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化工原理实验教学改革
作者：宋建争 张永强 王丽琴
[关键词]化工原理实验，实验教学，教学质量。
[中图分类号]TQ02[文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2008)05-0448-03
《化工原理》课程是化学工程、应用化学、过程装备与控制、生物工程、环境工程、高分子等专业的技术基础课。化工原理课程的主要内容是以生产中物理加工过程为背景，按照其操作原理的共性归纳为若干“单元操作”，主要研究各单元操作的基本原理、典型设备的原则结构和工艺尺寸的设计计算以及选型。化工原理属于工程科学，用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。《化工原理实验》是配合化工原理课堂理论教学设置的实验课，运用课堂学过的化工基本理论，通过实验从实践中进一步学习、掌握和运用基本理论，分析实验过程中的各种现象和问题，培养学生实际动手操作实验设备的能力，分析、归纳、整理实验结果及撰写实验报告的能力，以及严肃认真、实事求是的工作作风。《化工原理实验》是培养学生工程设计能力、工程实践能力以及创新能力的重要教学环节，与理论课具有同等重要的教学地位。为了适应21世纪对复合型、创新型化工人才培养的需要，笔者对《化工原理实验》进行了一系列的改革与建设，取得了较好的的教学效果。
1引入仿真实验，注重学生综合能力培养
仿真是20世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。化工原理仿真实验是通过动态数学模型以实验原理、实验现象、实验步骤和实验数据为基础实时模拟实验过程，通过互动3D模型模拟工厂现场的真实操作，并产生和真实实验一样的操作结果。笔者采用的是北京东方仿真公司开发的化工原理仿真实验课件，主要内容包括：①离心泵性能曲线测定；②流量计的认识和校核；③流体阻力实验；④过滤实验；⑤传热实验（两个流程）；⑥精馏实验（两个流程）；⑦吸收实验（三个流程）；⑧干燥实验等共8个实验12个实验项目，这些实验都是最具代表性的化工原理实验，基本上包括了化工原理课程的主要内容。
每项实验内容包括：①实验指导：为动态网页格式，支持网络教学，是与实验讲义相关的内容，包括实验目的、实验原理、设备介绍、计算公式以及注意事项等内容；②实验操作：对虚拟装置进行仿真操作，操作界面直观、简洁、友好，使学生读取数据方便而不失真实，特别设计局部放大功能，需要读取数据的仪表、温度计等，都可以放大到最清晰的效果。在实验操作上，也采用相似的设计，感觉真实而又简单明了；③数据处理：对实验操作的结果，利用计算机自动计算、处理、曲线绘制并打印整理；④教学课件：与实验内容相关的教学课件，采用开放式设计，教师可以用自己制作的课件代替；⑤素材演示：相关教学内容的多媒体课件，包括与实验有关的录像资料，真实设备的照片等素材的演示，便于学生自学。
化工原理仿真实验以真实实验为基础，吸收和运用了先进的教学思想，将计算机引入化工原理实验教学过程中，将化工原理实验教学模式由一元引向多元。通过近几年在实际教学中应用化工原理仿真实验系统，丰富了实验内容，拓展了学生视野，提高了学生实验参与的兴趣与积极性，培养了学生实际运用计算机工作能力，增强了学生的操作能力和综合素质，有效提高了实验教学水平。
2增加设计研究型实验，培养学生独立解 决问题能力
在实验教学过程中，为了锻炼学生分析问题和解决问题的能力，笔者将化工原理实验由单纯的验证型转化为设计型、综合型实验，引导学生进行理论分析，结论分析。
原有的恒压过滤实验只能测定常温下的恒压过滤常数，实验内容单一，局限性大。笔者在充分调研的基础上，对实验设备进行了改进，在悬浮液搅拌槽内增加了加热装置和温度控制仪表，并对实验内容进行了调整，增加了温度对过滤速率的影响，由学生自己设计操作温度，对实验结果进行分析比较，并要求学生对过程的经济性做出评价。这一改进不仅锻炼了学生自主创新能力，也培养了学生工程经济观点，收到了很好的教学效果。
精馏实验在开设初期只有全回流一个实验项目，虽然配套有计算机数据采集系统，但实验内容仍显单薄，而精馏又是化学工业最重要的单元操作，其理论教学的重点和难点回流比的选择，在设计和生产中都具有重要的作用。为了使学生能够更好地理解回流比，笔者对实验装置进行了改进，增设了部分回流装置，不仅丰富了实验内容，而且通过测定不同回流比条件下温度、浓度沿塔分布规律，以及产品质量的分析比较，使学生掌握了调节回流比的重要性，同时认识到回流比的局限性以及对生产成本的影响。
为了培养学生工程观点，将实验操作单元融入到实际生产流程当中，笔者将化工工程仿真实习和工厂生产实习同化工原理实验的单元操作结合，延伸课程体系，让学生在实际化工产品的生产过程中更加深入地了解化工单元操作在化工生产中的作用，强化学生的工程意识。学生通过仿真实习和生产实习，熟悉整个生产工艺流程和生产原理，了解设备的主要性能和构造，了解主要工艺环节的操作指标制定依据及测试方法，运用所学理论知识，联系实际分析和理解生产工艺、关键操作及其原理，有助于培养学生的工程观点，提高学生独立分析解决问题的综合能力。
3改进实验内容，将绿色环保理念融入实 验教学
随着人们环保意识的提高，化工产业的环保问题越来越受到重视，现代化工过程强调用化学的技术和方法减少或杜绝那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等化学用品的使用和产生。为适应现代教学理念，将环保意识融入实验教学环节，在实验过程中避免或减少对环境产生污染。例如，在化工原理实验中原有的填料塔吸收实验是用水吸收氨，由于出塔尾气和塔底吸收液中均含有一定浓度的氨气，不仅对实验室环境造成较大危害，也对周边的教学环境有较大影响。因此，笔者通过调研论证，将塔底吸收液收集起来，并将塔顶尾气通入吸收液中，将吸收液作为校园花草树木的氮肥，既解决了环境污染问题，达到了绿色环保作用；又为学校节约了部分资金。学生通过这一实验，既提高了环保意识，又充分认识到了化工生产中循环经济的重要意义。
4利用现代化教学手段与教学方法，提高 学生学习兴趣
在实验教学中利用现代化教学手段扩大学生的知识面，自制了化工原理实验操作演示系统，包括全部操作实验的主要内容，由教师进行实际操作演示，配有实验操作的详细讲解，画面清晰，内容翔实。系统内容包括实验原理的讲授，实验装置、流程的讲授，实验操作步骤的讲授，以及实验数据测量，数据处理，实验报告撰写规范等的讲授，该操作演示系统现已嵌入到校园网上，方便学生随时观看学习。而且开设网上答疑，针对实验内容，及时解答学生提出的各种问题。
通过化工原理实验教学改革，丰富了化工原理实验教学内容，提高了教学质量。仿真实验及现代化教学手段的引入，提高了学生的学习兴趣，联系了工厂操作实际，促进了理论课及专业课程的学习；设计研究型实验的开设充分发挥学生的主动性，强化由书本到现场操作的探索过程，培养了学生的动手能力和创新意识；绿色环保概念的引入在学生的头脑中形成绿色化学的思维意识，从环境保护的角度来考虑实验设备、实验手段、实验方法等各方面因素；工程观点的培养强化了工程意识促进学生思维由理科思维转换为工科思维，培养学生的工程设计能力，提高了解决工程实际问题的能力，为将来毕业后从事实际工作打下良好的基础。
参考文献
1 周锡堂,郑秋霞,邹纲明.化工原理实验教学中的几个问题[J].化工高等教育,2007,95(3): 45-47.
2张朝霞,吴杰颖,黄毅萍,等.研究型教学方法在化工原理课程中的应用[J].阜阳师范学院学报（自然版）,2007,24(4):84-86.
3吴嘉.化工原理仿真实验[M].北京:化学工业出版社,2001.
4李金云.浅谈高校化工原理实验教学中的计算机辅助教学—仿真实验[J].潍坊学院学报,2002,2(2):103-104.