据处理，通过仿真练习和测验

7、强化预习效果。教师可在软件后台下载测验成绩，评估学生的预习效果。另外，为了强化学生的安全意识，还要求学生在云平台中学习实验室安全常识，包括个人防护知识及化学品洒出、实验室火灾、水银泄露、停水停电等事故场景下的处置流程。2.2课前自讲除了仿真练习和测验外，每次实验课开始时花费约0.5课时，采用实验室配置的多媒体教学系统，以小组为单位、组员轮流讲解实验原理和目的，并且对照实验装置讲解实验步骤，教师主要对其中的细节知识和注意事项做补充和点评，以上“学生主讲、教师主评”环节紧扣工程认证的核心理念“以学生为中心”，充分调动学生课前预习的积极性和主动性，有效提高学生在实验课上的参与程度。为了避免课前预习占

8、用过长时间，课件由教师提供、学生可直接使用或修改后使用，可以抵消学生的畏难情绪。通过课前自讲再次巩固基础知识，为即将进行的实际操作做好铺垫。2.3实验操作实验过程中学生以小组的形式完成实验操作，教师通过观察、给出必要的指导和纠错，还会发放实验数据采集表，避免实验数据漏记、错记，实验完成后生师签字确认，实验报告只能基于本小组的数据进行处理和撰写，一定程度上可以防止实验报告互相抄袭。另外，本专业不断加强实验教学团队建设，每次实验课由三名理论课程的任课教师承担、每名教师指导一个实验(即3个小组)，每个小组由24学生组成，教师数量和学生人数均符合“工程教育认证化工与制药类专业补充标准”，这样每名教师负

9、责不超过12名学生，可以有效督促学生参与实验，在注重个体差异的情况下对学生的实验操作打分，更符合OBE理念强调个性化评定的内涵。2.4报告撰写+考试实验课结束后，学生处理实验数据、撰写实验报告，并且完成闭卷考试，教师对报告和试卷进行批改。根据学生在仿真测验、课前自讲、实验操作、实验报告和期末考试的得分情况评定课程成绩，其中前四个环节属于过程性评价，期末考试属于终结性评价，各个环节的具体占比如图4所示。以上考核制度将整个学习过程划为考核范围，使成绩能体现学生的综合实践能力及对知识的掌握程度；且通过强化过程考核，客观地评价课程目标的达成程度、制定持续改进的方法和措施，有利于贯彻工程认证“持续改进”

10、的核心理念。3结束语本文探索构建了结合仿真平台、课前自讲、实验操作和报告撰写+考试的“四位一体”混合式教学模式，借助仿真平台强化课前预习效果和安全意识，引入课前自讲环节强化学生的参与程度和生师互动，降低生师比实现学生的差异化评定，构建完善的考核制度强化过程考核。“四位一体”教学模式可有效解决目前化工原理实验教学中存在的主要问题，更适应工程教育专业认证以学生为中心、产出导向和持续改进的理念。化工原理实验教学模式需持续探索和改革，满足现代化工行业重能力、强创新、差异化的综合型人才培养要求。参考文献1李果，朱大胜，贾文华，等“互联网+”背景下精馏原理章节教学改革与探讨J广东化工，2019，46(20

11、)：176-1772吕海霞，杨志杰，张艳辉，等基于应用型人才培养的化工原理实验教改探索与实践J化工高等教育，2016，33(1)：26-303张海洋，郭瑞丽，张建树，等OBE工程教育理念下化工原理实验教学改革探索J教育现代化，2019，6(86)：138-1404曾嵘，任玉，刘建文，等基于工程认证的化工原理实验教学改革探究J山东化工，2021，50(21)：210-2125徐颖，王春虎，郝庆兰OBE工程教育理念下的化工干燥实验教学改革J中国轻工教育，2018，(5)：69-736李玉，李涛，董贺新，等大学生安全意识培养在化工原理实验教学中的自然融入J河南化工，2021，38(6)：62-657孟玉兰，张文君，曹晶晶，等“双一流”背景下化工原理实验教学的改革与探索J实验室科学，2021，24(1)：117-1198