基于化工实验大赛的化工原理课程教学改革的启示

张志　高雪梅　魏佳旭

对以培养应用型人才为主的高校来说，培养学生的核心能力尤为关键。化工原理是理工科一门非常重要的基础课程，它不仅具有理论性的特征，还需要大量的实验作为支撑。化工实验大赛以化工原理课程为基础开展，该比赛分为理论考试、仿真操作和实操项目三个环节，要求学生不仅要具备扎实的理论知识，还要具备仿真实验操作能力、实操动手能力和对实验报告的数据处理能力等。笔者针对自己所在学院（吉林农业科技学院）化工原理课程教学中存在的问题和不足，以化工实验大赛为契机，借鉴比赛的先进模式对课程进行改革，最终形成以学生为主体，培养学生团队沟通能力、实践动手能力和数据处理能力的教学改革方案，以期达到理想的改革效果。

一、当前化工原理课程教学存在的问题

（一）学生学习自主性不强

一直以来，笔者所在学院的化工原理课程采用“课堂教学+实验教学”的模式，理论学习内容大多为操作原理、公式推导、公式的应用计算等，要求学生具备一定的逻辑推理能力和计算能力。这些学习内容深奥，导致学生学习兴趣不高，学习自主性不强。在实验教学中，学生为了完成实验而实验，缺乏学习的主动性和积极性。

（二）实验设备数量不足

吉林农业科技学院作为一所地方性农业院校的本科学院，工科基础薄弱。因为化工类实验设备成本投资较高、维修复杂，所以学院资金投入较少，设备数量不足。在化工原理课程实验中，教师通常开设多组实验项目，每组安排多名学生一起进行实验，导致部分学生能动性不足，实验教学效果不佳。

（三）学生实验操作不规范

由于实验基础条件不完善，每组学生人数较多，实验全过程由部分组员完成，其他组员则以旁观者身份观摩整个实验，没有参与实验，导致实验教学流于形式。另外，部分实验室设备较为复杂，很多学生在实验操作时或畏手畏脚，或全程观摩，参与度不高。

（四）教师考核方法不科学

化工原理课程传统的考核方法主要是期末考试和实验测试。对部分学生来说，他们觉得期末考试压力很大，考前“临阵磨枪”，只期望过及格线，考完就基本忘记了所学知识。另外，实验考核主要是根据出勤情况、课堂表现、实验报告进行综合评判。部分学生在撰写实验报告时只会照搬照抄，不知道如何处理测定的数据，不会应用Excel、Origin等软件。

二、化工原理课程教学改革的举措

（一）以技能大赛促进一体化教学改革

化工实验大赛分为理论考试、仿真操作和实操项目三个环节。其中理论考试内容全面，基本涵盖化工原理课程的主要内容，而且考核内容具有一定的难度。仿真操作包括化工实践生产操作和安全考核，需要3人一组，分为组长、内操、外操，通过团队配合才能完成。实操项目包括实验操作和实验报告的处理，实验操作为3人一组，通过相互配合才能完成，实验报告则需要进行数据处理。基于化工实验大赛各个环节，教师要设计理论、虚拟仿真、实操技能的“理+虚+技”一体化教学方案，培养学生的团队沟通能力、实践动手能力和数据处理能力。

（二）以项目化标准设计课程内容

教师应结合化工原理课程“三傳一反”中的动量传递、热量传递和质量传递等知识设计项目化课程内容，开展流体、传热、吸收、精馏、干燥五个单元的项目化教学活动。仿真操作以化工生产中的吸收和精馏操作为主，有需要团队完成的化工生产过程内容，有需要单独操作的仿真内容。实验操作以流体流动、传热、吸收和精馏为主，考查学生实验完成情况和实验报告的书写情况。实验要求团队配合完成实验前准备、实验开机、数据采集和实验结束停机等环节，同时遵循安全意识、团队意识和操作规范三个方面的要求。

（三）以核心技能制定评分考核标准

教师要以化工大赛各个环节的要求为标准，按照理论考核成绩、虚拟仿真成绩（安全考核）、实验操作成绩（实验报告）等内容制定评分考核标准。其中理论考试以5次小考为主，每章节学完后组织学生进行闭卷测试，题型以选择题、填空题、简答题和计算题为主。仿真操作由系统打分，学生要在规定的时间内完成化工生产、单元操作仿真和安全测试。实验操作是通过现场操作考核的，学生要在4个实验项目中随机抽取1个，以实验操作的规范性、安全性和团队配合情况为主要考核点，实验报告要包括原始数据、数据处理、图形处理、数据分析和结果分析等内容。在学生化工原理课程考试成绩中，综合理论考试平均成绩占50%，仿真成绩占10%，团队协作成绩占10%，实验操作（实验报告）成绩占30%。

三、化工原理课程教学改革结果

笔者以自己所在学院制药工程专业化工原理课程教学为样本展开研究，进行平行班分组实验，结合调查问卷和期末成绩来对比改革方案（项目化理论教学+虚拟仿真+实操）和传统教学方式（理论+实践）的效果。

（一）课程改革调查问卷结果

在课程改革过程中，笔者通过发放调查问卷的方式了解课程教学情况和学生学习情况，找到学生学习的问题所在。笔者向改革班级的学生发放了30份调查问卷，回收了28份，问卷有效回收率为93.33%。其中对于“哪部分知识较难”这一问题，有34.80%的学生选择了“逻辑部分”，34.80%的学生选择了“计算部分”，21.70%的学生选择了“原理部分”，8.70%的学生选择了“公式部分”。由此可知，学生在学习计算题、公式、逻辑、推导等知识点方面有一定的困难。在今后的教学过程中，笔者会更加重视课堂计算练习，布置课后习题作业，并在课程教学中设置5次小考，每章结束后跟进测试。

对于“哪种学习方式较好”这一问题，30.24%的学生选择了“课堂讨论”，25.12%的学生选择了“课堂习题”，15.42%的学生选择了“单元测试”，15.32%的学生选择了“教学总结”，8.20%的学生选择了“线上自学”，5.70%的学生选择了“课前提问”。由此可知，学生比较喜欢课堂讨论和课堂习题的学习方式，这说明学生想当堂解决问题，对不懂的问题有求知欲。而对于线上自学或课前提问等学习方式，他们的兴趣较低。在今后的教学中，笔者会重视培养学生的自学能力，争取每堂课与学生互动，帮助学生复习、巩固所学知识点。

对于“你对教师改革的效果是否满意”这一问题，有91.30%的学生选择了“很满意”，有8.70%的学生选择了“比较满意”，没有学生选择“不满意”。由此可知，学生对教师的教学改革是比较满意的，整体教学改革氛围较好，学生没有产生反感情绪。

（二）实践考核成绩结果

通过分析、对比改革班级2020级制药工程（1）班和传统班级2020级制药工程（2）班实践成绩（表1、表2），来探索教学改革成效。由表1、表2可以看出，改革班级成绩构成项目较多，包括考核成绩、仿真操作成绩、团队协作成绩和实验操作成绩。而传统班级的成绩构成项目相对比较简单，仅仅包括考核成绩和实验操作成绩。改革班级增加了仿真操作，同时在实验操作中增加了团队协作的考核内容，有助于培养学生的团队协作能力，使学生更了解实验操作过程及注意事项，提高动手能力。

（三）考試成绩结果

通过对比2020级制药工程（1）班化工原理期末成绩和2020级制药工程（2）班化工原理期末成绩（表3、表4），以最终校内课程考核成绩为例说明改革效果。由表3、表4可知，笔者对2020级制药工程（1）、（2）班进行平行班级授课，期末采用相同方式进行考核。2020级制药工程（1）班学生共29人，采用改革方式授课，教学效果较好，平均分为78.01分，全员及格。2020级制药工程（2）班学生共37人，采用传统教学方式授课，平均成绩为69.06分，不及格人数为5人。从教学效果成绩看，课程教学改革效果明显。

四、化工原理教学改革展望

化工原理课程改革促进了课堂教学方式由以教师为中心向以学生为中心的转变，它以学科竞赛为基础，以项目化教学方式把常规理论教学内容具体化，提高针对性，使学生的学习目的性更强；以虚拟仿真的实践创新结合传统实践教学，使学生的代入感更强，产生更加深刻的体会；以实操技能考核锻炼学生的团队协作能力、实践动手能力和数据处理能力。虽然这种改革方式取得了一定的成绩，但在实际操作中也遇到了一定的问题，比如教学投入较大，理论课程增加了大量的测试与练习，加大了教师的教学负担等。未来，笔者将继续加强课赛融合，以赛代考，持续改进教学创新模式，深耕教学理念和内容，进一步完善教学创新模式，以期在教学改革方面有所突破。

（作者单位：吉林农业科技学院生物与制药工程学院）