化工原理实验（精选十篇）
化工原理实验 篇1
我院化学工程与工艺专业为“河南省高等学校特色专业建设点”、“河南省高校专业综合改革试点”, 化工实验教学中心被确定为“河南省高等学校实验教学示范中心建设单位”, 因此化工原理实验的教学在我院具有十分重要的地位。为了提高化工原理实验教学的质量, 针对化工原理实验教学存在的问题, 结合我校在化工原理实验教学中的实际, 对化工原理实验教学的改革进行探讨。
1 教学中存在的问题
目前, 化工原理实验教学依旧采用传统的教学模式, 学生只能依照实验讲义在规定时间内进行规定的实验内容, 不能很好地培养学生自主研究的学习能力, 实验课授课效果不好;实验设备套数较少, 现场噪音大, 部分学生对实验的学习兴趣不高, 而且通常每8~9个人一组, 在实验进行中, 只有少数几个学生动手, 其它学生在一旁看, 并且注意力不集中, 不能很好的培养学生的动手能力;在实验成绩评定方面, 通常采用实验报告、实验操作及平时成绩相结合的方式, 这种考核方式最大的不足之处在于成绩中理论知识所占比重较大, 对学生的实际实验操作能力不能完全客观评价。这些问题的存在, 在一定程度上影响了实验课对学生能力和素质的培养。针对上述问题, 我们决定从以下几个方面进行改进。
2 加强实验前的学习
化工原理实验不同于无化化学实验、有机化学实验等基础实验课程, 其最显著的特点是工程实践性, 必须把化工原理“工程特点”的教育理念贯穿于教育活动的始终[1]。我院是在大二下学期开始化工原理理论课的学习, 在本学期的学习过程中, 我们安排了专业认识实习。通过学生到化工厂进行实地参观学习, 认识常用化工设备, 了解化学化工基础知识与化工工程实际的联系, 增加学习的兴趣, 认识到化工原理实验的重要性, 培养学生的工程观念。
在做实验前, 实验老师针对要进行的实验内容进行理论讲授, 使学生了解实验的目的, 掌握必要的理论知识, 同时, 布置一些与实验有关的思考题, 强化学生的预习环节。
3 强调实验过程的管理
化工原理实验设备一般都是大型设备, 投资较大, 对于我们这样的地方性院校购置较少, 且多是单台 (套) 。为了充分体现学生是学习的主体, 使学生得到了多方面训练, 缓解了实验资源紧张的矛盾, 我们尝试了开放式化工原理实验教学。开放式实验教学模式依托开放型的实验室, 进行实验时间、实验资源、实验内容、教学手段、教学评价等多方面的开放, 强调学生的主体地位和教师的主导作用, 赋予学生更大的独立性、自主性、探索性[2]。
以往的实验中, 学生在遇到问题时, 教师立即解答, 甚至对实验中遇到的问题亲自动手解决。这样虽然可以保证实验在规定的时间内完成, 但是学生的收获不大。因此, 我们采用了以下做法:在实验开始前, 对学生的预习效果进行检查;从实验的开始到实验结束, 每一步的操作都让学生动手完成, 老师在一旁进行监督指导;每一个实验过程, 都有很多个操作步骤, 让学生轮流操作, 增强学生的动手能力。实验结束后, 将表现较好的学生留下1~2名, 协助教师指导下一组学生实验, 当实验有问题时, 首先和学生助教讨论, 对不能解决的问题, 再由教师解决;教师在整个过程中主要起组织作用, 涉及到的知识点和操作主要由学生完成[3]。
对于我们这样的地方应用型本科院校, 我们要善于抓住每个机会培养学生的动手能力。我们实验室有一些20世纪80年代的老式化工原理实验设备, 这些老设备已经被新的设备代替, 但是我们让一些有兴趣的学生到实验室来把这些设备拆开再重新组装, 不仅培养了学生的动手能力, 还使学生更加了解设备的构造和化工流程, 为以后的一些课程学习打下基础和提高兴趣, 如《化工设备设计基础》等。
4 改革实验成绩的评定
学生实验成绩的评价, 注重的不仅是实验结果, 更应该强调对学生的实验全过程的考核, 通过对预习、操作、数据处理和综合分析等不同环节的全面考核和评价, 促使学生重视实验的各个环节, 以严谨认真的态度独立完成实验内容。通过建立和有效实施科学有效的考核体系, 激发学生自主学习和创新学习, 调动学生实验积极性, 提高分析问题、解决问题的能力, 达到较好的教学效果[4]。
实验报告是对实验过程的总结, 是成绩评定中不可缺少的一个重要组成部分。现有的实验报告格式高度统一化, 导致学生的实验报告内容重复率较高, 不利于学生综合能力的培养。由于化工原理实验已接触到实际的工程问题, 因此化工原理的实验报告可以按科研论文的要求来写, 提高学生独立工作的能力。要撰写一份符合规范的小论文形式的实验报告, 首先要应用的是语文知识, 要使报告严谨、完整, 需要严密的逻辑思维能力和推理能力, 在数据处理时, 要运用函数、曲线图、数学模型等数学知识, 在问题的分析、讨论中, 要用到有关化学、化工、自动化等相关知识[5,6]。通过小论文形式实验报告的撰写, 不仅可以培养学生的逻辑能力和概括能力, 还能提高学生的科技论文写作能力, 为以后得学习和工作打下基础。
5 着重实验教师队伍建设
一门好的实验课程, 不仅要有一系列性能优良的实验装置, 同时应该具有一支高素质的教师队伍, 以及一套科学的管理办法;在实验过程中, 教师起着领路人的角色, 学生许多新观念、新思路都源自于教师的点拨与指导, 这就需要指导教师不仅对实验内容十分熟悉, 同时对本专业的前沿技术、研究动向及学科交叉知识有所了解和掌握[7]。目前, 我院化工原理实验课教师有6名, 其中具有博士学位的教师2名, 硕士学位教师4名, 无论从人员层次、结构梯队, 还是专业方向和研究领域上都得到了极大的丰富与互补。我们的实验教师, 除了负责实验课程外, 还担任了我们专业的认识实习、生产实习和毕业实习指导老师, 经常与学生一起到工厂进行实际生产学习, 这为我们建设一支高素质实验教学队伍提供了条件。
6 结论
通过不断的改革与实践, 调动了学生的学习主动性、积极性, 树立了工程观念, 培养了学生的创新思维和创造能力, 提高了学生的综合素质。
摘要：化工原理实验是化工原理课程的一个重要教学环节, 也是化工、制药等专业教学计划中的一门必修课。针对化工原理实验教学现状, 分析了其中存在的问题, 结合化工原理实验教学经验, 提出了从实验前、实验中、试验后和实验教师队伍四个方面改革的有效途径和方法, 从而使实验教学质量有了明显提高。
关键词：化工原理实验,教学,改革
参考文献
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化工原理实验心得 篇2
化工原理实验课是一门理论与实际结合很紧密的课程。虽然课程已经结束，但我对实验时的场景仍然记忆犹新。
和以前开设的实验课一样，老师要求我们实验前须做到充分预习。复习伯努利实验时，我发现伯努利方程有多个表达式。每个表达式代表的意义不同。，由于压强在实际中容易测出，因此可以通过测定各部位压强来验证伯努利方程。从实验预习给我的深刻印象是：没有掌握理论知识是不可能充分理解实验原理的，每次预习前，因为对该实验理论知识的遗忘都使我花大时间去重新复习，预习过程使我再次复习了理论知识，也对实验的顺利完成信心提升了不少。
实验过程是一个深刻体会理论联系实际，指导时间的过程。每次在我们亲手做实验前，老师都会细心认真地给我们讲解仪器装置的操作步骤，说明如何记录实验现象。要做好实验必须按照实验步骤进行，能够在预习之前熟悉操作步骤固然很好，但是实际的操作与理论又有所不同。
初见装置实物时有种生疏感，众多开关，阀门使我感觉实验无从下手，例如，在流体流动阻力的测定过程中，实验要求我们测水通过三根不同管（光滑管、粗糙管和局部阻力管）的压降，十几个实验控制开关在交错的管路中，光是熟悉水的流动路径就得认真认识，而对于各个开关的操控就比其他类型的实验显得更复杂。要动手做实验，就必须清楚装置的运作原理，在其他已做此实验的同学的指导下，我终于把管路和操作步骤熟悉透了。
在填料塔精馏过程实验中，填料精馏塔的塔身连接着很多管子，每根各司其职，虽然在实验前对实验有了充分的预习，管路的纵横交错使我又一次困惑起来，而课前老师的讲解对我来说十分重要，自己不明白的地方，在听老师讲解时有时便会豁然开朗：对于精馏塔的流程，首先，应该先给塔釜先加料，加料后对原料进行加热，然后就可以开始进行精馏操作了，对于塔顶应当用冷凝水冷凝，于是操作分加料，加热精馏，回收三个主步骤，对每个步骤的操作应该控制好各个开关，这样才不会出错。在我看来，每一个独立的实验装置都是一个小型的工厂，因为我们所做的每个实验现代化的工厂都找的到应用的例子，它们让我感觉实验很贴近实际，每个装置扩大化再加上工程师的调试，就可以投入生产了。
实验过程中，仔细认真地注意实验现象很重要，在膜分离实验中，我们用硫酸铜溶液进行实验，实验很简单，我本以为我们圆满地完成了实验，但之后老师问我们膜分离的效果怎么没写，我哑然无声了，做完了整个实验却没有认真观察实验现象，这无异于没有做完实验。因此，我特别提醒自己：以后做实验时，一定要注意观察实验中的现象和异常，这些地方往往是发现问题的关键所在。实验现象往往是实验是否成功的最直接证明，因此在实验过程要注意现象的观察和改进实验方法，在流体流动型态的观察和测定实验中，我们要调出管中红墨水细线的变化，实验中我发现通过转子流量计不能准确调控细线的状态，经过组员的一番讨论后，我们把红墨水量加多，并且耐心地调节流量计阀门，最终成功验证了实验现象。
要保证实验能够完成，实验装置需维持正常。在离心泵特性曲线的测定实验中，我们组差点犯了个错，就是在离心泵启动时，没有先关闭泵的出口阀门，而且在离心泵关闭前没有关闭泵的出口阀门。离心泵的轴功率随流量的增大而上升，流量为零时轴功率最小。若没有关闭出口阀门，离心泵突然启动时，由于流量瞬变，轴功率瞬间变大，使得启动电流陡然增大，从而大大增加了烧坏电机的可能性。而离心泵关闭前，如果未关闭出口阀门，离心泵停止工作的瞬间，出口处的高压水流会逆流冲击叶片，多次重复这种情况，会减短离心泵的寿命或直接损毁叶片，导致装置的损坏。通过其他组同学的提醒，我们避免了这一错误。我也在反思，要将实验做好，除了理论知识要掌握外，爱护实验设备和要保护实验设备的意识是把每个实验者必备的素质。
化工实验让我第一次感觉到电脑在实验过程中的强大，在流体流动阻力实验，恒压过滤实验，空气传热系数等实验中我们都是用电脑来记录数据的，将要测参数部位的仪器通过传感器与电脑连接起来，在设计的监控软件上就能实时监测与采集数据。较之人工测量方便了很多。
实验过程是一个收获颇多的过程，通过与组员的配合交流，发现并改进问题，我在实验方面的操作能力长进了不少。
我发现，写报告很考验自己语言总结的能力，虽然比较枯燥，但是受益却非浅，比如在处理数据的过程中，公式的繁杂与推算，数据量之大非常考验自己的耐心。在做填料精馏塔实验时，得到的原始数据是折光率，而要做塔板图时，需要得出各量的摩尔分率，因此得通过各个公式来由折光率推算摩尔分率，最终得到实验处理结果。虽然过程繁琐，但我发现完成这一“壮举”后，自己又熟悉了公式，熟悉了量的推算，对理论知识的掌握又更深了一步。
在完成实验报告的过程中，我自学了许多软件，例如word，excel，origin等等，如果不使用这些辅助软件，我想实验数据处理将会是一个的过程。在做空气传热系数实验的到数据后，数据量很大，手算需要花费很多时间，后来我就用excel添加公式然后循环拖放将各个流量下的值算出来了。忽然发现一个好的科研者应该知识渊博，因为很多学科对他都是很有帮助的。我现在还处在一个学习知识的阶段一个接受新事物的黄金阶段，以前认为的计算机过了级拿到证书就了事的想法真的很幼稚，那些知识在今天还都能够用上，为了今后不再有今天这样的遗憾，我决定今后更加扎实的学习，拓宽自己的知识面。
化工原理实验课程的教学改革与实践 篇3
[关键词]化工原理 实验教学 改革与实践
化工原理实验是化工原理课程的一个重要组成部分和教学环节，通过化工原理实验，使学生对化工生产设备、管路、管件、仪表等有了第一次的感性认识，这对培养学生的工程实践能力及建立工程概念起着举足轻重的作用，也为今后专业课程的学习及毕业后从事化工及相关工作打下良好的基础。通过对实验现象的观察、分析和讨论来培养学生独立思考问题和解决问题的能力，使学生对化工原理课程中阐述的理论加深理解和巩固，培养学生解决工程问题的能力，使之掌握一定的实验操作技能。化工原理实验不同于其它的基础课程实验，属于工程实验范畴，其实验都是按各单元操作原理设置的，所以是化工及相关学科的重要实验课。随着化工学科的不断发展，化工原理实验在教学与学科建设上都需要进行改革和完善。
笔者从实验教学方法的改革、实验教学模式的改革、实验教学内容的改革及实验考核方式的改革等方面，总结了化工原理实验教学的改革与实践经验，通过实验教学改革，培养了学生的工程观念、创新能力、实践动手能力，和应用所学的化工原理理论知识分析、解决工程实际问题的能力，从而使实验教学质量有了明显的提高。
（一）实验教学方法的改革
以往的实验教学，教师讲解得过多，学生对教师过分依赖，缺乏独立思考的能力。实验操作教师怎么讲，学生就怎么做，使得学生的独立操作能力差，实验遗忘率较高。因此，实验课有必要采取先预习后实验操作的教学方式进行教学。
实验预习过程中，要求学生先对实验原理进行预习，做出预习报告。预习报告应包括：实验所需测量的参数及测量的方法，实验操作要点、注意事项，实验原理与数据处理的联系等。并且充分理解实验装置的结构特点、操作流程。
教学中，我们充分发挥学生在实验教学中的主体地位。教师在基础技术实验中以指导为主，训练学生对实验设备、实验操作方法的熟悉和掌握。从培养学生的动手能力，工程观念及创新精神出发，结合教师自己的教学、科研和工程实践经验，着力将培养具有实践能力和创新能力的教学改革思路渗透在实验装置的设计思想中。我们还组织安装了流体流动阻力测定、离心泵性能、过滤、给热、传热吸收、精馏、干燥等化工原理实验装置、并结合新建装置进行了开放式实验教学改革实践，取得了显著的教学效果。
（二）实验教学模式的改革
化工原理实验教学的传统模式是“预习—操作—写报告”。我们在实验教学准备中，引入与设备配套使用的计算机化工原理实验仿真软件，在进行实验预习的过程中，利用仿真軟件增加了学生对实验流程和设备的了解，掌握实验设备的使用方法、实验过程中实验参数的变化趋势，使学生基本了解实验操作过程和数据变化规律，加强了学生的实验准备工作。采用“预习—仿真—操作—写报告”的新模式，使实验教学取得了较好的效果。
（三）实验教学内容的改革
以往的化工原理实验往往是以验证原理、掌握操作技术为主。现在我们引入综合实验和设计型实验教学，大大充实和改进了实验教学内容。在综合实验中，不再对实验步骤进行详细介绍，而要求学生在预习时拟定详细的实验方案、数据点的选取方法及测试方法，注意分析实验数据的合理性，观察实验中的现象，若出现不正常现象时，自己分析原因、寻找解决的方法。
设计性实验的开发是提高学生素质、增强学生科研能力的重要手段。在设计性实验中，教师鼓励学生综合思维，充分发挥创造力，运用各方面的知识自行设计实验方案，自己探索，独立解决问题，遇到无法解决的问题时，才与教师一起探讨。设计性实验使学生掌握基本的科学研究过程，提高学生提出问题，解决问题的能力。
完成固定实验后，再利用较为先进的实验设备，认真筛选，确定一些可进行设计性实验的单元操作，指导学生进行选题、理论分析、实验设计、数据测量和结论分析，最后形成论文，使学生所学的理论知识应用在实际中，科研能力得到锻炼。
（四）实验考核方式的改革
为了全面反映学生的学习情况和实验技能，我们采用了分项积分的方式，综合评定学生的实验课成绩（如表1 所示）。
总之，以重点专业和重点课程建设为契机，对化工原理实验教学方法、内容、模式、考核进行全面的改革和建设，是提高实验教学质量的主要途径，对提升化工原理实验教学的硬件和软件环境大有好处。通过实验教学改革，加强了学生的预习环节；利用仿真实验教学，培养了学生对实验的兴趣，调动了学生参加实验的积极性；利用综合性实验与设计性实验，提高了学生的综合实验能力、实验技能和解决问题能力。同时，通过综合实验的教学改革，学生处理问题的综合能力得以加强，从而大大提高了实验课程的教学质量。
参考文献：
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化工原理实验教学创新与实践 篇4
关键词：化工原理实验,实验教学,改革
化工原理实验是我院化学工程与工艺、应用化学、高分子材料、生物工程、食品科学与工程、环境工程、生物技术、轻化工程等专业的一门必修实验课。化工原理实验具有明显的工程特点, 紧密联系化工生产实际, 是实践性很强的一门技术课。
化工原理实验属于工程实验范畴, 不同于前置课程实验的是它具有工程的特点, 每个单元操作实验就相当于化工生产中的一个基本过程, 通过它能建立起一定的工程概念。同时, 随着实验课的进行, 会遇到大量的工程实际问题, 对理工科学生来说可以从做实验过程中更实际、更有效地学到更多工程实验方面的原理及测试手段, 可以发现复杂的真实设备与工艺过程同描述这一个过程的数学模型之间的关系, 也可以认识到对于一个看似复杂的过程, 一经了解, 可以只用最基本的原理来解释和描述。因此, 化工原理实验不仅是演证化工原理的基本理论, 加深对课堂教学内容的理解, 更为重要的还在于对未来的科技工作者进行实验方法、实验技能的基本训练, 培养独立组织和完成实验的能力及严肃认真的工作作风和实事求是的科学态度, 为将来从事科学研究和解决工程实际问题打基础。
一、化工原理实验目的
化工原理实验目的为:第一, 化工原理实验课程的首要目的就是要培养学生能找出工程实际问题的主要实质, 提出问题并解决之。为了养成科技工作者的这种必备素质和工程观点, 应该经常提出如下一类的问题并试图回答:这套设备或工艺过程最关键的特征是什么?包含哪些基本原理?这些理论如何应用于此?我是否掌握?能否找出操作的平衡状态、稳定状态和过渡状态?如何达到这些状态及如何操作?独立变量有哪些?如何测量和控制它们?仪器检测范围?是否其它方式来测量和控制这些独立变量?相关参数有哪些?如何测量?误差产生的原因?误差有多大?如何控制或减少误差?装置中测量出参数的真实意义?装置或过程为什么如此设计?如要达到此实验目的有否其他途径?在设备中完成指定的工艺要求, 最佳设计如何?对每个实验都应养成提出这些问题的习惯, 深化实验目的, 熟悉化工中物理量的测量等。第二, 化工原理实验不仅帮助同学养成用头脑思考的习惯, 而且还培养学生掌握实验技能来解决实际问题, 以下几个方面要特别注意!
(1) 认真理解实验目的, 学会根据实验目的设计装置来测量所需数据;
(2) 深入了解测量参量的物理意义, 包括定义、测量时的系统误差、精度和准确性;
(3) 养成仔细观察并记录真实实验数据的习惯, 并示以草图;
(4) 熟悉几种在化工生产中常用的基本设备、常用仪器和测量方法;
(5) 培养组织能力、责任心、创造性和合作精神;
(6) 培养撰写工程实验报告的能力, 仔细描写重要的及有意义的现象和结果。
以上两大方面, 就是培养达到科技工作者能力的实际过程。通过实验, 学生能够做到: (1) 加深学生对化工原理基本概念的认识, 验证有关的化工单元操作的理论, 培养学生理论联系实际、提高分析和解决实际问题的能力。 (2) 使学生学会常用的实验方法, 提高学生的实验操作技能和独立工作能力。 (3) 培养学生查阅手册、处理实验数据和撰写实验报告的能力。 (4) 培养学生自己动手改装设备的能力, 提高的学生的专业素质。
二、化工原理实验教学改革的思路
在实验教学过程中培养学生的实验技能和科学研究能力, 引导学生利用化工过程技术与设备、实验方法学、现代测控原理等理论知识, 分析和设计化工过程单元操作并独立完成实验, 掌握先进的测量手段和计算机控制技术及计算机在化工原理实验教学中的应用, 进而全面提高学生的创新能力和综合素质。
1. 实验教学的设计思想
由于工程实验是一项技术工作, 它本身就是一门重要的技术学科, 有其自己的特点和系统。为了切实加强实验教学环节, 将实验课单独设课, 教学内容包括实验理论、计算机仿真、实物教学和学生的实验内容。设置基本实验的目的是使学生巩固和加深对课堂教学内容的理解, 并得到化工实验技能的基本训练。基本实验项目包括雷诺实验、柏努利实验、阻力实验、离心泵实验、过滤实验、传热实验、精馏实验、吸收实验及干燥实验等。
2. 实验研究方法
工程实验不同于基础课程的实验, 后者采用的方法是理论的、严密的、处理的对象通常是简单的、基本的甚至是理想的, 而工程实验面对的是复杂的实际问题和工程问题。对象不同, 实验研究方法必不相同。工程实验的困难在于变量多, 涉及的物料千变万化, 设备大小悬殊, 困难可想而知。因此, 数学模型法和因次分析法指导下的实验研究方法是研究工程问题的两个基本方法, 这两种方法可以非常成功地使实验研究结果由小见大, 由此及彼地应用于大设备的生产设计上。例如, 因次论指导下的实验, 可不需要对过程的深入理解, 不需要采用真实的物料、真实流体或实际的设备尺寸, 只需借助模拟物料 (如空气、水、黄沙等) 在实验室规模的小设备中, 经一些预备性的实验或理性推断得出影响过程的因素, 从而加以归纳和概括成经验方程。数学模型方法是在对过程有充分认识的基础上, 将过程做高度概括, 得到简单而不失真的物理模型, 然后给予数学上的描述。这种研究方法同样可以具备以小见大、由此及彼的功能。
化工单元操作由许多单元过程和设备所组成, 学生应运用理论指导并能独立完成化工单元操作, 能在现有设备中完成指定的任务, 并预测某些参数的变化对过程的影响, 这是最基本的要求。在提高性的实验中, 学生将有机会按照一定的实验目的, 自行设计并搭建装置, 测取数据, 验证理论或者达到某一定的实验目的。
三、化工原理实验教学实践及具体改革方案
1. 实施分专业、分层次的实验教学模式
我校化工原理教学实行分专业教学模式。化工原理设化工原理I、化工原理I I及化工原理I I I三种课程体系。化学工程与工艺专业选用化工原理I, 化工原理实验开设为二周的综合性实验;应用化学、高分子材料、食品科学与工程、生物工程、环境工程等专业选用化工原理II, 化工原理实验学时数为20学时;生物技术、轻化等专业选用化工原理III, 化工原理实验学时数为10学时。
对不同教学体系, 化工原理实验又实行分层次教学。建立计算机仿真实验——基木实验——综合实验——设计性实验四层次教学体系。设计性实验主要用于因材施教和学生课外科技活动。
(1) 计算机仿真实验教学是当代非常重要的一种教学辅助手段, 它形象生动且快速灵活, 集知识掌握和能力培养于一体, 是提高实验教学效果的一项十分有力的措施。目前我们已开设:离心泵仿真实验、阻力仿真实验、过滤仿真试验、传热仿真实验、吸收仿真实验、干燥仿真实验、精馏仿真实验以及流体流动形态的观察和柏努利方程演示实验。
(2) 基木实验。以传统的验证性实验为主, 教学目标重在掌握典型单元操作过程的机理和规律, 以及完成实验操作、数据处理、仪器的使用等基本训练。
(3) 综合性实验。开展综合性实验, 可以提高学生科研能力。综合性实验的开发是提高学生素质, 增强学生科研能力的重要手段, 它可以使学生掌握基本的科学研究过程, 提高学生提出问题、解决问题的能力。化工原理综合实验设备多使用大型多功能性设备, 可以完成某项单元操作的多项实验任务。在完成基本的实验内容后, 利用较为先进的实验设备, 认真筛选, 确定一些可进行综合性实验的单元操作, 指导学生进行选题、理论分析、实验设计、数据处理、结论分析, 最后形成科技论文, 使学生所学的理论知识得以在实际中应用, 科研能力得到锻炼并有所提高。
(4) 设计型实验能让学生尽早接触工程或科研实际, 参加实验室建设, 培养或考察他们灵活运用所学知识解决实际问题的能力, 尤其是创新能力。实验装置可直接采用实验室己有装置, 或利用组合式实验装置进行搭建, 有时则需要自行设计, 每一环节都有许多具体工作要做, 可以很好地锻炼学生。
2. 理论教学 (预习) 、仿真实验、实验操作三位一体, 教学形式多样化
化工原理实验均安排理论教学 (预习) 、仿真实验、实验操作三个单元时间。由于化工原理实验工程性较强, 有许多问题需事先考虑、分析, 并做好必要的准备, 因此必须在实验操作前进行预习和仿真实验。
3. 改变考核方式
对于实验成绩的考评, 以往的模式是由平时的实验预习报告、实验操作、实验报告及最终的笔试综合评定, 其中实验操作必须附有指导教师签名的原始数据表。由于学生实验多以3~4人一组进行, 实验报告难免出现近似或抄袭现象, 实验的书面考核也多是填空、选择及简答等形式, 难以反映学生对实验技术的掌握程度与知识的综合应用能力。参照其他学校的教学改革, 将原有的4人一组共同进行实验、每人单独完成实验报告的教学模式, 改为2人合作完成实验并共同编写实验报告。共同完成实验报告, 可以使学生省出更多的时间去查阅文献资料、强化专业知识根基、深化对实验及相关过程的理解。同时, 以实验设计报告及大作业替代了原有的闭卷式书面考核, 在成绩评定中还增加了对实验技能的考评, 力求引导学生由单纯地追求高分, 逐步向加强实践能力、培养创新意识过渡。
4. 定期举办化工原理实验技能大赛
充分发挥实验技能大赛的激励与示范作用, 以竞赛的形式促进学生刻苦学习基本实验技能、培养学生动手能力、创新能力以及工程设计与开发的能力。竞赛可按初赛、复赛、决赛等形式进行。初赛为方案设计阶段, 选手们通过查阅资料, 相互交流, 设计出具体流程并确定了试验步骤, 确定最终方案, 达到了检验学生的专业基础知识和创新性及灵活性的目的。复赛是利用指定的实验装置现场进行实验方案设计后, 组织实验, 测取有关数据, 并将实验研究结果整理成完整的书面报告。达到了考察学生的实际动手能力、团队合作能力以及对实验中遇到的问题进行分析并解决的能力的目的。决赛要求参赛选手进一步完善实验方案, 优化实验操作环节, 并进行答辩。由专家和学生对参赛作品共同进行评审, 对优秀作品给予一定的奖励, 以资鼓励。
5. 尽快完善实验室开放制度
我校化工原理实验涉及我院8个专业, 涉及的学生也很多。但目前我校实验室开放教学还不理想。需尽快完善化工原理实验室开发制度, 开放化工原理实验室, 发挥学生自主学习的积极性, 培养科学、严谨的学习态度和工作作风, 培养创新能力, 独立思考能力和实践动手能力, 充分发挥教学资源功能和效益, 积极探索与培养高素质创新人才相适应的开放式实验教学模式, 努力提高实验教学质量。
四、结束语
经过几年的教学改革和实践, 化工原理课程已获得我院精品课程, 形成了由课堂理论教学、实验教学、课程设计几个环节构成课程体系, 已构建“基础——演示——实验——设计——综合”的教学模式。但是, 化工原理实验教学课题的研究, 不是一朝一夕就能完成的, 因为它受到教学学时、教学方法、实验室设备、实验室面积、教学人员、实验员等诸多因素的制约与影响。我们要立足现有的实验室设备条件, 配合理论教学, 边研究、边改革、边实践, 全面培养学生动手、动脑能力, 努力提高学生的创新意识、创新思维和创新能力。
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化工原理实验心得 篇5
09生物工程一班钟鑫鑫20091466
经过这一学期的理论课学习和相关的实验操作，我认识到化工原理实验属于工程实验的范畴，它是用自然科学的基本原理和工程实验方法来解决化工及相关领域的工程实际问题。它与一般化学实验的不同之处在于它具有明显的工程特点，研究对象和研究方法也与物理化学等基础学科明显不同。工程实验以实际工程问题为研究对象，对于化学工程问题,由于被加工的物料千变万化，设备大小和形状相差悬殊，涉及的变量繁多，实验研究的工作量之大之难是可想而知的，因此，面对实际的工程问题我们采用处理实际问题的工程实验方 法。一个化工过程往往由很多单元过程和设备组成为了进行完善的设计和有效的操作，我们必须掌握并正确判断有关设计或操作参数的可靠性，必须准确了解并把握设备的特性。化工过程的影响因素众多，有些重要工程因素的影响难以从理论上解释，还有些关键的设备特性和过程参数往往不能由理论计算而得，这些都必须通过实验加以研究解决。另外我们还学习操作了计算机仿真技术，模拟真实的化工过程，运用全数字化动态模型 深入了解化工过程系统的操作原理。在加深对实验原理理解的基础上，可通过反复操作，握实验步骤为实际操作做好充分准备，同时培养了我们理论联系实际的能力提高了独立思考和独立工作的能力。本学期我们学习了六个实验。例如：流体流动阻力的测定 认识和掌握流体流动阻力实验的一般实验方法，来测定直管的摩擦阻力系 数λ和突然扩大管和阀门的局部阻力系数ξ，还有层流管的摩擦阻力与雷诺数 Re 的关系(λ=64/Re)，同时验证湍流区内摩擦阻力系数λ为雷诺数 Re 和相对 粗糙度的函数λ=f(Re,ε/d)。离性泵性能实验 通过实验了解离心泵的构造，并掌握其操作和调节方法，测定了离心泵在恒定 转速下的特性曲线（He~Q，N 轴~Q，η~Q）,并却确定泵的最佳工作范围，熟 悉了孔板流量计的构造，测定其孔流系数与雷诺数的关系，还测定了管路特性 曲线。
（一）雷诺演示实验 通过实验建立对层流和湍流两种流动类型的直观感性认识，观测雷诺数与流体流动类型 的相互关系，观察层流中流体质点的速度分布
（二）流体机械能转换演示实验 通过实测静止和流动的流体中各项压头及其相互转换，验证流体静力学原理和伯努利方 程，还通过实测流速的变化与之相应的压头损失的变化，确定两者之间的关系。通过这五个实验的学习，我学到最重要的一点就是：理论联系实际。它们将单元操作实 验与实验技术的应用融为一体，实现了我们实验技术基本功的训练。三个验证试验也正是我 们这学期化工原理理论课学习的重点内容，具体的实验操作让我们在理解理论的基础上加深 了对化工操作的认识，这在工程理念上对我们以后从事科研或者工作都是一个很大的转折点。而且我发现我们学校的实验室设备相对其他工科高校来说是很齐全的，为我们提供了很好的 实训环境，这在一定程度上大大提高了我们的操作能力竞争优势。实验前的预习和准备对实验操作来说是不可小觑的，如果能做到像老师那样对操作步骤 和实验原理了然于心，那么实验操作时必然能达到游刃有余的地步，我也始终觉得实验预习是非常重要的环节，也是思考范围最不受局限的阶段，可以带着各种问题和验证性的假设进 入实验室并在自己动手之后得到答案，进而思考操作意义，还能获得老师的经验指导，我相 信这对每一个实验员来说都是值得令人欣喜的事。所以对于进实验室的我们来说，“有备而 来”是至关重要的。实验中的数据处理也接近工程实验的范畴，我们采用了计算机处理，解决了实验数据量 大繁杂及绘图技巧上的一系列问题。每次完成报告之前我都有尝试换一种方式，不看课本，就回想实验操作，根据每一步的操作来想实验原理，用自己的话陈述操作步骤，除了完成基 本的报告要求，还会把实验创新方面的问题也提进来，可我总觉得有些使不上劲，不敢下笔，归结原因是自己理论知识还不够丰厚，这就提醒了我在以后的实验中需要做更多准备。另外一点就是培养了我们独立思考的能力和团队合作的精神，比如实验中相关参数的确 定都是需要综合考虑设备及环境因素来
化工原理教学改革研究 篇6
【关键词】 化工原理 工程意识 教学改革
校级课题:吉林农业大学质量工程课题 《生物工程特色专业》项目资助
化工原理课程是吉林农业大学生物工程、生物技术、制药工程、应用化学、轻化工程等专业的一门专业基础课程,包括理论课、实验课、课程设计、手工制作实习等教学环节。化工原理的主要内容包括:以动量传递为基础,叙述了流体输送、搅拌、流体通过颗粒层的流动、绕流及其相关的单元操作;以热量传递为基础,阐述了换热和蒸发操作;以质量传递的原理说明了吸收、精馏、萃取、吸附、结晶、膜分离等传质单元操作,最后阐述了热量、质量同时传递过程的特点及干燥操作。
经过本课程的学习,要使学生掌握化工生产中基本单元操作的原理、典型设备的构造、性能和操作原理,设计和计算方法。通过理论解析和在理论指导下的实验研究、课程设计,树立正确的科学思考方法。教学特点是强调工程观点,强化对化工过程定量计算、定性分析及设计能力的训练,重视理论和实际相结合,训练其运用基本理论和方法考察、解释、分析和处理工程实际问题的能力。
本课程要求学习者首先具备高等数学、物理学及物理化学、机械制图和识图等相关课程的知识。化工原理知识是为了后续课程例如发酵设备、发酵原理、酒精工艺学、淀粉工艺学、变性淀粉、酶工程、基因工程等知识体系服务的。
为了完成化工原理课程的目标,实现其提高相关专业学生的素质,就要针对不同专业的学生对传统的教学方法进行适当的改革。对于本校的相关专业的学生,我们尝试和探索了一些方法,收到了较好的效果,在这里与大家分享,探讨。
1.教学方法多元化
本门课程以多媒体演示教学为主,辅以必要的板书内容,还有大量的模型供使用,课程设计了几个实验以强化理论学习,还设立一周的动手实习课,让学生亲自动手设计模型,模拟工程实际的工艺。课程采用立体教学理念,注重知识框架的建立,从提高学生的基本素质入手。
2.因材施教
教学中需要密切注意学生的高等数学理论水平,根据学生的实际情况随时调整授课的深浅,并且要了解学生机械识图的基本技能,作到有的放矢,另外要通过随机的课堂测验或课后作业了解学生掌握的基本程度,以大纲为基准,做到灵活机动,以提高学生的基本素质为最终目标。比如生物工程专业的本科生再讲非均相混合物分离时不仅要讲常见的几种分离方法,相应的设备,构造原理,如何操作,而且要详细讲解过程的计算。但是对应联合培养的大专生则要注重实际操作,而把难于理解和把握的过程计算删掉。
3.结合专业特点,分清主次,突出重点
每个学科都有其特点,有它独特地研究问题的方法,授课时有目的的突出这些特点,往往可以收到“画龙点睛”的功效。生物产品从本质上而言,主要是一些微生物或它们的代谢产物。因此,若要将这类产品进行工业化生产,在设计时就必须注意以下两个方面。第一,如何选育菌种、优化培养基从而使目的产物的收率最大。第二,如何从发酵液中提取和纯化目的产物。前者是生物产品实现工业化的前提,后者是保证生物产品质量的关键。由大多数已工业化生物制品的生产过程分析可知,流体流动、过滤、传热、蒸馏、干燥等是生物工程中使用最多的单元操作。所以,我们在讲授化工原理时,以上述单元操作过程为重点,而对于其他单元过程,则仅仅要求学生理解这些单元操作的原理,了解相关设备的选型。这种结合专业特点,分清主次,突出重点的教学方式,不仅可达到较好的授课效果,同时也为学生后续课程的学习做好了铺垫。
4.总结归纳研究各类工程问题时的工程方法,引导科学思维方式
在各单元操作的分析和描述中,体现了研究工程问题的共性和方法论。对于所研究问题(对象) 进行受力分析、物料衡算、能量衡算、相平衡关系描述、传递速率描述等以及经济性基本分析,是研究工程问题的最基本而有效的处理方法。
4.1 数学解析法
某些化工过程中的实际问题在做一定的简化处理前提下,可以直接应用相关的基础理论进行分析描述。这种方法是基础理论课程中常用的方法,是培養学生由科学到技术、由理到工的基本能力和工程问题基本分析能力的重要环节。
4.2 实验研究方法
工程技术的发展过程恰好反映了人类认识的发展过程。化学工程中的某些问题,矛盾错综复杂,难以利用单一的物理概念和数学方法进行描述。解决复杂工程问题存在着两种典型的思维方式,即实验研究方法和数学模型方法。管内流体湍流流动时的机械能损失和管内流体湍流流动时的对流传热系数的研究就是采用的这种方法。该方法是在因次理论的科学指导下分析问题的。
仿真实验应用于化工原理教学的思索 篇7
关键词：仿真实验,化工原理,实验实训
化工原理是我校药物制剂专业及相关专业的一门专业基础课程, 该课程以化工传递过程的基本理论和工程方法论为两条主线, 系统地讲授了化工生产过程中常见单元操作的工作原理、相关设备的工艺结构和具体的操作过程, 在整个教学体系中起着承上启下的重要作用[1,2]。随着时代的发展、科学技术的进步和教育理念的革新, 尤其是计算机技术的飞速发展, 对教学思想、教学方法和教学手段提出了全新的要求和挑战。在这样的形势下, 化工原理课程传统的教学方法和教学手段也在进行着新的尝试与改革, 把计算机仿真实验运用于化工原理课程的教学将成为一种趋势[3]。
化工仿真实验利用现代计算机建模与仿真技术, 对生产过程系统进行数字仿真, 建立虚拟的操作环境, 同时营造类似于工厂控制室的教学环境, 训练学生分析问题、解决问题和故障处理的能力, 是一种先进的教学手段。
1 仿真实验的优点
1.1 直观性
仿真实验可以模拟实验实训全过程, 形象逼真生动、简明易懂, 既有科学性又富有趣味性, 便于学生在较短的时间内了解实验单元的操作方法和操作技巧[4]。通过模拟开车、停车、正常运行以及发生事故时所涉及的参数及数据的变化, 明白正常状态、事故发生状态以及事故处理的规律和方法, 加深学生对化工生产装置操作过程的了解和对其功能把握, 巩固所学知识。
1.2 可操作性
由于实验室的设备的规模及内容有限, 同时受教学时数的限制, 很多情况下一些实验被简化、调整甚至放弃。有时某些实验采取教师演示操作学生观看或者几个学生一组的合作实验, 每个学生得到单独操作练习的机会很少, 这样会造成学生对知识点的理解不够透彻, 动手能力得不到应有的锻炼, 甚至所学内容与实际应用相脱节, 教学效果会受到一定程度的影响。利用仿真实验, 学生可以在仿真软件上反复进行设备的开、停车及事故处理训练, 直到操作技能达到要求, 这在实际生产过程中和实验室中是难以实现的。
1.3 安全性
对于化工原理课的一些实验, 学生由于之前预习不充分或者课堂上开小差, 经常会出现由实验操作失误现象, 轻则影响整个实验教学进度, 重则还会危害教师和学生的身体健康, 造成严重的教学事故。例如:离心泵的启动或关停的误操作会引起离心泵电机的烧毁;吸收塔操作失误则会引起氨气泄露等安全事故。在教学的过程中使用仿真实验, 即使学生在仿真计算机上进行误操作时也不会发生人身危险, 同时也不会造成仪器设备、仪表、元件破坏和环境污染等经济损失。
1.4 经济性
化工原理实验设备一般价格高、体积大, 而仿真实验只需将软件安装在电脑上即可运行, 且在使用过程中, 仿真实验没有实验设备的日常维护和实验药品的消耗, 在达到了实验教学效果的同时, 还能减少教学投资, 节约实验场地。
2 仿真实验的不足
任何事物具有双面性, 仿真实验应用于教学有利也有弊, 在教学过程中我们发现了仿真实验有以下三个不足之处。
2.1 真实生产与仿真实验存在较大差别
仿真实验操作的模拟性和程序化与生产现场操作的灵活性、不可预见性还有相当的距离。以仿真实验过程的离心泵操作实验为例, 仿真软件可以模拟离心泵的操作顺序, 在操作顺序出错时, 软件会报警提示, 而在实际生产过程中, 泵在启动前要盘泵, 检查密封装置及润滑油的液位等, 而仿真系统中这些操作步骤是没有的。同时真实生产过程中存在大量的不可预见性的问题, 需要操作人员凭借丰富的经验和技术迅速反应并及时果断处理, 而仿真实验只是实际生产装置的简单化处理。
2.2 减少学生应对突发事件的机会
而在实验实训中遇到仪器故障、突发问题等, 会使学生增加克服困难的训练机会, 提高学生解决问题的能力。而仿真实验室的条件相对理想, 减少了学生应对突发事件、排除故障及对实验仪器的常规检修的机会, 又由于仿真实验所得到的数据也是程序设置好的, 也减少了使学生通过实验数据进行误差分析这一环节体验, 同时也减少了对整个实验过程的反思及寻找可用的经验和过失机会。
2.3 不利于学生安全生产观念的培养
仿真实验带有游戏色彩, 学生在电脑面前通过鼠标和键盘来操纵生产过程时没有压力, 完全可以处于轻松的心理状态, 操作失误时可以通过重新再做来弥补前次操作的过失, 很难体会现场实际操作的紧张及工作压力, 不利于增强学生安全生产的高度责任感、紧迫感。因此, 要让学生真正掌握化工生产操作技能, 了解化工生产安全问题的重要性, 提高分析判断和处理的问题的能力, 还必须与实训实验相结合。
3 结论
化工仿真和实验实训相结合, 既可以在仿真中理解所学的理论知识, 又可提高学生对化工操作的感性认识。通过仿真训练与真实操练有机结合, 扬长避短, 既节省成本, 又提升学生实际操作能力训练的有效性, 更加提高了教学效果。
参考文献
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化工原理实验教学的改革与实践 篇8
长期以来化工原理实验主要以验证课堂理论为主,教学安排上也仅作为化工原理课程的一部分。但随着社会的发展,高等教育将不再是精英教育,工科院校要培养能够适应用人单位要求的工程技术人才,这就对高等院校的实验和实践教学提出了更高的要求,即工科专业的学生不但要具备一定的实验研究能力和分析问题解决实际问题的能力,同时还要有工程意识和工程能力。为了适应新形势的需要,各高校都在根据自身的条件和特点实施着不同的实验教学改革和探索,不同程度的加强了学生实验和实践教学环节,以培养能够适应市场需要的有创造性和有独立工作能力的卓越的工程技术人才。在此背景下各高校普遍加强了化工原理实验教学环节,将化工原理实验单独设课,并编写独立的化工原理实验教学大纲,从而确立了化工原理实验在培养学生中的应有地位[1,2,3,4,5]。
1 化工原理实验的教学现状及不足
近几年来,随着高校招生规模的扩大,不但班级数量增加,而且班容量也由过去的30余人增加到近50人。而与之相对应的则是实验药品和仪器价格的上涨,实验教学经费严重不足,实验设备不断老化,因此,化工原理实验课程的实验教学设备数量明显不足,使得实验学时缩短,只能保证基本实验技能的训练,而不能满足现代实验教学的需要。同时,现有的实验教学内容缺乏相对独立性,实验教学附属于理论教学,实验内容大多为验证某些理论知识而设计,所开设的实验课程大多为验证性实验,缺少综合性实验、设计型实验、研究型和独创性实验,因而实验教学质量不高,无法做到以培养创新能力及工程素质为主进行实验教学。
2 化工原理实验教学的改革与实践措施
2.1 以培养学生的实践能力、创新能力、工程意识为宗旨,对化工原理实验内容进行适当改革
化工原理实验可分成三个层次,即基础性实验、综合性实验、设计型实验和研究型实验。在化工原理实验教学的安排上,在保证实验学时不变的前提下,尽量减少验证性实验的数量,增加综合性实验、设计型实验和研究型实验。使基础实验占20%。综合性实验与设计型实验占60%,研究型实验占20%。
基础实验的目的是训练学生独立规范的基本操作技能、良好的实验习惯、敏锐细致的观察能力,使学生初步掌握化工实验研究的方法。综合性实验和设计型实验则突出综合能力、工程意识、应用能力的培养。实验内容注重体现综合性与设计性。通过这些综合性与设计型实验,使学生学习从技术、经济和安全等多方面考察问题,逐步培养综合思维和工程意识。科研型实验可以使学生在进行系统的知识学习的同时,从事个性化的研究型训练,达到在学习中研究,在研究中学习的目的。从而使学生掌握化工工艺与化工装置与设备的研究、开发和设计的初步能力。
在实验的设置上注重了课程内容的完整性,使实验内容涵盖了流体流动、传热、精馏、吸收、萃取、干燥、膜分离等典型的化工单元操作过程。基础性实验主要包括雷诺实验、机械能转化实验、流体流动阻力的测定实验、流量计的校正实验、离心泵特性曲线的测定实验、恒压过滤常数的测定实验、传热系数的测定实验、板式塔流体力学性能实验、填料塔流体力学性能实验等。综合性实验主要包括强化传热综合实验、板式塔精馏操作与板效率的测定实验、填料塔精馏实验、吸收(解吸)传质系数的测定实验、洞道干燥实验、流化床干燥实验、液-液萃取实验等。设计型和研究型实验主要包括搅拌器性能测定实验、膜性能及膜分离实验、正交试验法在过滤实验中的应用实验、板式精馏塔的操作与调节实验、填料性能评价实验、传质强化实验、萃取-精馏联合过程实验、反应精馏实验等。
在化工原理实验教学的安排上,在保证实验学时不变的前提下,尽量减少验证性实验的数量,增加综合性实验和设计性实验。使化工原理实验在学生掌握化工工艺与化工装置与设备的研究、开发和设计的初步能力方面起到了十分重要的作用。在化工原理实验教学中,注重了理工结合、工程与工艺结合,使部分化工原理实验内容与化工课程设计相结合,与教师的科研课题相结合,与学生的科技创新课题进行结合。
2.2 重视计算机仿真实验和实验教学课件的使用
近年来,计算机在教学中的应用日渐增多,计算机的普及使实验教学方法和教学手段有了极大的改进,多媒体、CAI课件、网络教学等现代化的教学手段可以为学生提供丰富多彩的信息,教学过程中形象生动,能够较大地激发学生学习的主观能动性。化工原理实验教学中应该充分重视实验教学课件、计算机仿真实验软件、多媒体实验教学软件等的应用,使这些软件在化工原理实验教学中能够发挥应有的作用。
化工原理实验中有很大一部分是验证性实验,这些实验的开设主要是加强学生对基础理论和基本知识的理解,这部分实验难度较小,所占用实验学时较大,但对学生创新能力的培养作用较小,要全部开设这部分实验需要大量实验经费的支持及较多的实验学时,为了节省实验学时和实验经费,我们将这部分实验进行了精简,对经典实验进行录像并制成实验教学课件给学生演示,学生在进行化工原理实验前先通过演示课件的学习和计算机仿真实验软件进行实验模拟,不仅较大程度地缩短了实验时间,在较少的实验学时内使学生学到更多的课程内容。通过计算机仿真实验软件还可以使学生较快的熟悉实验内容和实验的仪器仪表及使用方法,学生通过计算机模拟实验不仅能够加深印象,使之在模拟实验中出现的操作错误在实际实验过程中不再出现,可以提高实验的准确性。
2.3 将化工原理实验与科研和设计相结合,面对学生开放部分实验室
随着高等教育的发展,本科教育不应仅满足于学生对书本知识的掌握,更应着重培养学生的创新能力,使其成为卓越的工程技术人才,这是当前实验教学必须思考和研究的重要课题[6,7,8]。在全面加强学生素质和工程技术能力培养过程中,开放性实验室可以给学生提供一个宽松、便利、能够充分发挥个人潜能的实验环境。对培养学生开拓创新精神、团队协作能力和工程实践能力起着十分重要的作用。通过开放实验室,以学生为主体,教师可以采用启发式教学方法,有利于开阔学生的视野,培养学生的科研意识和科研能力。
开放性实验室还可以在一定程度上补充工科学生实习时间的不足。目前,我国高校中工科学生的实习普遍存在着经费不足、实习场地缺乏,大部分学校工科学生的实习时间缩短,有限的认识实习与生产实习也仅仅是在有限的几个工厂走马观花,学生没有深入接触生产实际,没有在工业生产一线进行过必要的劳动锻炼。使得“工程教育”与“工程实践”渐行渐远[9] 。这主要是由于一方面我国大学与工业界联系不是很紧密,另一方面,由于大学的扩招,使得学生人数大大增加,使实习工厂的接待难度加大,加之安全方面的考虑,企业不愿意大规模接收学生实习,从而加剧了工科学生实习的困难,让实习质量更加糟糕[10]。而在发达国家,工业实践贯穿整个工科学生的大学教育,从工人到技术员乃至工程师,每个环节都不可或缺。从世界先进经验看来,教育不仅要让学生自主向前探索,而且还要强调工程设计的实践,在一开始就应引入一般性工程训练,让学生带着工程的概念向前走。看起来并不起眼的工科实习正是创新型工程技术人才培养过程中的关键环节。一个合格的工程技术人才不仅要懂得理论知识,更要学会如何运用知识,将知识转化为现实生产力,在理论与实践的相互印证中进行创新。开放性实验室的建立可以给学生提供一个实践与交流的平台,学生以小组为单位,在实验室中通过进行综合性与设计型实验参与工程实践活动,可以在一定程度上弥补工科学生实习的不足以及实习质量不高的问题。
化工原理实验与一般化学实验有显著的不同,它所处理的物料种类繁多、使用的设备大小不一、测量仪表品种多样、实验过程中要考虑的变量较多,远比基础实验课程复杂;同时化工原理实验与生产实际联系紧密,具有鲜明的工程特点,因此化工原理实验对培养学生的工程意识和化工实验技能具有重要的作用。化工原理实验又是连接基础化学实验和专业实验的桥梁。因此化工原理实验作为学生创新能力培养的开放性的试验平台有着得天独厚的有利条件,在一定条件下可以成为学生的个性发展和创新意识的培养的孵化器。
通过探索与研究,我们将化工原理实验室面向全校开放部分实验项目。在实验室的开放形式上采取预约开放的形式,开放时间主要安排在每学期的前5周和后5周,避免与现有实验的学生重叠,这样可以保证参加实验的学生有较大的实验空间。目前开放的实验主要分成两类,一类是面向化学工程与工艺的学生,主要选择化工原理实验中的研究型实验作为开放实验,另一类是面向全校非化工类学生开放的实验,主要是将部分综合性和设计型化工原理实验在实验内容上进行扩展,供有兴趣的学生进一步提高。
开放性实验主要与学生的科研技能训练、化工课程设计、毕业设计、学科竞赛、大学生科技创新活动等相结合,少部分与教师的科研相结合。学生可以根据自己的学习情况,自由组合选做一个或几个实验。开放实验的经费一部分来自学校的开放实验基金,另一部分来自教师的科研经费。开放性实验由一名教师总负责,每个实验都由一名指导老师负责。开放性实验的日常管理主要由指导实验的老师负责,负责对开放性实验所用实验设备的调试与维护,实验用药品的管理与发放,学生实验过程中,实验室实验老师给予配合,以保证实验的顺利进行。学生在实验前,必须针对所选择的实验写出比较详细的实验申请报告,包括实验要达到的目的、拟解决的问题、与实验相配套的主要测试仪器设备、实验药品、实验方法等。并与实验老师讨论研究后拟定具体的实验方案。
通过开放性实验,不仅使实验室的功能得到了进一步拓展,使学生在实验室中通过进行综合性与研究型实验参与工程实践活动,在一定程度上弥补了工科学生实习的不足。并且能够使学生掌握化工工艺与化工装置与设备的研究、开发和设计的初步能力。开放性实验教学还能够体现因材施教的原则,使水平与能力不同的学生在实验室中都能找到自己的位置。
同时,学生通过参加开放性实验,可以学习和提高为了完成一定的研究课题设计实验方案的能力;进行实验并观察和分析实验现象的能力;正确选择和使用测量仪表的能力;利用实验的原始数据进行数据处理以获得实验结果的能力;运用文字表达技术报告的能力。另一方面,学生通过参加开放性实验,可以将工程与工艺结合、科研技能训练与独立地分析问题解决问题的能力相结合,培养工科专业学生的科学素养和创新能力。
2.4 完善实验教学考评机制
传统的实验考核多以学生的实验报告为依据,这种考评方法容易忽略学生的动手能力、创新能力和综合能力,不利于评价学生的综合素质。化工原理实验成绩可包括两个部分,第一部分包括学生实验态度、回答实验问题的准确率、实验操作的规范性、实验中发现问题及解决问题的能力、实验结果以及对实验结果的分析与讨论、实验报告、实验成败的分析、对所用实验装置的评价和设计改进措施等,这部分占总成绩的60%,第二部分为最后的考试成绩占40%。这种考评方法不仅能较好的反映学生的综合素质,也使学生能够重视实验课程的学习并养成良好的学习习惯。
总之,化工原理实验教学对于工科学生工程素养及创新能力的培养具有重要作用,对学生工程意识、实验技能、科研能力和综合素质能力的提高是理论教学无法代替的。实验教学作为教学改革的一个重要组成部分也在不断创新与完善,实验教学在培养能够适应可持续发展需要和有创新能力的复合型人才中将发挥越来越重要的作用。
参考文献
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地方高校化工原理实验教学改革初探 篇9
但是化工原理实验教学改革却存在难点,化工原理实验装置各部件都是固定在一起的,无法随意拆卸与重新组合,并且在实验内容上较难有所扩展。另外化工原理实验装置部件大多是专用工业配件,价格较高,一旦出现损坏,往往会影响整套装置使用。为避免装置损坏,在实验前指导教师通常要用较长的时间详细地给学生介绍设备结构、工作原理、安全操作等方面的知识,在实验过程中也要随时指导与检查,这些措施对于维护实验室的正常运转是必须的,而且在较长一段时间内无法取消[5,6,7,8,9]。从以上分析可知,化工原理实验教学改革不能照搬某些实验改革的模式,必须针对化工原理实验的具体情况来探索一种有利于人才培养且可行的实验教改方案,我系在化工原理实验教学中做了以下改革尝试。
1 强调实验类型分类,对设计型实验进行项目化教学
将化工原理实验分为验证型实验、综合型实验和设计型实验。验证型实验主要包括理解实验原理、进行实验操作、综合分析讨论和实验报告的撰写的过程,基本上属于继承和接受前人的知识、技能,学习相关工作范畴,这是科学实验入门的基础训练。综合型实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验,其目的是培养学生灵活运用知识的能力和工程设计能力,提高综合实践能力和独立操作能力。设计型实验是指学生根据给定的实验任务,自行设计实验方案、组织实验系统、独立进行操作并得出结果的实验,旨在培养学生的创新意识和创新精神、提高学生分析问题和解决问题的能力。设计型实验具有实验技能的综合型、实验操作的独立性和实验过程的研究性的特点。因此,设计型实验在化工原理实验中具有重要的作用。在化工原理实验教学改革中,对于设计型实验我们实行项目化教学。
所谓项目化教学,就是学习过程围绕某个具体的项目,充分选择和利用最优化的学习资源,在实践体验和探索创新中获得较为完整和具体的知识,形成专门的技能[3]。
1. 1 确定相关 “项目” 的实验方案
在学生经过一定数量的基础性实验训练,掌握了较为系统的实验基本知识和基本技能之后,由教师对实验室现有实验设备能够提供的设计型实验项目进行筛选,从中确定适宜的实验项目。项目应体现综合性强、难度适中和操作性强等特点,确保学生在顺利完成实验的同时能够对本学科的内容产生浓厚的兴趣和自主学习的动力。每个小组由3 ~ 4个学生组成,每个小组在选定设计型实验项目后,查阅文献资料,了解该实验项目的国内外研究动态,并将查到的资料进行归纳整理,以小组讨论的方式确定实验方案。制订实验方案的主要任务是根据实验目的和实验任务的具体要求,寻求科学、可靠的有说服力的实验原理; 依据实验原理,拟定实验方法; 根据实验方法合理选择仪器,准备实验器材; 仔细分析实验过程中可能出现的各种问题,并拟定好消除或减少这些问题的措施和办法; 最后确定实验的具体步骤并提出实验实施中应注意的事项。设计方案完成后,交由指导教师审核合格后,学生既可进行实验。
1. 2 相关 “项目” 的实施
这是整个设计型实验实施的关键部分,也是实验的主体阶段。学生根据自己最佳的设计方案来安排实验,独立完成药品的配制、仪器的准备和仪器的安装与调试; 根据拟定的实验步骤进行实验操作,观察实验现象,准确无误地记录实验数据。指导教师应全程跟踪学生的实验过程,以便及时发现和解决实验过程中遇到的各种问题,正确引导学生顺利完成实验。
在上述化工原理实验教学改革中,化工原理实验从单一的验证型实验向验证型、综合型、设计型实验三者共存转变。并在将设计型实验进行项目化的过程中充分发挥了学生的主观能动性。学生为了完成一个实验任务即“项目”,主动查阅相关资料,制定实验计划,写出步骤等,这个过程实际是学生逐步建立工程概念、运用已有知识解决问题,并对未知领域进行探索的过程[4]。学生个体知识和思维的不同会提出不同的实验计划和实验步骤,这样就对指导老师的专业素质和综合能力提出了更高的要求,同时师生可以相互学习,所以在化工原理实验教学中师生可以真正互动,真正做到教学相长。
2 增加计算机在实验数据处理中的应用
利用Excel、Origin等计算机软件对实验数据进行处理,不但可以提高数据处理的准确性,而且还可以提高实验报告的完成质量。学生在这一过程中学会用计算机相关软件进行数据拟合、绘制复杂图的方法技巧,提高了计算机运用能力,同时实验课的教学质量也得到了提高。
3 成绩评定方式的探索
化工原理实验课成绩评定的合理化、规范化和科学化能激励学生的学习积极性和主动性,保证教学活动的正常开展并促进教学质量的提高。我们在教学改革中采取以下成绩评定方式,总成绩 = 实验预习成绩 + 实验操作成绩 + 实验报告成绩 +实验操作考试成绩。
3. 1 实验预习报告考查
实验预习成绩是由学生完成的预习报告和通过预习对实验装置的了解程度来决定,这项举措促进了学生对实验预习的重视,由于课前学生进行了较好的预习,因此实验内容、流程、步骤、相关理论等可以略讲或不讲,而采用提问的方式请学生讲。如能量转化实验,可以先请一位同学介绍流程。待同学讲完后重点强调操作难点和重点,促进了学生学习的主动性。
3. 2 实验操作成绩
实验操作成绩主要由学生在实验过程中对设备的操作情况、数据获得情况、仪器仪表的使用方法和故障排除情况等来决定。为了考查每个学生对实验的整体掌握程度、实验操作的正确性、实验过程中的动手能力以及实验态度,教师在实验过程中要勤走动,细观察,随时把握学生的状况,并对学生的相关实验的操作要点进行提问和详细记录。
3. 3 实验操作考核
在每次上课前不仅要对本次的实验预习情况进行提问,还要对上次实验操作要点进行操作考核,并记录考核成绩,以此激励学生学习和实验操作的主动性并及时了解学生的掌握情况; 学期末进行的实验操作考试采取抽签决定考核实验项目的办法,学生按老师的要求完成相应的操作并回答老师提出的与实验装置结构、流程、操作、原理等相关问题,由考核教师给出学生的实验操作考试成绩。实验考核的综合评分制度在成绩评定上保证学生的实验主体地位,发挥他们主观能动性,提高学生发现和解决问题的能力,有利于学生创新能力的培养和提高。
3. 4 实验报告考核
实验报告是所完成实验的全面总结和系统概括,是实验工作不可缺少的环节之一,也是表达实验过程和结果的文字材料。因数据处理较为繁琐,因而学生最易抄袭数据处理过程。为此要求至少列出一组原始数据的数据处理过程,包含指明哪组数据、完整的计算式、代入数据及计算结果。在每次上课前并要求其上交上次实验报告,抽查重点数据处理过程,避免抄袭数据处理过程。
4 结 语
化工原理实验是一门实践性、工程性极强的主干课程,在我们的教学改革中,整个实验过程既注重学生基本技能的训练,培养其独立分析问题和解决问题的能力,又考虑到创新性,促进学生进行科学创新,激发学生的学习兴趣,有利于提高学生的动手能力、解决实际工程问题的能力,不断提高教学质量,提高学生的综合能力。
摘要：结合《化工原理实验》课程的特点,本文介绍了对《化工原理实验》进行的教学改革,即通过强调实验类型分类、对设计型实验进行项目化教学、增加计算机在实验数据处理中的应用和探索成绩评定方式,激励学生的学习积极性和主动性,培养学生的工程概念和工程意识,促进学生实践能力和创新能力的发展。
关键词：化工原理实验,教学改革,项目化
参考文献
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化工原理实验 篇10
化工原理实验台是化工原理实验的重要的基础实物平台。现在化工原理实验室中使用的实验台很大一部分已经过于陈旧, 与现有实验设备不相配套;更有些实验台的设计只是考虑了工程功能的实现, 而忽略了人机界面等因素的设计, 在使用过程中带来了很多不便。本文结合某高校化工原理实验台改造任务, 从工业设计角度出发, 对化工原理实验台在人机工学、造型设计、色彩设计等方面进行重新设计, 使实验台结构更符合实验流程及现代仪器仪表的设计要求, 方便教学使用。
1某高校化工原理实验台现状分析
该设计任务主要是需要完成对“流体流动阻力的测定实验”、“流量计校核实验”、“离心泵性能参数的测定实验”所需实验台的改进。现有三个实验的实验台都是独立的。
1.1现有实验台结构
现有化工原理实验台结构见图1—图3所示[1]。
1.2 现有实验台存在的问题分析
这些实验台的使用年限都已经很长, 在最初设计时只考虑到了功能是否满足要求, 忽略了人机界面等因素的设计。例如, 管路系统复杂且有反复交叉的现象, 给观察实验过程带来不便;显示仪表的位置过高或过低, 尤其是玻璃管压差计需要蹲下身体或者抬高视线观察数据, 这样会带来较大的读数误差;大部分实验台没有一个统一面板, 各仪器、仪表随意散乱的布置, 没有条理, 容易引起误操作。
杂乱的外观及容易引起人的视觉疲劳, 使实验者心情不能愉悦, 容易产生疲劳的感觉。这样的设计是不符合现代仪器仪表的设计要求的[2]。
2 化工原理实验台设计方案
2.1 总体设计
分析发现, 流体流动阻力测定实验台、流量计校核实验台、离心泵性能参数测定实验台, 这三个实验台所需的实验设备和实验仪器有许多是相同的。由此, 本文认为可以将三个实验台整合设计成为一个流体力学综合实验台。新实验台分为不同模块, 应用不同模块可以完成不同的实验内容。
考虑到化工原理实验的教学功能, 本文设计中仍选用传统的机械式仪表, 管路系统采用开放式。为了方便实验操作, 加入了实验台操作面板。总体设计方案见图4。
2.2 人机工学设计
本文设计的流体力学综合实验台是坐立姿实验台, 可以改变操作者单调的操作姿势, 有助于延缓人体疲劳和提高工作效率。其操作台高908 mm, 是坐姿操作的合理高度, 当立姿时也能较为舒服的进行操作。人在进行低于胸部位置的操作时, 作用于水平向下的力较垂直向前的力更大, 且向下动作更为舒服, 更为符合人机工程学原理, 所以电机控制面板采用水平放置。
垂直面上的最高动作位置为高1 970 mm的阀门把手, 最低为900 mm左右的阀门把手, 这些都在立姿操作时人体的臂及范围内。而主要的显示仪表就是U型管压差计和两个操作面板上的压力表, 高度分别为1 370 mm、1 200 mm, 不论采用坐姿还是立姿都可以较为方便的观测。
2.3 结构及造型设计
按照实验原理的要求结合实验台设计的人机工程学分析进行化工原理实验台详细设计。结构设计方面应满足强度要求, 符合人机工学尺寸。造型方面应考虑美观、安全等因素, 避免尖角、干涉等不合理造型[3]。
(1) 底盘的设计:由于化工原理实验台的总体重量较小, 采用8号槽钢承重, 8号角钢为筋, 已完全满足要求且有较高的安全系数, 故无需进行受力分析。其外形及尺寸设计见图5。
(2) 电动机、离心泵的选择:电动机与离心泵是可以采购标准件, 无需设计。由实验原理为参考依据进行型号的选择。电动机可采用普通三相电动机, 型号定为YY—8022三相异步电动机, 离心泵实验原理规定用2B19A型离心泵。
(3) 水箱的设计:由于离心泵性能参数测定实验所需水量较大, 为保障水泵用水应选用较大的水箱。
(4) 面板设计:面板是一些仪器、仪表安装及显示的载体平台, 同时起着分隔实验台上下两部分的作用, 也是实验人员记录数据、放置物品等的工作面, 因此力求操作方便, 结构简单、明快, 没有间隔。
(5) 电动机控制盒:电动机控制盒是控制电动机运转的仪器, 同时也起着显示电动机功率的作用, 采用半沉式安装在控制面板上的左下方开口中。
(6) 支撑框架的设计:支撑框架是起着对上部零部件的支撑作用的金属框架, 由不锈钢方钢管构成。
(7) U形管压差计设计:U形管压差计是一种最基本的液柱式压强计, 用一根粗细均匀的玻璃管弯制而成, 内装工作指示液。由于指示液与玻璃管会发生毛细管现象, 所以所用玻璃管内径不小于5 mm, 本文选用内径10 mm的玻璃管。
2.4 界面设计
本实验台功能是由一套管路系统、一套电动机水泵系统外加测量数据的各种辅助仪器来实现的。在满足实验要求的前提下, 本文将这些功能整合到一个外形规则的平台上面。而平台的设计在满足实验要求的前提下, 通过人机工程设计进行优化, 从而使实验台既能满足实验功能要求又能满足人性化要求。
本方案还用压力传感器、温度传感器等电子器材取代老式的压力表、玻璃管温度计等器材。这些电子器材具有体积小、可以远距离传输测量数据等优点, 这样就可以将测量仪器放置到测量位置, 将显示数据的显示器规则的整合到显示面板上, 便于实现集中操作。
为了实验室记录数据的方便, 本实验台在外形框架上添加一个水平面板, 可以作为记录数据时写字面板。
2.5 色彩设计
根据色彩设计原理, 红色属暖色, 它使人联想起火焰、霞光等物象, 感觉活泼、热情、激动、愉快, 经常用于警示作用;蓝色作为一种收缩感最强的颜色, 本身是典型的冷色, 表示沉静、理智、高深、透明等含义, 常用于理性、思考等内涵设计。黄色明度高, 具有轻快、活泼、健康等印象, 常用于警告或暖色调设计[4]。
在本方案的设计中, 我们把主体框架选用蓝色防锈漆, 体现科学实验的理性、思考等内涵。流体管路采用不锈钢材质, 体现金属的质感, 同样会激发使用者理智、科学的思考等。压差计刻度、停止按钮等使用显示清晰、具有警示作用的红色。
3 结论
本文以工业设计原理为指导, 从人机工学、造型设计、界面设计、色彩设计等方面对某高校化工原理实验台进行了重新设计, 得到了用户的好评。用工业设计原理对实验台设计进行改造, 为实验台设计、仪器仪表等实验设备改造提供了一种新的思路。
参考文献
[1]孙亮.化工原理实验.东营:中国石油大学 (华东) 化学工程研究所, 2007
[2]丁玉兰.人机工程学 (第三版) .北京:北京理工大学出版社, 20
[3]杨裕富.产品设计方法论.长春:吉林科学出版社, 2004
