化工原理实验教学中学生自主能力的培养与提高

张建生，李颖娜，金昌磊

（唐山学院 环境与化学工程系，河北 唐山063000）

一、前言

教育部高教［2007］1，2号文指出，要以社会需求为导向、以素质教育为基础、以能力提高为主线培养工程应用型人才，要由注重知识传授向更加重视能力和素质培养转变。素质教育以提高学生的素质为宗旨，着力于强调学生的主体性，关注教学中学生主体地位与主体作用的确立和发挥。这就要求充分挖掘蕴藏在学生内心的自主性素质潜力，以最大限度实现学生的自我意识和自主能力。在传统教育模式下，大学生大都养成被动接受知识的学习习惯，缺乏自主精神，这给他们毕业后走上工作岗位独立承担工作任务造成一定的压力。［1］

化工原理是我院化学工程与工艺、环境工程、石油生产与技术、生化、环境监测等专业必修的一门专业基础课程，是学生从基础课转向专业课学习所接触的第一门工程学科。化工原理实验是该课程的实践应用，是对课堂教学内容的验证和深化，是实践性教学环节中的一个重要组成部分。通过化工原理实验，不仅要求学生掌握进行科学实验的基本知识、方法和技巧，更要培养学生的独立学习能力、独立思考能力、独立工作能力，这些自主能力的培养不仅能促使他们学会分析问题与解决问题的基本方法，更能为以后的专业课学习及从事化工或相关工作奠定坚实的基础。［2－4］

基于对大学生能力和素质教育的要求，对化工原理实验教学方法及教学模式进行改革，是近年来高校教学改革的主要内容，也取得了很多研究成果。［5－11］我院化工原理课程组教师结合我院提出的培养应用型人才，注重学生能力培养的办学思想，借鉴已有的教改成果，进行了大量的相关研究和实践。通过设置“准现场”，采取增加预习提问环节、优化实验项目、学生讲解实验、注重实验过程等各项措施，形成了新的实验教学体系，体现了“以学生为主体，注重自主能力培养”的实验教学思想。

二、影响学生实验自主能力的教学因素

（一）化工原理实验本身的工程性，不利于自主能力的培养

化工原理实验属于工程实验范畴，不同于前置课程实验的是它具有工程的特点，每个单元操作实验就相当于化工生产中的一个基本过程。［12］因此，化工原理实验更像是实际生产的中试车间，设备的转动会产生大量的噪音，物料的传送会产生粉尘，物质的传热会产生热，学生面对陌生的化工环境，会产生畏惧心理；设备如何启动，如何操作，如何控制等诸多实际问题使学生感到无从下手；而各种测量仪表和仪器的操作问题，使用过程中的水、电等的安全问题，使学生感到实验的复杂性。由于学生是第一次接触化工环境，第一次使用化工设备，容易发生错误操作，甚至引发事故，所以，学生存在畏惧心理，不敢动手操作，依赖实验教师的心理也因此产生。在这种情况下，学生便失去了独立实验的锻炼机会，自主学习的能力难以提高。

（二）实验项目的单一性，不利于自主能力的培养

在以往的实验教学过程中，多是沿袭传统的知识传授模式，实验内容大多为演示性、验证性实验，这对领会课堂内容、消化课堂讲授的理论知识起到了一定的作用，学生做实验时根据已编好的实验讲义，基本上是按照老师的思路去完成实验。显然这种方式没有为学生提供主动思考的空间，很容易使学生产生惰性，影响了他们分析、解决问题能力的培养，不能体现“以学生为主体，注重能力培养”的实验教学思想。

（三）预习环节的实质缺失性，不利于自主能力的培养

在传统的化工原理实验教学中，实验预习只是让学生写一份预习报告，熟悉原理和操作步骤，而许多学生仅简单地抄一遍实验指导书，不仅预习不到位，而且，学生在预习过程中处于被动状态，不利于自主能力的培养。

（四）实验教学模式的陈旧性，不利于自主能力的培养

传统的实验教学方法，是以教师为中心，强调“教”的作用。教师从实验装置到仪器的调试，都是事先准备好的，有的甚至在讲解完实验之后，还要亲自演示一遍；而为了保证实验能在预定的时间内完成，防止学生因缺乏实际操作和处理问题的经验而导致一些事故的发生，一般要求学生严格按操作步骤进行，不允许进行尝试性实验，某些关键的步骤甚至由教师代为完成。这种保姆式教学方法大大地抑制了学生“学”的积极性和主动性，做实验时往往照葫芦画瓢，遇到问题从不主动思考，产生了依赖心理。结果是，一个实验结束了，学生对实验过程及相关理论仍是一知半解，甚至不认识实验中用到的仪表和设备的也大有人在。［13］

（五）传统实验报告的模式性，不利于学生自主能力的培养

实验报告是对实验过程的总结，是实践环节中不可缺少的一个重要组成部分。由于实验报告中除实验数据、计算示例外，其余大部分内容来自于讲义，所以，在批改化工原理实验报告过程中，发现大多数学生写实验报告流于形式，抄袭现象严重。这不仅不利于学生对化工原理实验知识的总结，更不利于独立分析问题、解决问题能力的培养，学生的自主能力得不到锻炼。

（六）考核方法的不合理性，不利于自主能力的培养

以往实验课的成绩主要以学生完成的实验报告来评定，实验报告内容是否充实，实验原理、步骤、数据、实验结果是否完整，特别强调数据测量的准确度及能否画出符合理论的曲线等。这样，有的学生为求得符合理论的曲线，人为地更改或自编数据，甚至抄袭他人的实验数据。这种实验考核模式下，学生过分地追求实验数据的合理性，往往忽略了对实验异常结果的分析，忽略了实验的真正意义，不仅学生的观察能力，发现问题、解决问题的能力得不到锻炼，而且，不利于学生独立学习、独立实验、独立思考，难以达到自主能力培养的目的。

三、化工原理实验教学中自主能力培养的实施

（一）营造“准现场”环境，激发学生学习热情，提高学习的主动性

化工原理实验设备是工厂单元操作的微缩版，其操作原理、设备构型完全相同，授课过场中教师结合工厂实际，通过模拟演示让学生对工程实践有进一步的认识，利用替代物料模拟真实物料，营造工厂生产“准现场”。

实验指导教师要了解学生没有工程经验的事实，理解学生做化工原理实验时的畏惧心理，以学生第一次做工程性实验的角度，讲解实验安全的重要性和实验注意事项。并且，把“准现场”的概念引入实验教学，做到实验项目和实际化工生产相结合的教学方法，激发学生的学习热情。“准现场”教学法，即以工程化视角来审视工程教育活动，用工程实践本身的本质、特点来组织教学活动的各个环节，进而实现实验课程教学目标的教学方法。“准现场”教学法，营造出真实的工程环境，为学生提供了工程训练的平台，促进了对学生的工程意识、工程能力的培养。［14］“准现场”教学法的提出给学生提供了接触工程实际的条件，学生对工程实际有了感性认识，激发了学生实验的学习热情，并能主动地把实验项目和工程实际相结合，提高了学生自主学习的能力，为培养应用型人才打下良好的基础。

（二）实验项目多样化，激发学生学习兴趣，提高学习的积极性

我们把实验项目分为三种：基础型实验、提高型实验、竞赛型实验。

第一种是基础实验，化工原理开发基础实验的目的是使学生巩固和加深对理论教学内容的理解，训练学生化工实验技能，熟悉化工仪表的选择和使用，培养学生细心观察、严谨求实的科学态度和良好的实验习惯。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、传热系数的测定、雷诺实验、流体机械能守恒与转化实验。

第二种为提高型实验，主要指综合性实验。综合实验是指在基础实验的基础上，掌握多步骤的实验过程原理和实验方法，并能够利用仪器测试每一步产物的物化性质；培养学生综合运用相关学科的知识，运用掌握的知识和实验技能分析处理实验各个过程的能力。实践证明，综合性实验的训练比单一实验更有利于培养学生的思维能力。可以是单元综合，也可以是方法和内容的综合，各类方法又综合了基本操作训练、仪器测试训练和不同层次的问题解析训练，使学生的科学思维和综合实验能力都得到提高。［15］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综合能力。学生在该基础上做综合性实验，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。包括恒压过滤常数测定、换热器综合实验、填料吸收解析塔传质系数测定实验等选做实验。

第三种是竞赛型实验。化工原理实验竞赛型题目来源于化工原理课程和化工实际，并结合了科研项目中化工分离中的问题。在实验技能竞赛中，指导教师在实验过程中有意识地考察实验重要步骤所涉及的理论背景，引导学生进行观察和分析，提供独立思考空间，使理论与实际相结合，再通过实验进一步掌握知识，加深对知识的理解。以精馏塔的操作和全塔效率的测定实验为例，大赛时，指导教师在学生察觉不到的情况下，加入干扰因素，使设备运转产生偏差，要求参赛学生根据已经学到的知识对精馏操作进行调整，使其达到正常的运转状态，这需要学生对回流比、进料位置、进料热状况、冷凝器、再沸器等操作条件进行合理分析，并能准确地判断操作方法，要完成整个竞赛对学生来说具有一定的挑战性，这就使得学生必须全力投入，充分发挥自己的潜能。这有助于活跃学生的思维，增强主动探究意识和培养敢于挑战难题的精神。在实验过程中，学生确实遇到了许多以前实验过程中不曾遇到的问题，但他们不再像以前那样蒙混过关，而是积极向指导教师咨询或者与其他同学交流，积极主动地为自己的实验过程负责任。通过参加竞赛型实验，学生的实践能力和理论知识水平以及对学习化工原理课程的热情都有很大的提高。

（三）增加网络预习，设置现场预习答题环节，提高独立学习的能力

预习是完成化工原理实验的一个必要条件。我们在进行实验教学时，提前一周通知学生，提出实验相关的问题，让他们有充裕的时间利用各种途径（教材、网络、文献等），对实验相关背景、实验所需要解决的问题、实验方法、实验设备、数据处理方法等进行广泛的调研。增设网络预习环节，学生可以自由支配时间，上网观看实验录像、设备照片，这样可以加强学生对实验项目的感性认识，并根据实验项目的问题进行独立学习；然后，学生到实验现场预习，对照实验讲义进一步熟悉实验装置及工艺流程，认识各种测量仪器仪表，对实验内容产生直观的了解和认识。为强化实验预习环节，设置了现场提问环节，教师根据学生的预习情况对学生进行提问。问题涉及实验原理、操作步骤、实验流程说明等等。通过现场的提问环节，教师可以更好地了解学生对实验的准备情况，而学生也能进一步加深对实验内容的印象。这种“两环节一提问”的预习方法，提高了学生独立学习的能力，同时学生在预习过程中，带着问题进行思考，提高了独立思考的能力，自主能力得到了锻炼。

（四）改变传统教学模式，增设实验自我认识讲解环节，提高表达能力

为了调度学生的学习兴趣和主动性，发挥他们的主体作用，突破传统的授课模式，尝试让学生根据自己预习的情况，讲解实验，主要包括：实验原理、如何完成实验、在预习中遇到的问题等，而后由同组其他同学做补充，最后教师对学生在讲解过程中的问题做解析，精讲实验中常见事故的处理方法等。针对上述内容，师生之间、学生之间进行讨论与交流，在探讨与交流过程中，实验中隐形的化工原理内涵显现出来，预习问题的答案呈现出来。每个学生都从讨论中得到不同程度的启发，学生在运用知识、语言表达、总结归纳等多方面得到提升，表达能力、独立思考能力、独立学习能力不断提高，自主能力得到锻炼。

（五）鼓励学生以小论文形式书写实验报告，提高学生独立工作的能力

要求学生用小论文形式撰写实验报告，写作不规定统一的格式，学生可根据实验室提供的设备，在完成教学大纲规定的实验任务的前提下，自拟题目完成实验报告。小论文形式实验报告写作的目的是提高学生写作能力和综合应用知识的能力。化工原理实验报告不强求一律，给学生思考、选择和发展的空间；不完全要求实验数据的合理性，注重实验过程，在实验报告中对实验中异常情况的处理要加以说明，对实验中异常数据要加以解释。这不仅从根本上消除了学生抄袭实验报告的恶习，提高了学生分析问题、解决问题的能力。更重要的是，这种自由的总结、交流方式提供了学生自由思考的空间，学生自主地对实验问题进行分析、总结，独立思考的能力得到了提高，学习自主性得到了加强。

（六）注重实验过程，考核项目合理化，确保学生自主能力的提高

为全面反映学生的学习情况，采取分项考核的方式记分，总成绩＝实验预习成绩（20%）＋实验操作成绩（30%）＋实验报告成绩（20%）＋实验操作考试成绩（30%）。实验预习成绩是由学生完成的预习报告和通过预习提问考察学生对实验了解的程度来决定；实验操作成绩主要由学生在实验过程中设备的操作情况、数据获得情况、仪器仪表的使用方法、故障排除情况等来决定；实验报告成绩的评定主要由学生实验的结果是否合理、数据处理是否科学、解释是否合理、思考题回答是否完整正确来决定；实验操作考试采取抽签决定考核实验项目的办法，学生按老师的要求完成相应的操作并回答老师提出的与实验装置结构、流程、操作、原理等相关问题，由考核教师给出学生的实验操作考试成绩。另外对于积极进行竞赛型实验的学生给予成绩的奖励制度，对于实验中勇于提出问题、提出解决方案的学生给予特殊的加分。实验考核的综合评分制度不仅保证了评分的公平性，最大限度地督促学生对化工原理知识的掌握，更重要的是，它在成绩评定上保证了学生的实验主体地位，发挥了他们的主观能动性，提高了学生发现和解决问题的能力。

四、总结

化工原理实验能够帮助学生熟悉和理解单元操作的工程设备和过程原理，对学生独立学习、独立思考能力的培养和自主能力的提高具有重要作用。教师在教学中可有意识地培养学生的自主能力，增设预习提问，创造独立学习的条件；有意模拟化工“准现场”的环境，设置学生实验讲述环节，加强学生语言表达能力，拓展其独立思考的空间；注重实验过程，改变实验报告的模式，培养学生对实验异常结果分析和事故处理的能力，提高学生独立解决问题的能力，加强学生书面表达能力；合理化的考核方式，保证考核的公平性，促进学生独立思考的能力。只有这样才能使学生从被动接受到主动吸收，从单纯地学习“有形知识”转向学习“无形知识”，提高学生的自主能力，为投身化工事业提供坚实的基础。

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