新工科背景下化工基礎實驗教學改革與探索

新工科建設不僅要發展新興工科專業，還要推動現有工科專業的改革創新。化工基礎實驗是以處理工程問題的實驗研究方法為特色的專業基礎實踐課程，在大力推進發展新工科的背景下，必須積極進行化工基礎實驗教學改革，強化學生工程實踐能力和創新能力。本文針對目前化工基礎實驗教學所暴露的問題，對新工科背景下該課程的教學改革進行了初步的探討和研究。
1、化工基礎實驗教學現狀
化工基礎實驗作為一門集專業性、工程性和實踐性于一體的專業實踐課程，對于培養化工類人才具有不可替代的作用，對整個專業人才的教育培養也有著意義深遠的影響。然而，目前化工基礎實驗的教學，無論是從“教”還是“學”的角度，都存在諸多亟需改革的問題。
1．1學生方面存在的問題
新工科背景下學生方面存在的問題包括外界對學生的影響及學生自身的問題。受諸多因素的影響，當下許多學生沉迷網絡、游戲、小說等無關學習的事情，根本無心學習，他們沒有足夠的時間來進行化工基礎實驗的預習和探究。還有部分學生只是心系考研，因而只意識到化工原理理論知識的重要性，只會做題解題，認為化工基礎實驗根本不重要，從而被動地去完成課程任務。此外，化工基礎實驗一般耗時較長，需要大量的時間等待儀器、儀表的穩定，在實驗等待的階段，不少學生無所事事，閑聊、玩手機、瀏覽信息等成為常態，這些都是學習主動性不高的表現。
還有部分學生因未能掌握學習化工基礎實驗的方法而導致學習效果不佳。例如，盡管教師大多要求學生實驗前必須充分預習，但大部分學生僅能完成基本的預習任務，無法深入地去研究將要進行的實驗。此外，化工基礎實驗報告的數據處理、實驗分析、實驗討論和思考題的解答等經常會出現大面積雷同的情況，有的甚至連錯別字都完全一樣。
1．2教學方面存在的問題
化工基礎實驗基本上囊括了化工原理教材和化工生產過程中的所有單元操作。由于實驗場地和實驗設備等條件限制，學生通常以小組為單位合作完成一次實驗，這就不可避免地帶來許多問題］。小組合作雖然可以給學生之間的交流提供諸多便利，但也給渾水摸魚、濫竽充數的同學提供了掩護。此外，教學方法和體系不適應新工科背景也是一個較為突出的問題。例如化工基礎實驗的驗證性實驗設置過多，而設計性實驗和綜合性實驗偏少，這不利于充分調動學生的能動性，也不利于學生對化工基礎實驗知識的深入探索和拓展。又如部分教師按照傳統的教學模式來進行教學，把整個教學過程分為講解、演示部分操作、布置實驗任務和課下批改實驗報告。按部就班的流程造成部分學生以敷衍的態度對待這門課程，加劇了抄襲現象的發生，難以使學生借助這門課程提高工程實踐能力。
此外，化工原理理論教學與化工基礎實驗教學聯系不夠緊密。例如，由于目前的實驗教學不能與理論教學完全同步、學生的前期基礎掌握不等，導致化工基礎實驗的開展很難達到鞏固知識，理論聯系實際的目的。而將化工原理和化工基礎實驗這兩門課程有機結合起來，可發揮“1+1＞2”的協同教學作用。例如學生在整理離心泵性能實驗和傳熱實驗數據的過程中，促進了對化工原理相關知識的理解，對公式中的各種參數有了深刻的理解。
1．3考核方式方面存在的問題
化工基礎實驗的考核方式一般是通過實驗報告成績和書面考核成績的形式確定學生的最終成績，實驗報告成績和書面考核成績各占一半。由于實驗報告數據往往在課后處理，因此出現不少抄襲現象。而實驗課程考試也大多數是簡答題，難以客觀反映學生的知識綜合應用能力、工程素養和創新能力。我院化工基礎實驗教學團隊在多年的實踐教學過程中積累了一些經驗，通過靈活運用多種教學方法，采用以教師和學生為雙重主體的教學模式，在化工基礎實驗“教”與“學”的相互促進方面進行了一些有益的探索。但是，隨著新工科發展的迫切需要，原有的教學模式及考核方法已經很難滿足培養高素質工程技術人才的需求。因此，如何抓住化工基礎實驗課程的精髓，指導學生真正理解和掌握基本概念，培養學生整體意識、全局觀念，促使學生樹立工程思想，成為化工基礎實驗改革中的重點。
2、新工科背景下教學改革的思考
就“教學”而言，“教”固然重要，但是它只是一種手段、一種途徑，“學”才是其真正的主體，才是提高教學質量和收獲成果的關鍵因素。
2．1注重培養學生興趣
興趣是最好的老師，教的再好也不如讓學生對實驗產生真正的興趣。培養學生的興趣，一方面可以將新方法、新技術、新設備引入到化工基礎實驗課堂中，例如開展超臨界二氧化碳萃取實驗、反應精餾實驗等。另一方面可以鼓勵學生參加化工基礎實驗競賽，利用競賽內容的新穎性和活動的競爭性，激發學生不斷參與實驗的積極性和主動性。例如，在2018年上半年開展化工基礎實驗本科實驗教學前，筆者先告知學生當年全國大學生化工實驗大賽華東區賽參賽同學的名單將采取校內競賽方式選拔出來，因此，開展實驗教學時大多數同學學習熱情都空前高漲，最終筆者選拔出3組(9名同學)參賽，其中2組同學獲得全國大學生化工實驗大賽華東區賽一等獎、1組同學獲得仿真單項獎，并且一支隊伍順利進入全國總決賽。
由于在平時的化工基礎實驗課程學習中積累了扎實的基礎，加上賽前的輔導和團隊協作精神的發揮，在華東理工大學舉辦的2018年全國大學生化工實驗大賽總決賽中，我校參賽的3名同學獲得了全國一等獎的好成績。
2．2教學方法靈活多變
首先，化工基礎實驗過程中應該多采取引導、啟發和探討等方式，鼓勵學生積極討論實驗過程和實驗方法、通過深度思考后再處理數據得出結論、獨立撰寫實驗報告。例如，在開展傳熱實驗前幾天，筆者告知學生這個實驗的講解將會隨機選幾名同學主講，然后老師予以糾正和打分。學生們在實驗開始前都能進實驗室認真觀察裝置、并認真學習了老師提供的實驗視頻，實驗開展時幾名同學的講解都很好，學生做實驗的效果也有較大地提高。
其次，還要注重實驗課程與理論課的有機結合，例如上化工原理課時提前為實驗課做準備。一方面，筆者要求學生學習每個單元操作的理論課前先去看一下設備模型、實驗室的實驗裝置，在課堂上會與理論講解同步播放一些實驗過程的視頻，使得學生對抽象難懂的概念和裝置做到心中有數，因此理論課學習事半功倍。另一方面，筆者對化工基礎實驗的教學時間進行調整，使得化工原理每個單元操作理論學習完成后能及時開展實驗學習，全面提高學生的實驗綜合素養。
2．3探索新型實驗模式
為了解決目前化工基礎實驗課程中部分項目內容陳舊、缺乏新穎等問題，必須加快建立健全實驗內容和條件的更新機制。首先，可以通過對企業的生產現場、人才需求等進行調研，第一時間掌握化工行業最新的技術及發展方向，為人才的培養和實驗模式的制定提供方向。其次還可以充分利用虛擬仿真等新技術，將反應條件困難或是危險的實驗進行模擬實驗。此外，開展實驗時，可以先讓學生完成基本實驗任務，然后提出一些綜合性的任務，激發學生學習的積極性。例如吸收實驗，一開始讓學生完成基本的填料塔流體力學性能試驗和基本的吸收實驗，然后進行拔高。筆者給定了一個實驗室生產任務，讓學生根據給定的塔頂、塔底組成等，自己設計適宜的液氣比和操作條件，完成實驗室生產任務，激發了學生的進取心，實驗效果良好。
2．4嚴格規范考核方式
針對不少實驗過程中抱有“渾水摸魚”想法的同學，筆者改革了實驗課的考核模式，改革后課堂表現部分占最終成績的20%。一方面，加大巡查力度，使得在實驗過程中“偷懶”的學生平時成績會大打折扣。另一方面，加強了實驗過程中的考核。例如精餾綜合實驗，當做完全回流實驗后，筆者立即要求每組的每名同學計算最小回流比，下一步實驗要根據學生計算的最小回流比確定實際回流比開展部分回流實驗。通過課堂考核既能有效減少課后實驗報告的抄襲，又能充分體現學生學習的“差距”，激發不努力的同學后面更加努力。對于期末考核，增設了許多工程性、綜合性的問題，全面考核學生的工程思想和綜合素質。總而言之，教改后的考核方式應能加強學生對實驗操作方法和技能的掌握，以及分析問題和解決問題能力的提高。
3、總結
新工科的浪潮下，新型化工專業人才的培養面臨著嚴峻的考驗，同時化工基礎實驗課程作為實踐型人才培養的基礎，教學改革也勢在必行。圍繞新工科發展的內涵及意義，針對目前化工基礎實驗教程中存在的問題，筆者提出了上述幾點思考，希望能夠讓教學改革循序漸進、逐步推進，師生共同取得最終的改革成果。