化工学科实践性很强,具有较大的外延性与较强的渗透性,化工产品、过程研究与开发需要极强的实践性与群体协作性。这就要求化工类人才的培养具有不同于其它学科的特点,即基础厚、专业宽、能力强、素质高。因而需要在能力和素质的培养上采取更加有效的方法和手段。实践是培养学生创新能力的土壤,是树立实践观念、启迪创新思维、提高综合素质的重要教学环节,也是教学改革的重点和难点之一。近年来,我们根据近代化工学科发展的趋势和人才培养的需要,对化工原理课程的实验、实习和课程设计等实践性教学作整体优化设计,革新教学内容和实施方法,使实践教学从模式、内容和方式上进行了创新和实践,取得了丰硕的成果,有效地促进了学生综合素质的提高。
首先把化工原理课程实验分为三个层次:
第一层次是基本实验,即教学大纲所要求的实验项目,每位同学必须做。在该类实验中,为克服学生按实验指导书“照方抓药”,而忽视对实验现象的观察与分析,在实验中我们有意识设置出“典型错误”。 开发出了“流体流动阻力测定有误实验”和“连续精馏塔操作有误实验”两个典型错误实验。
例如,在“流体流动阻力测定”实验中分别设置三相电源相序接错使离心泵反转、管路系统排气不彻底和管路流程设计错误等。“有误”实验极大地调动了学生的积极性,提高了实验教学效果。实验改革成果 “探索化工实验教学培养学生创新意识”、“化工实验教学尝试”等在实验技术与管理等刊物发表,其中“探索化工实验教学 培养学生创新意识”论文在江苏省高校实验室研究会第四次代表大会特邀报告。
第二层次为开放型实验,补充基本实验中未体现而在工业中应用广泛的单元操作,提高了综合性、设计性实验的比例。由于时间弹性,随时预约,随时安排,受到了学生的欢迎。开放型实验我们同样结合理论教学中出现的典型错误来开设,提高了学生的分析和理解能力。
例如理论教学中在先恒速后恒压这种组合方式的过滤计算时,尽管课堂针对恒压过滤、恒速过滤与组合过滤分别进行了讨论,并推导出所得滤液量计算方程,但每届学生作业中仍经常出现错误,将先恒速后恒压所获得滤液量的计算分解成θ1时间的纯恒速获得的滤液量与θ2时间的纯恒压获得的滤液量之和。因此在教学中,将这道作业题设计成一道实验题,通过定性分析—定量计算—实验仿真—现场实验验证,效果很好,学生都有一种恍然大悟的感觉。相相关改革成果在“首届大学化学化工基础课论坛报告”论文集发表与交流。
第三层次是提高型、研究型实验,供那些对化工实验感兴趣、学习较优秀的学生选做。开设提高型、研究型实验,使学生成为实验的主导,提高了学生创新能力和综合素质。例如我们结合科研课题设计出“喷射鼓泡反应吸收多功能实验”,学生可根据所学知识进行实验设计与准备,通过设计在该实验装置上可同时进行流体流动阻力测定、离心泵特性测定、风机性能测定、反应器停留时间分布测定、气液传质速率和吸收速率测定、液位自动调节和pH 自动调节、电动调节阀流量特性等实验项目。
喷射鼓泡反应器是一种新型的反应装置,并且在化工和环境工程领域的一些前沿研究中有广泛的应用,把它应用到实验教学中,促使学生实验前认真钻研,强化了自学能力和动手能力,启发了学生的创造思维,潜移默化中培养了学生的创新能力和初步的科研能力,更重要的是增强了学生勤于思考的创新精神。
该装置是项目组教师集体创造的产物,由于涉及的内容多,促使指导教师不断地根据不同学生的特点优化实验内容,教师的实验指导工作已不是简单的重复,学生的实验结果未必在预计之中。针对学生不同设计方案的可行性,教师应具有基本的判断、评价、启发、解释等指导素质,这种较高的素质要求使实验指导教师尤其是缺乏经验的年轻教师得到了锻炼,不仅增强了分析和解决问题的能力,更重要的是培养了实事求是的科学作风和严谨的治学态度。因此,通过该实验装置的做作,培养和造就了一支高水平的实验教师队伍。多功能反应器喷射鼓泡反应器获江苏省高校自制仪器叁等奖,利用该反应器开展的柴油机废气机外湿法净化技术2002年获江苏省科技进步三等奖。基于相关改革成果,发表了“面向21世纪化工基础实验教学的改革与探索”等实验教学研究论文。
通过该实验的研制我们体会到多功能实验装置,不仅能面向学生开出专业实验和专业基础实验,还能借此开展科学研究,实现了教学、科研相互促进的良性循环,达到一箭双雕的目的。
另外,结合教师的科研课题,在化工原理授课阶段就在化学工程与工艺专业班遴选优秀生列为培优生,从设计性、综合性单元操作开始,培养学生独立从事科学研究的能力,这部分学生多数成为了本硕连读生。几年的教学实践表明,提高型实验对学生的动手能力、创新能力和解决问题能力的培养非常有帮助。
其次,化工原理课程另一个重要的实践性环节是化工原理认识实习。在化工原理课程实习的组织实施中,通过建立校外实习基地,编写了实习指导教材、研制实习 CAI课件,来强化学生实习效果。
例如针对实习基地的合成氨生产过程,研制出其工艺仿真系统。一方面用于教师的课堂教学,形象直观地为学生展示整个合成氨工艺,使学生在下厂实习前对实习工厂的概貌、工艺过程、动态生产过程及设备外形、工作原理和主要结构有一个全面、清晰、真实的认识;另一方面,学生可以借助该软件,通过计算机键盘或鼠标模仿工厂操作,如开关阀门,开泵或停泵、风机等输送机械,对生产过程进行模拟操作,形象逼真地了解生产过程和设备内部结构,使学生对化工生产过程有一个身临其境的认识,从而大大提高实习效果,受到学生和厂方的高度评价。同时,该系统也被工厂用于培训技术工人,可以达到事半功倍的效果。化工认识实习教材使用了14届学生,化工实习CAI系统,使用了10届学生,受到师生普遍欢迎,收到了很好效果。基于相关教学经验和成果发表了“加强实践教学环节,重视化工原理认识实习”、“以化工原理课程实习为契机,培养学生安全环保意识”等实习教学研究论文。
课程设计也是学生理论联系实际的重要实践性教学环节之一,如何使学生将已学过的知识与生产实际联系起来,达到融汇贯通、学有所用。我们通过多年指导化工课程设计的实践,认为重点应放在学生实际工作能力的培养上。
首先,设计题目要有明确的化工工业背景,这样理论联系实际才能有的放矢,才能更好地调动学生的积极性,增强责任感、事业心、才能更加有利于实际能力的培养。最近几年来,我们对设计题目进行了大调整,所有设计题目和工业生产或科学研究挂上钩。当然,从生产、科研中选题的时候,既要考虑典型性问题,也要考虑适合教学的特点,我们现在的设计题目在这两方面逐渐达到了统一。例如,炼钢厂窑炉中排放的CO2的吸收;南化公司氮肥厂稀氨水回收利用解析塔的优化设计;10吨燃煤锅炉排放烟气中SO2的吸收塔设计等。
其次,要真正做到理论联系实际,必须要接触实际,深入实际,了解实际。为此,我们在课程设计中安排1-2次现场参观学习的环节。到设计题目的生产或科研现场进行参观调研。让学生带着问题下厂,目标明确,任务清楚,时间虽然短,但效果很好。通过现场调查学习可以获取许多实际知识,在一定程度上可以弥补学生工程经验的不足,从而提高学生的实际工作能力和专业技能。
另外,在化工课程设计中,往往会遇到某些关键参数的选择。这些参数的大小,会影响企业的经济效益,如精馏塔和填料塔中气速的选择;输送管道直径的选择;精馏塔回流比选择等。过去往往采用取经验值来解决。随着计算机应用的普及,近几年来,我们要求学生充分发挥计算机的作用,对这些参数,都要求用计算机进行经济核算,求取最优参数。在化工课程设计中引入计算机和经济核算的内容,一方面提高了学生的计算机应用能力、课程设计的教学质量,同时也牢固树立起技术与经济不可分割的设计思想。在计算机辅助设计课程中增加了AutoCAD内容,目前课程设计一半以上同学采用AutoCAD标准制图,根据毕业生跟踪反馈发现这项基础训练受到了用人单位的普遍欢迎。
对于设计内容量较大的题目,我们针对学生不同的层次进行分组,大家合理分工、密切配合,往往每个人的设计结果互为条件,虽然设计过程中也有阻力和抱怨,大家都意识到自己这部分工作对全局的重要性,培养了学生团结协作的能力。 为提高学生积极性,对考核方式进行了改革。学生的成绩主要由设计 图纸和说明书的质量,阶段性检查,过程考核,最后答辩几部分进行成绩评定。通过课程设计,尤其是答辩,学生印象深刻,都说这样的答辩有启发,效果比光从理论教学中获得的收获大。基于相关教学经验和成果发表了“化工课程设计的教改实践”等教学研究论文。
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