２０１４年第１期（总第１３５期） 量窀李 素 化工原理研究型实验教学探讨 王 瑶，王 刚，张晓丽，匡国柱 （大连理工大学化工与环境生命学部，辽宁大连１１６０２３） ［摘要］研究型实验教学在大学生创新能力的培养过程中所起到的重要作用是毋庸置疑的。各高校结合 自身的教学环境和专业特点，不断探索研究型实验的教学模式，已成为高等教育研究中的热点。本文结 合化工原理研究型实验教学，对研究型实验教学中教师的引导作用、教学内容设置及教学组织形式进行 了探讨。 ［关键词］化工原理；研究型实验；创新人才培养 Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ—ｔｙｐｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｙａｏ，Ｗａｎｇ Ｇａｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉａｏｌｉ，Ｋｕａｎｇ Ｇｕｏｚｈｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔ０ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ—ｒｅｌａｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｒｅ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｃｏｎｃｅｒｎ ｉｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｇｕｉｄｉｎｇ ｒｏｌｅ ｏｆ ａ ｔｅａｃｈｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｒｅ ｄｉｓ— ｃｕｓｓｅｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｕｒ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｈｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｒｅｓｅａｒｃｈ—ｔｙｐｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｔａｌｅｎｔｓ 化学工程学科，同其他工程学科一样，除了生 产经验的总结之外，实验研究是学科建立和发展 的基础。因此，作为化学工程的基础——化工原 理实验不同于基础课实验，它具有较强的工程特 工原理实验在人才培养目标中的作用具有重要 意义。 一、化工原理研究型实验在创新型人才培养 中的优势 点，＿ｌ 是培养从事化工科学研究和工程技术人才 过程中一个重要的实践性教育环节。化工原理实 验不仅在培养学生的工程观点、提高学生工程能 化工原理实验是深入学习化工过程及设备原 理，将过程原理联系工程实际、掌握化工单元操作 研究方法的重要课程，是培养和训练化工技术人 力等方面发挥着重要作用，而且对提高学生综合 运用知识的能力，全面分析问题和解决问题的能 力具有重要意义。ｌ＿２ 因此，如何在新形势下发挥化 才分析解决工程实际问题能力的重要环节。为适 应２１世纪教学内容和课程体系的更新与发展，化 工原理实验的研究内容和教学模式也应与时俱 ［作者简介］王瑶（１９６５一），女，副教授，工学博士，化工原理实验室主任。 ６２ 化工原理研究型实验教学探讨 进，在传统的验证型实验基础上，增加研究型教学 实验，即注重实验教学中的研究性，以满足教学中 对学生能力培养的要求，尤其是“创新”能力的要 求。目前，我校的创新型人才培养模式主要是依 托教师的科研，大学生根据自己的兴趣，选择参与 到教师的科研项目中。与这种培养模式相比，化 工原理研究型实验在创新型人才培养过程中具有 其优势。 （一）研究型实验教学在内容安排上，更具设 计性 目前，研究型实验教学在对实验内容的选择 上既要注重实验教学中的研究性，又要关注学生 的兴趣和发展需求，要充分体现出以学生为主体 的教学思路。实验教学应符合学生的认知规律和 实际水平，学生的学习不仅要有接受式的学习，同 时也要有探究式的学习。若研究内容来源于教师 的科研，则通常实验的内容和研究方法需要服从 教师科研工作，学生更多的是参与科研过程。而 化工原理研究型实验教学则不同，因为是单纯的 教学实验，所以教学内容上的选择可以更加灵活。 研究内容可以是化工原理基础实验的扩展或提 升，也可以适当超出化工原理书本范围，但也应该 是学生就其现有知识通过一段时间学习能够掌握 和理解的。研究的着眼点可以由教师提出，也可 以由学生设想，但过程要有可操作性。如，我们在 研究型实验设置了反应精馏实验装置和微混合器 与微换热器构成的微单元操作系统。因为学生在 化工原理学习过程中已经掌握了精馏操作基本原 理，在普通精馏操作的基础上加上反应过程，可以 研究反应和精馏同时进行的过程。而微混合器和 微换热器的实验研究则是在学生已掌握了工业规 模混合器和换热器的基本规律和计算基础上的提 高。学生可以利用这些实验装置设计他们自己感 兴趣的实验内容，而不必拘泥于教师科研工作研 究内容的。 （二）研究型实验教学在组织形式上，更加 灵活 研究型实验教学强调的不仅是结果，更注重 探究过程，即学生在探究学习过程中思考、提 出假设、验证假设、获得结论的研究创新能力。［３］ 由于学生的能力不同，个人兴趣与要求不同，他们 花在研究型实验中的时间也不同。为此，我们可 采用不同的教学形式，大的项目如国内诸高校正 在开展的大学生创新实验活动，研究型实验教学 就可以为其提供平台。对那些学有余力，且有热 情参与创新实验活动的学生，可根据其投入时间 的长短，设计研究内容。对于不能投入时间更多 的学生，也可以几个同学组成一个小组，分工协 作，完成一个实验内容相对完整的研究项目。个 别学生也可以只设计完成一次实验，教师根据学 生投入时间和完成内容的不同对他们的实验进行 评价。以我校化工原理实验室的微混合器实验装 置为例，参加创新研究项目的学生，其实验研究的 内容为微型混合器混合性能测试，考查过程操作 参数对混合性能的影响。同时，测定同样条件下 普通搅拌釜式反应器的混合性能，与微混合器混 合效果进行比较。而那些投入研究时间４～５周 左右的学生，实验内容可为一个过程参数，如流量 对微混合器混合性能的影响。时间更有限的学 生，可只安排一次混合性能测定实验。实验教学 组织形式上的灵活性，满足了不同层次学生参与 研究型实验的要求，有利于培养学生学习的积极 性、主动性，提高学生分析问题、解决问题与 创新的能力。需要说明的是，研究型实验教学以 培养学生的分析问题能力、创新精神和创造能力 为目标，仅用课堂教学和实验室的实验是不可能 完成这一任务的，因此需要学生将课内与课外时 间结合起来完成研究型实验。在课堂上，主要是 教师讲授基本理论、提出问题，分析学生对问题的 解答，在此基础上，提出新的问题。将学生查阅文 献、寻找课堂问题答案和分析处理实验数据的任 务放在课外。 二、化工原理研究型实验教学模式 研究型实验教学是以学生发展为本的教学模 式，它以学生为主体，实行“边学习、边研究、边实 践”的教育过程，培养学生的实践、研究与认知能 力，强调创新意识和创造能力的提高，能更有效地 促进学生综合素质的全面发展。研究型实验教学 从选择课题、设计方案、开发利用资源到探索研究 结论都赋予学生极大的主导权，充分体现出学生 的自主性，为学生最大限度地发展创新思维和实 践能力提供了空间。但是，学生由于自身专业水 平的，完全强调研究型实验教学中学生的主 导作用也是不现实的。由此可见，研究型实验教 学不仅给教师实验内容的安排、教学组织增加了 难度，而且也对教师的教学方法和教学手段提出 化工原理研究型实验教学探讨 ６３ 了更高的要求。 （一）以学生发展为本的教学模式，重视教师 在过程中的引导作用 学生对所学知识、技能掌握的如何，在很大 程度上取决于是否有浓厚的学习兴趣和强烈的 求知欲。通常，兴趣和求知欲不会随课程的开 设而与之俱来，它需要在教师的激发下产生，需 要学生对该事物认识的加深而增强。因此，教 师必须掌握有效地激发学生学习兴趣和求知欲 的能力，促使学生的学习从有兴趣开始，转化为 自觉的意志行动并贯彻始终。从这个意义上来 说，营造一种环境和氛围，去激发学生自主研究 的愿望尤为重要。而如何激发学生自主研究的 愿望，并将这种愿望持续下去，是教师在研究型 实验教学中起到的最重要的作用。在微混合器 实验教学中，为激发学生的求知欲和学习热情， 首先，我们向学生介绍微型设备在强化传热、传 质方面的优势，并用图片展示其在科学研究、生 产应用方面的实例。如将微通道混合器合成的 产品与普通釜式搅拌反应器得到的产品进行对 比，激起学生的好奇心和探索欲望。其次，根据 学生已有的流体流动的基本知识，教师分析在 微通道里和常规管道里流体流动类型的差异， 介绍不同流动类型时传热、传质机理的不同，将 他们学到的知识与新知识联系起来，让学生有 信心完成相关的研究工作。 创新型实验教学实际上是一个教师由扶到放 的过程，教师应根据学生的实际水平及接受程 度，向学生提出问题、引导学生对问题进行探究， 让学生有目的地通过阅读少量的文献或参考书就 能得到答案。教师不仅要向学生提出问题，还要 善于倾听学生的回答和问题，在对他们的肯定中， 使学生增加自信心，保持研究的热情。随着教师 所提问题的深入，学生一步一步被引上研究的轨 道。我们采用的方法是：根据学生已有的基本知 识，提出他们通过查阅文献和分析能够回答的问 题。诸如：微通道混合器的概念是什么？与常规 混合过程相比，这种 昆合器具有什么样的特点？ 混合性能测定方法有哪些？根据实验室现有的条 件，选用哪种测定方法比较合适？哪些参数会影 响到混合器的混合性能？怎么考察这些参数的影 响？等等。这种提出问题、解答问题的过程在学 生刚刚开始的研究型实验中尤其重要。因为学生 在刚开始接触研究型实验时，理论知识相对不足， 不知道如何着手，面对大量的文献很容易感到茫 然。因此，恰当的问题会使他们的文献阅读目的 性更强，能针对具体的问题寻找答案，做到有的放 矢。在下一次的讨论中，教师对学生的解答进行 分析，肯定正确的，同时指出他们还有哪些问题考 虑不周或没有考虑到，在这个过程中注意给他们 鼓励，引导他们进行更深入地思考。这个过程将 教师从单纯的知识传授者变为学生学习的引导 者，引导学生思考问题，从而加强学生的 思维和操作能力。 （二）重视基本实验技能培养，强化创新实验 能力培养 实验能力包括基础实验能力和创造性实验 能力，前者是指基本实验操作能力，后者是在前 者的基础上，在实践经验中建立起来的科技创 新和开发的一种能力。没有扎实的基础实验能 力，不可能发掘出创造性实验能力，故创新能 力是在基础实验能力上的创造性实验能力。因 此，强化研究型实验教学的同时，不能忽视基本 实验技能的培养，如流量、温度的测定采用什么 仪表，仪表的安装要注意哪些问题，仪表的校正 问题等。又如采用紫外分光光度计测量混合物 浓度时，如何获得标准曲线，仪器使用应该注意 哪些问题。同时，教师要和学生一起对得到的 实验数据进行分析，讨论这些数据说明哪些问 题，可得出什么样的结论，要得出这样的结论还 需要设计什么样的实验来支持、验证等。讨论 的过程可以培养学生分析判断、逻辑推理、根据 实验结果得出实验结论的能力等。在这些基本 实验技能的基础上，学生才有能力就一个科学 问题，自主思考，分析，设计出合理的实验 方案，进而培养出创新能力。 三、结语 大学生参与教师的科研工作是创新人才培养 一种积极有益的模式，但尚不能满足更多的大学 生参与创新实验项目的要求。化工原理实验室作 为本科生实验教学的基地，在培养学生的工程观 点、提高学生工程能力方面发挥着重要作用。如 何发挥教学实验室在培养创新人才方面的作用， 为研究型实验提供更为广阔的平台，在当前的教 育形式下具有重要意义。 （文字编辑：吴文水） （下转第５３页） 灵活运用多种教学方法，优化化工热力学教学效果 ５３ 也可以在课程网站上在线提交，培养学生自我学 习的能力。 题讨论，变“单一的课堂讲授”为“多形式的互动交 流”。例如：从热力学分析的角度针对催化裂化单 元讨论节能减排的可行性方案，指出各装置能量 浪费和降级的主要症结所在，提出改进的技术路 线。如何提高能源利用的效率，这一看似简单的 （二）重视实验教学环节，鼓励计算过程软 件化 实验教学对于课堂理论教学的补充和丰富是 必要而有效的，两者的有机结合是化工类专业传 统的教学模式。比如气体ＰＶＴ关系的测定、气 相色谱法测定无限稀释活度系数、二元体系气液 平衡数据的测定等典型热力学过程的实验课程， 学生在整理实验数据的过程中促进了对课堂教学 中相关知识体系的理解，对公式中各种参数的来 源和使用范围有了深刻的认识，是一次全面的综 合应用训练。 由于化工热力学是化学工程学科的基础，涉 论题，却包含了化工热力学中关于能量利用的重 要概念和分析方法。 另外，还可以由学生结合所学内容选择自己 感兴趣的热力学知识完成小组问的汇报交流。这 种以学生为主体、以教师为主导的探索型教学模 式增强了学生的自主学习能力。学生利用图书馆 及网络资源查找与所选专题相关的文献资料，教 师的作用是指导学生对其进行筛选、分析和整理。 学生变成了“主讲”，这种角色的转变明显增强了 学生的兴趣。 四、结束语 及的计算问题大多较为复杂且计算工作量大，待 解变量之间的关系往往是非线性的或者是不能用 显函数形式表达的，致使手工计算的过程较为费 时。目前，学生具有一定的计算机应用及编程能 力，教师应该引导学生在工程计算中有效利用计 算机作为辅助工具；对于计算机水平不同的学生 培养合格的“化学工程师”一直是化学工程与 工艺专业办学方向的一面旗帜，而化工热力学是 培养方案中较为重要的一门必修课程，起到了从 基础课过渡到专业课的桥梁与纽带作用。在近几 年对课程教学改革的过程中，我们取得了一定的 经验，基本实现了教学观念和教学模式的转型，注 群体，也可采用差异化教学手段，分层次地完成难 易程度不同的选题。比如较为容易的ＰＶＴ状态 方程和热力学性质的计算仅仅用Ｅｘｃｅｌ即可完 重教学内容的整合，灵活运用多种教学方法提高 教学效率，激发学生思考和创新意识。同时， 强调基础理论与工程实际的紧密结合，使学生打 成，在二元体系气液平衡数据测定的实验中，处理 数据的过程完全可以运用编程工具制作简单的软 件，对相平衡问题进行计算，进行热力学一致性检 好牢固的专业基础。希望通过这些教学模式的改 革与尝试，不断提高师资素质，能将化工热力学课 程讲出精品的底蕴和水平。 （文字编辑：吴文水） 参考文献： 验，判别实验数据的准确性。鉴于目前化学工程 计算领域皆建立在大型化工计算软件的基础之 上，还可以介绍化工热力学在Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ等知名 化工设计软件中的应用，与后续的化工设计、化工 模拟等课程接轨。 （三）开展专题讨论，增强工程意识的培养 课堂教学仅仅是教会了学习化工热力学的方 法，培养学生如何运用所学基本理论解决化工生 Ｅｌｉ冯新，陆小华．以学生为本的化工热力学课程教学改 革ＥＪ］．化工高等教育，２００６，（４）：３ｏ一３４． Ｅ２３常贺英，马沛生．论化工热力学在化工类课程体系中 的核心作用ＥＪ］．化工高等教育，２００５，（４）：２８—３０． Ｅ３３夏淑倩，马沛生，陈明鸣，常贺英．让应用实例使《化工 热力学》教学更加生动＿Ｊ］．化学工业与工程，２００５，（２２）： ９８—９９． 产和设计中实际问题的能力才是最终教学目的。 有意识地增强学生工程意识的培养，是实现热力 学教学活学活用的关键，也是毕业生能够学以致 用的基础。在这样的指导思想下，可适当开展专 （上接第６３页） 参考文献： ［４］田永淑，王胜春．以“应用”为中心的化工热力学课程 体系的改革与实践ＥＪ］．化工高等教育，２００７，（１）：１７ １８． Ｅ２３李徽，施小芳，林述英．关于化工原理实验教学方法、内 容改革的若干实践［Ｊ］．化工高等教育，２００６，（６）：６０—６２． ［３］王叶，马国宏，闰晓娜．研究性实验教学探索ＥＪ］．上海 大学，２００９，４（２８）：１０１ １０３． ［１］谢佑国，张秋香．关于工程研究型实验教学的思考与 探索［Ｊ］．实验室研究与探索，２ｏ１２，（１Ｏ）：１３０—１３３．
