２０１ １年第３期 第３８卷总第２１５期 ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ ２０７ 化工原理实验开放式教学探索与实践 袁志国，刘有智，李同川 （中北大学化工与环境学院，山西太原０３００５１） 【摘要】通过分析化工原理实验传统教学模式存在的局限和问题，结合化工基础实验教学示范中心建设和改革实践，提出了开放式实验教学 模式。通过整合实验内容、项目层次化、创建开放实验环境、开发实验网络平台、改革教学与考核方法、加强指导教师队伍建设等措施，构建 了一种以学生为中心，以满足创新应用型人才培养的个性化需要，利于学生自主学习的开放式化工原理实验教学模式，并在实践中取得很好的 效果。 ［关键词】化工原理实验；开放式实验教学；教学改革 ［中图分类号］Ｇ４ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００７－１８６５（２０１１）０３—０２０７．０２ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｏｐｅｎ Ｔｙｐｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｙｕａｎ Ｚｈｉｇｕｏ，Ｌｉｕ Ｙｏｕｚｈｉ，Ｌｉ Ｔｏｎｇｃｈｕａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ Ｉｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｕｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｂａｓｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｏｐｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｏｐｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｒｅａｔｅｄ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｌａｔｌｂｒｍ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ， ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｒｅｆｏｒｍｅｄ．ａｓ ｗｅｌ１ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆｔｈｅ ｔｅａｃｈｅｒｓ ｂｕｉｌｄｉｎｇ．Ａｓ ｗａｓ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ．ｔｈｅ ｎｅｗ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｌｅａｒｎｅｒ—ｃｅｎｔｅｒ，ａｎｄ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｔＯ ｍｅｅｔ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｎｅｅｄｓ，ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｅａｒｎｉｎｇ， ａｎｄ ｉｓ ｌｉｋｅｌｙ ｔＯ ｏｂｔａｉｎ ｇｏｏｄ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｏｐｅｎ ｔｙｐｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ 化工原理是化工、制药、应用化学、生物、环境、特能、 材料和过程控制等专业的一门技术基础课程，其实验教学是化 工原理课程的重要组成部分 Ｊ。相对于理论教学，它具有直观 性、综合性、探索性和启发性的特点，在学生能力的培养和综 合素质的提高方面有其独特的作用；同时，它具有鲜明的工程 性与学科综合性，不仅是对理论教学的补充与延伸，更是强化 工程实践能力及建立工程概念、拓展相关专业知识眼界的重要 途径【 。 化工原理实验在化工应用型本科人才培养中具有重要的 没有掌握。 地位和特殊的作用ｌｊ Ｊ。因此，在实施过程中应突出学生实践能 力和创新意识、创新精神、创新能力的培养，促进学生知识、 能力、素质综合发展 ｆ。为此，中北大学探索了一种以学生为 中心，以满足创新应用型人才培养的个性化需要，利于学生自 主学习为目标的开放式化工原理实验教学模式，并进行了教学 实践，取得了一些有益的成果和初步成效。 （３）教学内容比较单一，很多高校仍然仅开设几个经典的 单元操作实验，不能反映现代化工技术的发展，尽管我校近些 年为适应现代化工对人才的培养需求，增加了很多新的单元操 作项目，但在实验总学时没有增加的情况下，只能让学生参观、 演示、简单操作验证规律、或部分闲置。 （４）化工原理覆盖面广，涉及专业多，实验开设难易程度 和内容都应不同，而现有化工原理实验开设相对集中，不便于 因人或专业而开设不同实验。另外，随着现代教育的改革，学 校开设了很多选修课，使得过去集中开设实验的时问得不到保 证。 欲解决上述问题，满足多层次、多样化、高素质的化工应 用型的人才培养要求，迫切需要引入新的实验教学模式和方 法。为此，中北大学对化工原理实验开放式教学内容、教学方 法、网络平台、开放环境、考核方式等方面进行了改革与实践。 １化工原理实验开放式教学的必要性 化工原理实验教学除了用来检验或验证理论知识外，更为 重要的是对理论知识的综合应用，以提高学生应用理论知识的 综合能力，强化工程实践能力与设计能力。但随着学生规模的 不断扩大、现代化工技术的发展以及对人才需求的变化等，传 统实验教学模式已暴露出很多不相适应适的地方和问题 Ｊ。 （１）在传统教学模式中，学生总是处在被动状态，严重影 响学生对实验的兴趣和操作能力、创新能力及处理应急能 力的培养。另外，当代大学生相比以前的学生，思维更加活跃、 知识面更广泛，好奇心更强，更愿意有挑战性的任务，传统模 式显然不适应。 （２）传统教学模式为强调合作精神和缓解实验资源数量相 对短缺的矛盾，常将学生分成小组实验，每个学生只负责某一 点操作，对各参数间的相互影响缺乏直观认识，写实验报告时， 全组数据“共享”，随着学生人数急增，过去２～３Ｊｋ／组变成９～ １ｏＡ甚至更多，难免存在一人写，其他人抄袭。另外，为保证 实验顺利进行，防止学生缺乏实际操作和处理问题的经验而导 致一些事故发生，教师一般会要求学生严格按照演示的操作步 骤进行，一些关键步骤甚至由教师帮助完成。导致学生做实验 时只需要照葫画瓢，不动脑筋重复操作就能完成，结果什么也 ２化工原理实验开放式教学的实施与效果 ２．１实验内容的整合和项目的层次化 在实验教学中，学生作为知识的实践者和学习者，其能力 发展具有不平衡性。在以人为本的教育理念指导下，必须因材 施教，尊重和理解学生的个性化差异。只有提供多层次、全方 位、系统的实验教学内容，让学生能根据自身的基础、学习目 标和兴趣选择适合自己的实验内容，才能充分调动学生的积极 性，发挥其主观能动性，激发其创新潜能，增强实践能力，促 进学生知识、能力、素质综合发展 Ｊ。因此，我们将化工原理 实验教学单独设课，整合实验内容与项目，将其划分为基础型 实验、综合型实验和创新设计研究型实验三个层次。首先，整 合了与化工原理课程主要知识点密切相关的实验内容，用来帮 助学生巩固所学理论知识及其基本的操作训练，这部分实验以 验证性实验为主，如：开设了柏努力演示、流体阻力测定、传 热、离心泵特性测定等实验；其次，将一些跨学科、内容丰富 的实验整合成几个综合型实验项目，如：传热综合、干燥及计 算机控制与数据采集等实验；第三，结合某些科研或工厂急需 解决的项目开发了研究设计型实验项目，如：反应精馏、膜性 能表征及分离、超重力法脱除ＳＯｚ及其传质性能等实验。实现 了合理地、有梯度地设置演示、验证，综合、设计、研究等不 ［收稿日期】２０１０．０９—２３ ［基金项目］“十一五”国家课题“化工应用型人才培养模式研究”（ＦＩＢ０７０３３５．Ａ４．０２），中北大学现代教育技术应用研究项目资助（２０１００１０００４） 【作者简介］袁志国（１９７８一），男，四川仪陇，讲师，在职博士，主要从事化工过程强化及超重力技术应用研究。 ２０８ 『ｌｉＪ 次的 验教 ．．住内容整合中，突出了“四个”结合，邵 ＾ｌｊ交叉 科实验相结合、与课外科技活动相结合、与科研课题 卡【ｆ结 、 序的课程设计、专业实验、毕业没计相结合。 新增创新性实验内容方面，主要结合了教师的科研以及 习企 急 的 题，充分利用科研项目的硬件优势、资金优 势以及紧跟 术前沿的特点，将科研内容和成果融入到化工原 验教 ｌ｝ｌ，女ｌ】【ｊＪ入超瓜力技术，开发了超重力法脱硫、除 、氰氮吹脱等实验项目，体现 实验内容的薪颖性和实际应 用创新性，激发了学生积极参与的热情，保证了开放式实验的 敦学活力。 ２．２实验室的开放 实验 开放足实施开放式实验教学的基础和必要条件，有 荇丰富的内涵和多元化的形式，一方面是实验室仪器没备和实 验项Ｈ的开放； 一办面是实验室时间和空间的开放。更深层 次的开放还在十实验教 内容、教学方法、教学手段、实验形 式和敦 理念的开放， 学生能够真正做到自主学习＿ ｌ。良好 的外放式实验教学环境和条件有利十将实验窒有限的实验资 源、教学＂Ｖｉｈ７以及仃限的内容、时间进行拓展和延伸；有利于 、 生学习积极性和潜能的充分发挥；有利于学生自主学习和个 性化发展 、为此，我校以具体实验类别为基础，以知识的内在 蛾系为…发点，将原高分子化学、高分子物理、化工原理、分 析测试、化Ｉ：仪表和计算机仿真等实验室整合成了化工基础实 验教 【ＩＪ心，促进ｒ开放式管理和实验资源优化配置，为良好 的开放式实验环境创造ｒ条件，也为每年举办的校化＿ｌ】：技能大 赛嗅定了物质拱础。 在实验时问Ｊ：，实验小心将每学期的后１ｏＮ全部开放，前 半学期根据 牛需要灵活开放。对于基础和综合性实验，学生 通过 ｌ：提前１周预约；对于设计研究型实验学生需提前２周预 约，以便十准箭相关设备、材料和安排指导。在实验项目和内 容斤 ， 牛需崾先选做 础性实验项日１～２个，然后才能选 做综合性戏设汁研究型实验项日。 ２．３实验管理体系的改革 改革实验管理体系是保障实验室、实验仪器、设备和装置 伞天候开放与安伞运行的关键。首先建立了以网络化门禁考勤 系统和监控纣讲系统的实验室现代信息化管理系统。利用现今 『 校流行的“校阅 ”，以实验室门禁考勤系统、实验室监控 对讲系统相 补充，实现了实验室的高效管理。不仅解决了实 验室管理问题，提高ｒ实验窒资源利用率；负责教师还可通过 网络在仟何造网的多媒体电脑上看到学生在实验室的活动情 况，发现问题立刻指导，这样在实验室中的每个学生都感觉有 无数双永不休息的“眼睛”在注视着他们。因此，进入实验室 的 牛，１ 得１ 养成爱护公物、自觉维护实验室秩序、认真执 行实验窄规章制度的习惯。其次，制定了“开放式实验教学试 行办法”、“开放实验室管理细则”、“指导教师及实验人员 的岗位职责、考核及激励办法”、“学生实验守则”、“学生 成绩考核及评定办法”等规章制度。这些制度的制定既规范了 验教学的管理，又能对学生的实验起督促激励作用；还强化 ｒ 验室管理责仟明确到位，保障了实验室、仪器及人员的安 ２．全和实验室资源全天候 放。４网络化实验教学平台的开发 面对开放式实验教学所带来的教学对象、内容、项目、时 问等 素不确定的问题，而且随着学生人数不断增加，高等教 育的改革，选修课力度加大等因素，为正常的实验教学带来很 多 ：便，也制约了开放式实验教学的实施，迫切需要开发与此 相适应的网络化实验教学平台。 针对开放式实验教学的要求，我们创建了化工原理实验网 络教学 ，主要包括实验教学资源模块、实验网络课程模块、 仪器没备图文说明模块、在线模拟仿真操作练习与考核系统、 在线实验理论知识题库、实验网上预约系统、实验项目管理和 信息查询系统、成绩管理系统、网上交流答疑系统和实验中心 信息化管理系统等。其功能不仅是辅助学生做好实验预习，了 解实验目的、原 、内容、仿真操作练习等；更主要是方便学 生从网卜选择实验项Ｅｔ、预约时间，教师易于管理成绩及其仪 器设备；它不仅优化了管理流程、提高了管理效率，还提供多 样化的学习方式，进一步提高了实验室开放程度。同时，该平 台将实验教学过程巾的师生交流互动延伸到课外，更大程度发 挥了教！２．５教学方法的改革 ｌｌＩｊ的主导作用。 为充分体现开放式实验教学【｛】学生的主体地位、激发学生 ２０１ １年第３期 第３８卷总第２１ ５期 在化工原理实验教学中的积极性和创造性，在实验指导的过程 中，我们主要讲方法、思路，注意培养学生ｔ动获取知识的能 力、分析问题和解决问题的能力，培养学生创造性学习及敢于 创新的能力，鼓励学生积极查阅文献，组织讨论、评述，让学 生提山自己的见解，初步尝试研究的乐趣。同时，还针对 不同层次实验项ｔ：ｌ采用不同的教学方法：（１）基础层次的目标 是培养学生扎实的基本实践能力和良好的实验习惯，此时学生 的自主学习能力和自我约束力较弱，丰要采用教师指导为主、 学生充分预习的教学方法。（２）综合层次的目标是培养学生综 合实践能力和自主学习能力，采用教师引导为主、指导为辅的 教学方法。（３）创新层次的目标是培养学生创新实践能力和自 我完善能力，主要采用教师指导、启发和探讨的教学方法 ２．６加强师资队伍建设 在开放式教学过程巾，学生提出的问题更广泛、更复杂， 仪器设备出现的故障率也更高，这对教师的设备管理与维护、 知识储备、指导能力提出了更高的要求。 此，提高实验教师 的素质是提高开放式实验教学效果和质量的关键。为此，我校 进一步加强＿ｒ实验教师队伍建设，一方面从先进企业引进 部 分工程实践经验丰富的高级工程师，同时将青年教师送到企业 Ｉｆ１去培养；另一方面要求带理论课的教师也需参加部分实验指 导。另外，还鼓励学术带人、教授、博导等科研专家开设创新 研究型实验，增加了实验教学内容的深度和广度，提高了实验 项目的先进性和创新性。 ２．７考核方法的改革 建立合理的考核方法是支持开放式实验教学的关键，是引 导学生正确理解和参与创新实验的蘑要指挥手段。根据实验项 目层次不同实行分别考核：（１）对于基础和综合层次的实验项 目采用模拟操作、口试、考察、评阅等多种考核方法，并制定 相应的评分细则，建立起全方位的考核体系。（２）对于创新、 设计、研究型的实验项Ｅｌ，主要考察实验计划的书写、实验方 案的设计、原理的阐述和参考文献的阅读等情况，实验习惯和 科研素质及完成实验后论文的撰写水平，综合评定成绩，对于 优秀的学生给于创新学分奖励。 这样的考核体系强化了学生应用知识和分析解决问题的 能力，突出了实验过程的创造性和探索性。对于在创新设计研 究型实验中表现突出的学生，中北大学教务处和实验中心给予 项目资助，同时校、院团委设 了层次众多化工厅面的竞赛， 不仅有创新学分而且有奖金。 ３结语 化工原理实验开放式教学模式相比于传统实验教学模式， 强调了学生的主体地位和教师的主导作用，体现了因材施教的 个性化教学原则，符合人才发展的认知规律，实验教学效果达 到了最大化。体现在：（Ｉ）学生得到了多方面训练，如：增强 了自我汲取知识的能力和科学思维能力，强化了分析、比较、 总结、归纳的思维能力，锻炼了语言表达和思辩能力，提高了 实际动手能力、分析问题和解决问题的能力等；【２）学生具有 更大的性、自主性、探索性，更能充分体现学生是学习的 主体；（３）充分体现了能力培养的层次性与综合性；（４）还将实 验教学空问延伸到实验室以外，将实验教学时问延伸到“ｇｄ， 时”以外，极大地拓展了实验教学的时间和空问，缓解了实验 资源和学时相对紧张的局面。 参考文献 ｆＩ］赖万东，钟理．高校化工原理实验课教学改荸刍议 ．广东化１：，２００９， ３６（１０）：２０６—２０７． ［２］杨明半，黄念东．化工原理实验教学Ｌ｝Ｉ的创新教育…．实验室研究与探 索，２００８，２７（８）：１０一ｌ ３． ［３憎明荣，千维德．把握实验教学过程提高实验教学质 Ｊ１．化工高等教 育，２００８，ｌ００（２）：９３－９５． ［４］？ｔｑ映琦，刘肃．提高实验教学质量的创新实践与探索ｆＪＪ．实验技术与管 理，２０１０，８（３）：５８—６１． ［５１吴洪特，付家新．化工原理实验项目的开发与学生创新能力培养［』］．中 国现代教育装备，２００８，６４（６）：１６３—１６４． 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