对化工原理实践教学改革的一些思考和初步尝试

1、目前化工原理实践教学存在的问题
20世纪初杜威的经验主义教学理论提出“一切学习来自于经验,学生要获得真知,必须通过实践活动来获取。”这充分地说明了实践活动在理论教学中的重要作用,尤其对我们工科类专业来说,实践在理论教学中的地位尤为重要。
化工原理课程是综合运用数学、物理和化学等基础知识,分析和解决化工类型生产中各种反应过程(或单元操作)问题的工程学科。该课程的主要任务是研究化工生产中各种单元过程的基本原理、典型的设备结构、性能与操作原理;研究单元过程及其典型设备的计算方法。其知识的传授主要在课堂理论教学中完成,而实践教学是对理论教学的一个很好的支撑,是非常重要的一个教学环节。
目前我校工科类专业的实践活动主要体现在两方面(不包括大四的实习和卓越工程培养),一个是工厂的见习实习,一个是实验室的实验。而对于化工原理这门课程来说,这两个方面的实践活动对于理论学习都有着明显的不足之处。工厂的见习实习主要是去工厂参观,学生们只能看到管路和设备的一些外在形状,而最关键的设备的内部结构和运行原理是观察不到的;化工原理实验对于化工原理课程的理论学习来说也存在着不足之处,对于大多数化工原理实验来说,学生们只需要通过调节阀门和做一些计算就可以完成,这类实验虽然也能为学生带来一定的实践训练,但也不能让学生了解设备的内部结构和运行原理,因为实验室的设备也是不能打开的,而且实验室设备与实际设备相差还是很大。
基于此,我们对化工原理实践活动教学进行了一些探索改革,希望可以提高学生学习这门课程的兴趣,也培养出更贴合企业需求的人才。
2、实践教学改革的主要内容
我们改革的主要内容是让化工设备走进教室或者实验室。针对目前学生学习兴趣下降和知识掌握不扎实的状况,我们认为有必要在化工原理课程的教学上加入更多的实践活动,以增强学生的学习兴趣和知识掌握程度,之前化工原理课程的教学在实践方面主要是见习实习和实验室实验,这虽然能给学生带来一定的实践训练,但从现实反应来看,此类实践活动并不能很好地辅助理论教学,不能充分地让学生认识化工设备及其运行原理。由此,我们提出让化工设备走进教室或者实验室,此类改革的实现将使老师的教和学生的学都更为直观,应该可以较大地提高学生学习这门课程的效果。具体实施如下:
(1)小型的化工设备,如离心泵,可以直接放置在教室或者实验室,一方面可以让学生进行拆装训练,另一方面老师可以对着拆开后的设备进行讲解,更能加深学生对设备内部结构和运行原理的认识。
(2)大型的化工设备,如精馏塔,可以将某些关键部件放置在教室或者实验室,如精馏塔的筛板,在此基础上辅助以一些小型的精馏塔模型,两者相结合起来应该能够让学生对这种大型的化工设备结构和运行原理有较全面的认识。
3、实践教学改革的意义
化工原理这门课程是从基础课到专业课或者说从理科思维转向工科思维的一门“桥梁”课程,通过这次改革,可以充分地调动起学生学习这门课程的兴趣,且可以让学生更形象、更深入地理解各个化工单元操作设备的运行原理。
对于企业来说,它需要的是能够快速熟练上岗的工人和能够为企业带来更多价值的人才。在学生对设备内部结构和运行原理有了足够的认识之后,他们毕业之后进入化工厂可以更快地熟练上岗工作,且能够在企业检修的时候很好地参与进去,为企业创造更多的价值。总的来说,本次改革应该能起到以下的作用和意义:
(1)帮助学生更好地掌握化工原理的核心内容,了解化工设备的内部结构及其运行原理。
(2)激发学生学习化工原理这门课程的兴趣,老师的讲解可以更简单深入、学生的理解可以更形象透彻。
(3)理论教学与产业结合更为紧密,化工原理课程通过这种方式教授的话,学生学习到的知识将与现实最为贴近,进入到化工厂实习或工作的话,可以大大减少岗前培训时间,甚至可以直接上岗操作。
4、实践教学改革的初步尝试
在现有条件不足的情况下,我们对此次改革只进行了初步的尝试,具体如下:离心泵等小型设备放置在实验室,在做化工原理实验的时候对相应的设备进行拆开讲解,对复杂和更为大型的设备通过仿真实验进行拆解训练并讲解原理。在讲解的过程中观察学生的现场反应,并在事后让学生进行效果反馈。从目前观察到的反应和收集到的学生反馈来看,学生的学习兴趣有一定的提高,对设备的结构和运行原理也有更深的认识。如在讲解离心泵的时候,改革后的拆解讲解过程中,现场教学效果与改革前相比有明显提高,而从之后的效果反馈(课堂提问和小测验)来看,学生对离心泵的运行原理和离心泵的“汽蚀现象”都比改革前要理解更深(我们选择拆解的离心泵上的叶轮有着明显的“汽蚀现象”的痕迹,可能是这个原因使得大家对“汽蚀现象”印象较为深刻)。
另外从期末考试成绩上来看,也有了较为明显的提升,在难度系数差不多的情况下,改革后的班级平均分大概比改革前提高了5分。
5、结语
我们下一步准备做的工作主要有两个:(1)在学生毕业后持续跟踪,对改革前的和改革后的学生进行比较,看改革后的学生有没有更符合企业的需求。(2)争取经费让改革能够更加深入,增加可拆解的实际设备或大型设备的一些模型,让学生可以更好地进行这种体验式教学,从而更加客观地评判此次改革的效果。
在本文中我们提出可以让化工设备走进教室或实验室的方法来对化工原理实践教学进行改革,这样可以更好地辅助化工原理理论课程的教学。在对这种改革的初步尝试中,从目前的反馈来看,改革对促进学生的学习兴趣有一定的效果,也能够在一定程度上加深学生对关键知识点的掌握,改革是否能将学生培养成更贴合企业需求的人才还需要进一步跟踪。