新工科下化工原理实验教学改革的研究

刘小风，曹晓燕，江慎华

(1.九江学院药学与生命科学学院，江西 九江 332000；2.九江学院化学化工学院，江西 九江 332000)

0 引言

从2010年6月卓越工程师教育培养计划在天津大学的召开，到2016年6月中国正式成为《华盛顿协议》的会员，再到2017年“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”的提出，2018年4月全球首个新工科教育中心在天津大学率先成立，新工科作为主动应对新科技革命和产业变革的战略行动，在教育部的大力推动下应运而生[1]。新工科是以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才的系统工程，体现了我国建设新时代工程教育强国的迫切性[2]。

化工原理实验作为化工原理的实践教学环节，是化工相关专业学生的必修实践课。与化学基础实验相比，化工原理实验的研究对象为实际工程问题，研究内容则为化工单元操作，通常，一个实验就是一个完整的单元操作，而化工生产过程就是由多个单元操作组成的[3]。因此，对于初接触工程问题的学生而言，通过化工原理实验，在解决复杂实际问题和工程问题的过程中，对提升学生的实验技能、科研素养以及工程能力等方面都起到了基础性的作用。

传统的化工原理实验往往是以教师为中心，随着新工科建设的深入，新技术和新产业的不断发展，必然要求高素质的工程教育人才。因此，为了顺应新工科发展的要求，化工原理实验进行必要的改革探索势在必行。

1 化工原理实验教学存在的问题

九江学院的化工专业始建于2004年，已有近二十年的专业发展历史，是我校首个省级一流专业。目前，化工原理实验课程主要面向化学化工学院、资源与环境工程学院及药学与生命科学学院等学院的学生开设，涉及化学工程与工艺、应用化学、环境工程、生物工程、制药工程等多个专业，是这些专业的主干课程。针对不同院系，不同专业，课程学时设置也有所不同，如：化学工程与工艺专业为48学时，涉及12个实验；应用化学、环境工程和制药工程专业为32学时，共8个实验；生物工程则为16学时，4个实验。课程覆盖面较广，基本能满足化工及其相关专业的化工原理实验教学需求，但也存在着一些问题。

(1)教学模式陈旧。传统的化工原理实验课程多采用“学生课前预习—教师课堂讲解—现场实验操作—学生课后撰写实验报告”单一的教学模式。在单一的教学模式下，教师为教学的中心，教师在教学中起主导作用，而学生往往处于被动学习状态，被动地接受知识内容。这种教学模式与以学生为中心的教学思想是不相符的，更不能适应新工科对工程人才培养的要求。

(2)学生安全意识淡薄。由于初次接触工程类实验课程，学生对化工实验室没有全面的安全知识，安全意识也比较薄弱。化工原理实验是工程类实践课程，因此，通常所涉及的设备比较庞大，流程比较复杂，管道交错，阀门多，经常会出现不按操作规范进行操作，而造成操作失误的情况发生；对一些高温高压设备认识不足，往往把这些设备当成普通设备对待，安全意识不足；对易燃、易爆、易腐蚀类的化学品的安全使用和操作规范认识不足等等，这些都会成为实验室安全事故的隐患。

(3)学生工程观念不足。工程性是化工原理实验区别于化学类实验的明显特征，通过化工原理实验，学生能了解工程实验中应用了哪些基础原理，这些基础原理是如何实现的，加深学生对化工原理理论知识的理解；掌握常用的工程实验方法和基本操作技能，提高学生分析、解决实际工程问题的能力。然而，由于各方面的原因，一些学生对实验课程不够重视，仅仅把实验课作为一项任务，常常出现预习照搬书本内容，上课心不在焉，操作则“依葫芦画瓢”，根据老师的演示进行模仿，甚至实出现实验报告抄袭等现象，学生工程观念不足，致使化工原理实验难以达到应有的课程教学要求。

(4)课程思政融入不够。化工原理实验是一门理论与实践联系非常紧密的课程，在锻炼学生具有工程实践能力、团队协作能力以及培养学生具有工科思维方式等方面都有非常重要的作用。由于工科课程的特殊性，很多人认为化工原理实验只需将化工原理专业知识教授给学生，思想政治教育应该是思政课的责任和义务，因此，化工原理实验与思想政治教育基本处于脱节状态，未能对当代大学生的“三观”起到应有的正确引导作用。

(5)考核标准不合理。与很多实验课程类似，传统的化工原理实验，其考核往往是依据实验报告的成绩进行评定的，是以结果为导向的考核标准。化工原理实验作为工程性很强的实践课程，所涉及的设备基本是大型的化工设备，受到场地、时间以及流程复杂性等因素的限制，通常需要多名学生共同来完成一个单元操作。在整个实验过程中，部分学生就会有偷懒、依赖的思想，操作别人操作，数据别人采集，甚至最后的实验报告都拷贝别人的，因此，最终提交的实验报告并不能全面反映学生的实际情况，考核标准不够客观，不利于学生综合素质的评价。

2 化工原理实验教学改革

在新工科背景下，对化工原理实验教学进行改革是非常有必要，笔者结合九江学院化工原理实验教学实际，从以下几个方面进行了改革探索，以促进化工原理实验课程的良性发展。

2.1 以学生为中心，改革教学模式

传统以教师为中心的化工原理实验教学模式，学生多是被动学习，自主性不够，教学质量不高，改革教学模式，以学生为中心，教师起引导作用，充分调动学生的学习兴趣和积极性，引导学生主动学习、主动思考，不断培养学生的创新意识。

(1)利用现代教育技术，丰富教学手段。随着新媒体时代的到来，现代教学技术不断更新换代，QQ、微信、手机、自媒体等逐渐进入人们的视野。充分利用这些新型教育技术，将其融入化工原理实验教学中，丰富了教学手段的同时，也为学生提供了多层次、多方位的学习平台，拓展了学习的宽度与维度。

(2)建设化工原理实验在线课程，拓展教学资源。在线课程已经成为高校教学活动中非常重要的教学手段。化工原理实验在线课程的内容主要包括实验目的和原理、装置设备的构造组成、操作流程、操作规范以及实验中需要注意的事项等，按照教学内容的要求，针对每个单元操作，录制相应的教学视频，通过微课及学习通等网络教学平台进行放送。为不同专业的学生，不同学习情况的学生，提供开放性、灵活性较强的线上教学平台。

(3)以竞赛为依托，以赛促学。鼓励学生积极参加课外竞赛活动，培养学生研究兴趣的同时，也培养其不断学习和创新的意识。九江学院将学生参加课外竞赛活动纳入学生课外实践考核范畴，每年都组织学生参加全国大学生制药工程设计竞赛、全国大学生化工设计竞赛、全国大学生化工实验大赛等各类化工制药方面的竞赛，为竞赛提供有力地支持与保障。近年来，学生在各类比赛中取得优异的成绩，其中，化工设计竞赛获得全国一等奖1项，二等奖8项，三等奖多项。学生在参加竞赛的过程中，加深了对化工原理实验内容的理解，锻炼了实验动手技能，加强了创新意识，提高学习的积极性与主动性，真正达到已竞答为依托，以赛促学的目的。

(4)通过在线讨论，检验教学效果。因受课时的限制，课堂教学往往不能包罗万象，通过课后的教学讨论，教师通过线上发布讨论议题，学生利用课余时间积极参加，即可检验学生课堂学习的效果，反哺课堂教学，也延伸了学习的深度，提高了教学的有效性。

2.2 加强安全教育，强化安全意识

实验室安全操作是化工原理实验能顺利开展的前提，是化工原理实验极为重要的一个环节，必须引起足够的重视[4]。学生加强安教育，强化安全意识，才能保证实验室安全操作，实验顺利开展。因此，为满足新工科建设的需要，应适当调整化工原理实验课程内容，将化工安全的相关内容纳入实验教学中，拓展学生的化工工程安全知识内容，引导学生进行安全操作，培养学生学会隐患预防、排除、应急处理事故的能力。如传热的单元操作中，冷空气和水蒸气在管道内进行热交换过程，热流体的管路及排气口温度都很高，稍不注意就可能引起烫伤等事故。从光滑管过渡到螺纹管，阀门的开放顺序比较复杂，顺序混乱了，则有可能引起异常情况、实验失败甚至引起事故等。在这一单元操作中，教师就可将安全知识教育融入在授课中，采用提问或者讨论的方式，在一问一答，不断讨论中，让学生了解该单元操作的操作顺序，安全注意事项等，培养学生的安全意识；实验室内，在显眼的位置配备了医疗小药箱和灭火器材，第一堂实验课前，授课老师先带学生了解实验室的整体布局，实验室安全通道的位置以及医疗、灭火器材的安放位置，为以后的安全实验打下基础；线上教学资源中，可设置安全知识内容板块，增加与工程实验安全相关的一些案例视频，让学生在看视频的过程中，提高对安全操作的重视，不断增强安全意识。

2.3 强化工程化观念，树立工科思维

培养学生建立工程意识，强化工程观念，树立工科思维，对于其毕业后顺利走上专业的工作岗位有着非常重要的作用。因此，在化工原理实验实践教学中，我们始终注意加强学生工程意识和工程思维的培养过程，从解决工程实际问题出发，进行针对性地授课。如在精馏综合实验教学过程中，有意识地设置漏液、液泛等操作障碍，让学生在实验过程中根据实验现象找出具体问题所在，引导学生对具体问题进行分析处理。在实践教学中，学生通过改变某个工艺流程或者调整某些工艺参数、调整某个仪表等，提高了工程意识，加深了对化工原理理论知识的理解，强化了工程化观念，树立了工科思维，从而不断提高学生分析和解决实际工程问题的能力和综合素质。

2.4 有机融入课程思政，产生协同效应

2016年12月，在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记指出“把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人”，同时还强调“其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[5]。”这就要求高校教师不断探索和实践，将课程思政教育工作贯穿于专业教学中，不仅向学生传授课程知识内容，而且还要求学生树立正确的人生观、价值观和世界观，育德于教，真正实现“三全育人”。对于化工原理实验课程而言，课程思政的主要任务是培养学生如何运用辩证唯物主义观点，采用科学的方法论去考察、分析和解决实际工程问题；培养学生树立工程化观念，具有工程价值观和伦理道德观。因此，在化工原理实验教学改革中，以实践教学为基石，注重培养学生具有社会主义核心价值观；以学生为中心，深挖课程思政元素，不断探索学生科学素养和创新意识的培养模式，使课程思政与专业教学有机融合，产生协同效应，为国家培养高素质的工程教育人才。

2.5 改革考核体系，完善评价标准

传统的化工原理实验，考核标准往往以结果考核为主，忽视了过程考核的重要性。随着新工科的发展，在培养高素质工程教育人才的要求下，化工原理实验考核体系也需进行改革，不断完善评价标准。因此，将过程考核纳入到考核范围内，从三个方面对学生进行考核：一是在线学习情况，其中包含学习的时长、视频观看的次数以及学习的效果等；二是线上讨论情况，包括讨论的次数、讨论的质量等；三是具体实验操作情况，包括操作过程中对流程的熟悉程度，操作的规范性，参数选取的合理性等。以套管换热器传热实验为例，具体的过程考核内容包括：课前线上+线下预习情况；课堂问答和讨论情况；实验操作情况；课后实验总结及线上讨论情况等。最终学生的成绩评定由过程考核和结果考核组成，过程考核和结果考核各占50%。通过改革考核体系，完善评价标准，激发学生的自主性学习，培养学生主动学习、主动思考的意识。任课教师也可在教学改革中不断发现问题，解决问题，以不断提高化工原理实验课程的教学质量。

3 结语

化工原理实验作为化工原理的实践教学环节，是化工相关专业学生的必修实践课。传统的化工原理实验教学存在教学模式陈旧、学生安全意识淡薄、学生工程观念不足、课程思政融入不够以及考核标准不合理等问题。新工科背景下，对化工原理实验课程进行教学改革，将传统以教师为中心的教学模式，转变为以学生为中心，教师起引导作用；将安全教育知识、工程化观念渗透到化工原理实验教学中；将课程思政与化工原理实验融合在一起；改革以往以结果考核为标准的评价体系，旨在培养具有专业知识硬、实践能力强、综合素质高的工程教育人才。