基于“问题导向”的化工基础实验教学改革
——以精馏实验为例

朱俊生 胡光洲 秦志宏

(中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116)

化工基础实验是化学工程与工艺、环境工程、应用化学及生物工程等专业的重要实践课程，对提高学生的工程实践能力和化工原理理论水平有重要的支撑作用[1]。目前，多数学校将化工基础实验和化工原理分别独立设课，体现了学校对化工基础实验课程的重视，然而这在一定程度上造成了化工原理理论和实验的脱节。不少学生做实验时只知道按照老师所讲，按部就班地开展实验，不愿动脑、对各个单元操作思考甚少，只知其然，不知其所以然[2-4]。

为解决学生“机械”地做实验、怕吃苦、怕动脑筋的问题，以精馏实验为例，提出以“问题导向”为出发点，分“三步走”开展化工基础实验教学改革，促进学生手脑并用，提高学生知识水平和工程实践能力。

1 实验课前——充分预习、边讲边问

预习是搞好精馏实验教学的重要环节，为了提高教学效果，实验前老师一般都要求学生进行预习，传统方法主要是看实验教材、写预习报告等[5]。诚然，这种做法能起到一定的作用，尤其是对学习积极主动的“好学生”有很大帮助。但对于不少学生，尤其是化工原理学得不太好的学生，由于实验教材内容较枯燥、抽象，加上这部分学生理论基础较薄弱，其预习往往流于形式，虽然也写了预习报告，但是相关知识储备寥寥，直接影响实验效果。为了促使所有学生都能真正搞好实验预习工作，我们从两方面进行改革。一方面，上课前除了基本的实验教材外，还给学生提供精馏实验动画、实验室录制的精馏实验视频和相关网站等，以提高资料的生动性和学生学习的积极性。另一方面，将学生的预习效果与其平时成绩直接挂钩，在进入实验室后、开始实验之前进行提问并根据回答情况打分，鞭策其认真预习。

精馏实验主要包括间歇和连续精馏两大部分，一般先做间歇精馏，再做连续精馏，原料采用乙醇-水二元体系。为了提高效率，学生进入实验室后，首先让学生观察板式塔和填料塔的结构，然后让学生打开再沸器或塔釜对原料进行加热，开始间歇精馏。由于预热时间较长，刚好可以利用来进行实验讲解。和传统的老师先讲解，然后学生按老师要求，按部就班地做实验不同，我们在讲解时采用边讲边问，并且记录成绩作为平时成绩的重要组成部分。常用问题有精馏开车时要进行什么操作？全回流的概念是什么？什么情况下精馏塔内操作达到稳定？对于间歇精馏的全回流实验，告诉学生要在随后的实验中利用阿贝折射仪测出塔顶乙醇摩尔分数xD、原料中乙醇摩尔分数xF，并近似按照泡点进料，计算精馏塔的最小回流比。至于如何算则不予讲解，要求每名同学结合理论知识认真思考。同时告诉学生接下来的实验是实际回流比的确定，而如果算不出最小回流比，就无法得到实际回流比，下一步的部分回流实验操作就无法进行，将耽误其实验进度和“吃饭时间”。因此讲完实验后，对这些概念仍不清楚的同学会积极思考和请教老师、同学。接着讲解间歇精馏部分回流实验，可以固定回流比，测随时间的延长，xD和xW的变化情况。同时提问学生理论上xD随时间的延长将会增大还是减小？对于随后进行的连续精馏实验，先讲解一下如何进料、需要测哪些摩尔分数等，同时提问学生工厂一般采用什么温度进料？如何计算某块塔板的单板效率，需要测哪些浓度？连续精馏的精馏线、q线、提馏线怎么画，理论板怎么图解等。通过边讲边问，促使学生不断思考、不断提高。

2 实验课中——随时检查、不时提问

实验课讲完后，学生进行分组实验，一般每组2～4名同学，为了减少“课后实验报告抄袭”、“课中混时间”、“坐等靠”等现象，实验过程中要求每名同学独立处理所有的实验数据。实验老师来回巡查，并且随时检查学生实验数据处理情况并进行提问和指导，尤其是针对开小差的同学，提问实验相关内容，使其不得不认真思考、认真处理实验数据。例如，间歇精馏全回流时，要求每名学生能说出最小回流比的概念并算出最小回流比；在间歇精馏部分回流第一组实验进行时，要求学生把全回流时的操作线、理论板数、板式塔的全塔效率、填料塔的等板高度计算出来。在间歇精馏部分回流第二组实验进行时，要求学生把部分回流第一组实验的操作线、理论板数、板式塔的全塔效率、填料塔的等板高度计算出来。对于不会或错误处理实验数据的同学及时进行教育、指正，督促其看书、思考、动手处理实验数据。

3 实验课后——全面提问、毫无遗漏

学生所有实验做完后，指导老师在其记录和处理的实验数据上签名后，学生方可离开实验室。要想拿到精馏实验老师的签名，必须接受老师的全面提问和考核，考核不通过需要重新思考、处理实验数据直至达到老师的要求才可得到签名。对于实验结束后的提问，我们做到了“全方位、无死角”，每名同学都要逐一接受检查和提问。例如有的同学塔效率计算错误，责令其退回修改，改正后方予以签字；有的同学数据处理都是正确的，我们就关闭所有资料，让其回答他的最小回流比是怎么算出来的，间歇精馏部分回流操作线是怎么画的？连续精馏操作线是怎么画的？如果学生认真做了实验并独立完成数据处理，就能轻松回答出来，获得签名；否则就会回答得磕磕巴巴，对该类学生则进行批评教育并责令其抓紧时间思考、不予签字；对于实验相关问题和数据处理都非常清楚的“好学生”，我们也因材施教提出一些更具启发性的问题，激发其进一步思考，例如乙醇-水二元体系常压精馏xF等于0.6，能想办法使得xD达到0.92吗？又如乙醇-水二元体系xF等于0.6，泡点进料，xD等于0.82时，最小回流比应该怎么计算？通过最后的全面检查，让普通学生掌握精馏实验的基本原理、实验操作和实验数据的处理及分析，让优秀学生在达到上述要求基础上，更进一步加深对实验的理解和理论知识的掌握，对学生因材施教、共同进步。

4 结语

通过化工基础实验“三步走”策略，我们一方面努力提高学生自主学习的积极性，另一方面靠“问题导向”督促学生在实验过程中不断思考、不断进步，使学生快速、高效地掌握实验内容，并不断提高动手能力、实验素养、工程思想和理论知识。这种基于“问题导向”、提高学生主观能动性的实验教学方法也可推广到其他化学化工相关的实验教学中，如化工专业实验、物理化学实验、无机化学实验等，笔者谨以此文抛砖引玉，以期共同进步。