基于OBE理念的化工专业实验课程教学改革探索——以煤焦化实验为例.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：基于 理念的化工专业实验课程教学改革探索 以煤焦化实验为例景介辉，徐秀梅，宋微娜，赵艳红，钟乃良，宋春来（黑龙江科技大学环境与化工学院，黑龙江哈尔滨 ）摘要：基于 教学理念，在化工专业实验课程教学体系研究基础上，探讨了化工专业实验课程目标、教学条件、教学内容、考核标准和能力培养目标之间的关系。围绕高素质应用型人才能力培养目标，进行教学条件建设、充实教学内容、改进评价和持续改进机制等教学改革，构建以能力目标培养为核心的化工专业实验课程教学体系。关键词：教学理念；化工专业；化工专业实验；能力培养中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；化工专业实验是以“化工热力学”、“化学反应工程”、“化工工艺学”等课程内容为理论基础的实践类课程，培养学生具有运用专业知识分析和解决化工领域复杂工程问题的能力。学校化工专业在以往化工专业实验教学中，部分实验项目受到实验室的硬件条件、场地、环保和安全限制，缺少相关实验设备，采用虚拟仿真实验或类似实验替代，如煤焦化实验，需要构筑实验焦炉、熄焦和荒煤气处理等装置，仅采用煤炭工业分析、胶质层指数测定或黏结指数测定等煤质特性测试，综合分析煤炭炼焦性能，学生只能预判煤炭可能具有较好的炼焦性能、无法得到客观的炼焦性能结论，主观上造成学生工程实践能力不足，客观造成学生无法进行理论深入分析和探索，不利于学生综合能力培养和创新意识培养。教育理念以学生为中心，强调学生能力和发展实效导向，注重学生工程实践能力的提升，培养学生发现、分析和解决复杂工程问题的卓越能力。基于 理念，学校化工专业依据人才培养目标定位，明确人才能力培养要求，以煤焦化实验教学改革探索为例，落实能“实”不“虚”、“虚”“实”结合和重在能力培养的教学理念，通过增加教学硬件投入、优化教学内容、改进教学模式、完善评价方法等进行教学改革探索，建立以提升能力目标为导向的课程教学、评价和持续改进机制，构建课程目标有效支撑人才能力培养的课程保障体系，不断提升我校化工专业应用型人才培养质量 ，。以学生能力培养为导向，建立支撑人才培养的化工专业实验课程目标落实学生中心、产出导向的 教学理念，基于课程体系支撑能力培养的内在要求，明确新修订的化工专业实验教学大纲的课程目标内涵，建立支撑应用型人才培养的化工专业实验课程目标。）掌握比较典型的化学实验仪器设备和基本分析方法，能够实施化学领域内相关实验的测试和分析工作，获得准确的实验数据，以科学严谨的态度，安全开展化工专业实验工作。）能够运用化工专业分析方法和测量技术手段，具备从事化工专业实验设计、开发和研究的能力，通过实验数据分析和信息综合，研究化工领域复杂工程问题，得到有效的结论。依据课程培养目标要求，缺少实验装置、实践操作和焦化产品测试分析的煤焦化实验，仅靠工业分 年 月云南化工 第 卷第 期 ，析、胶质层指数测定或黏结指数测定等煤质特性测试，来评价煤炭炼焦性能，达不到煤焦化实验部分的课程目标要求，构建符合人才能力培养要求的煤焦化实验装置，开展符合学生能力培养的教学内容，建立合理的学生能力评价机制，已成为实现学生能力目标培养的迫切要求 。围绕化工专业实验课程目标，构建科学合理的化工专业实验课程平台依据课程目标，按照支撑学生能力培养目标实现的硬件教学条件需要，构建化工专业实验课程教学平台。以煤焦化实验为例，常规实验焦炉和湿法熄焦的实验装置，由耐火、蓄热、保温材料和钢构件等构筑实验焦炉，产生的荒煤气直接放散到大气；熄焦过程，采用大量冷水浇覆冷却高温焦炭，产生富含少量粉尘的水蒸气，存在设备庞大、占地面积大、缺少化产回收工艺、炼焦和熄焦过程产生废气污染等缺点，多应用大型焦化厂和相关研究机构，显然不适用高校化工专业实验室。根据煤焦化工艺原理，学校化工专业实验室与生产厂家合作研发实验版煤焦化实验装置，见图 。其工艺流程是，在高温绝氧条件下，管式焦化炉中的煤炭焦化得到焦炭，同时副产较高温度的粗煤气，经过初步空冷除尘、低温冷却、脱氨、脱硫和脱芳烃等脱杂、化产回收过程，得到清洁煤气。加热温控装置；筒式加热炉；管式焦化炉；稳压罐；惰性气体储罐；空冷除尘器；冷却循环控制装置；煤气冷却器；脱硫净化槽；脱氨净化槽；芳烃吸收槽；煤气流量计；煤气储罐图 煤炭焦化实验装置示意图筒式加热炉由电加热系统温控在 ，炼焦配煤在管式焦化炉被加热发生高温干馏焦化反应，利用增减压砣方法调整配煤堆比重，当焦饼中心温度达到 时，停止反应，通入惰性气体，采用干法熄焦得到焦炭，通过转鼓实验可得到焦炭机械强度；在配煤焦化过程中，产生含有少量粉尘、水蒸气、焦油、粗苯、硫化氢、氨等荒煤气，采用双级串联冷却系统，即采用具有底部圆锥结构的空冷除尘器和立式管壳式换热器（具有间壁换热结构，冷却循环控制装置为单级压缩制冷系统），利用不同冷却单元可以有针对性除去少量粉尘、部分水蒸气和焦油；利用内置硫酸脱氨净化槽、内置碱液脱硫净化槽、内置洗油吸收槽吸收荒煤气中氨气、硫化氢和粗苯等副产物，分别计算出不同化工产品的产率，通过湿式煤气流量计得到清洁煤气体积。通过新建的煤焦化实验装置，实现由过去简单的煤质特性测试实验到复杂工艺煤焦化实验的教学手段转变，提升学生解决复杂工程问题能力和综合创新的培养。根据化工专业实验项目特点，结合能“实”不“虚”和“虚”“实”结合的实践课程教学要求，化工专业实验室购置气液相平衡测定装置、液液相平衡测定装置、反应器停留时间测定装置、乙苯脱氢制苯乙烯实验装置、乙醇气相脱水制乙烯实验装置、反应精馏法制醋酸乙酯实验装置、气固相催化反应实验装置等，结合实验室原有的虚拟仿真实验系统，构建起“虚”“实”相结合的化工专业实验课程教学平台，在专业实验教学过程中，实现学生工程操作、分析、解决、设计工程能力提升，同时，培养学生树立安全、环保、节能和质量以及可持续发展意识 。按照学生能力培养的客观要求，科学合理安排实验教学内容和任务以学生能力培养为支撑点，以教学内容为桥梁，以教学任务为驱动力，构建以实现课程目标为主线的化工专业实验教学体系。依据煤焦化实验教学目标和要求，将煤焦化实验由学时增加到 学时，在原有的煤炭工业分析、胶质层指数测定或黏结指数测定实验基础上，新增配煤、焦化、焦炭质量、粗煤气冷却和净化分离等新的实验内容，引导学生对清洁煤气和惰性气体（熄焦后）热量进行综合利用的拓展探索。煤焦化实验 年 月云南化工 第 卷第 期 ，教学内容包括课前预习、实验操作、实验态度、团队合作、实验分析、数据处理、归纳总结、报告评定等教学环节质量要求，根据各教学环节内容完成质量，以此为观测点评价学生相应能力目标实现情况，见表。表 课程目标、能力培养、教学内容和任务相关性课程目标能力培养教学内容教学任务目标 扎实专业知识实验内容和仿真实验预习、实验数据分析、理论探讨和报告撰写等实验内容和仿真实验预习、图表绘制及实验报告撰写分析问题能力煤种选择、配煤配比、配煤堆比重、产品产率等对焦炭质量和产品影响煤质分析、配煤指标、产品检验及收率数据分析研究操作实践能力煤质特性测试、配煤计量准备、焦化各设备间安装、炼焦参数设置、熄焦操作、焦碳强度测试等完成煤炭工业分析、胶质层指数测定，炼焦设备连接、实验参数设置，焦炭工业分析、机械强度测定等任务工程安全意识高压气体、可燃气体、电气设备、高温设备等安全使用和预防可能出现安全问题意识，明确安全规范操作意义，通过实验安全考核，达到实验室准入要求以及安全操作等通过安全培训和考核，在实验过程中水、电、气、高温和易燃气体以及实验设备等安全规范使用，建立起安全生产、规范操作工程意识目标 解决问题能力设备安装调试、炼焦过程安全、配煤合理参数选择、调整配煤堆比重、焦炭成焦程度烤制、荒煤气净化、产品回收、实验过程环保等问题选择合适煤种，进行有效配煤，解决炼焦过程中温度、时间、配煤堆比重、熄焦参数等对焦炭质量影响问题开发设计能力根据煤焦化实验课程目标和任务要求，查阅相关资料，设计配煤方案，设计炼焦温度、时间、配煤堆比重以及熄焦时间和用气量等参数煤种选择和配比方案、焦化方案参数选择和设置、熄焦方案参数选择和设置、确定提升焦炭强度方案等创新研究能力配煤配比、堆比重、炼焦参数对焦炭质量影响、配煤煤种选择对化工产品产率的影响、炼焦过程产生的环境、安全和能量综合利用等问题探索煤种选择、配比对焦炭灰分、强度等参数影响，探索炼焦时间、温度、配煤堆比重等对焦炭强度影响，探索配煤配比对产品产量影响综合素质培养分组团队实验，在实验预习、实验过程中，注重安全、环保、节能、产品质量、团队分工与合作等相关任务布置和内容考核，帮助学生树立责任意识、工程意识和质量意识帮助学生树立安全、环保、节能、工程意识，培养学生团队合作和个人职责意识，建立起质量、效益、环保、节能和可持续发展意识通过搭建煤焦化专业实验平台，合理设置实验教学安排，由过去简单的煤质特性性能测试分析到复杂的煤焦化工艺专业实验的实现，体现出学生解决复杂工程问题能力和综合创新能力的培养。根据化工专业实验项目特点，结合能“实”不“虚”和“虚”“实”结合的实践课程教学要求，化工专业实验室购置气液相平衡测定装置、液液相平衡测定装置、反应器停留时间测定装置、乙苯脱氢制苯乙烯实验装置、乙醇气相脱水制乙烯实验装置、反应精馏法制醋酸乙酯实验装置、气固相催化反应实验装置等，结合实验室原有的虚拟仿真实验系统，构建起“虚”“实”相结合的化工专业实验教学平台，在专业实验教学过程中，实现学生工程操作、分析、解决、设计工程能力提升，同时，培养学生树立安全、环保、节能和效益以及可持续发展意识。按照实现课程目标达成的内在要求，构建合理的课程目标达成评价标准围绕化工专业实验的两个课程目标，按照能力目标达成的内在要求，制定与之相对应的考核标准，具体评分、内容、标准和方法见表 。表 化工专业实验课程考核内容、考核要点和考核分数占比课程目标考核内容、考核要点和考核分数占比考核内容考核要点分数目标 实验预习掌握实验原理和相关理论知识，了解实验设备和操作步骤，了解实验安全、环保知识，团队分工明确，实验方案合理可行，仿真实验、安全考核成绩合格 实验报告（）内容完整，语言流畅，层次清晰，撰写规范 实验操作实验态度严谨，内容熟练，操作安全规范，成员各司其职，动手能力强，实验过程安全有序，针对实验过程遇到的问题，能够有效分析和现场解决问题 素质培养（）遵守实验室纪律，熟识现场安全标识，安全防护到位，水、电、气以及测试仪器、炼焦设备安全操作 年 月云南化工 第 卷第 期 ，表（续）课程目标考核内容、考核要点和考核分数占比考核内容考核要点分数目标 数据分析处理能够正确实施实验方案，针对现场问题提出解决方案并有效落实，实验数据记录规范、完整和准确，数据分析处理正确，误差分析合理，结论正确可靠。实验报告（）资料查阅正确，逻辑合理，图表正确，原理、参数和公式采用正确，能够理论联系实际，研究探索内在联系和规律，体现一定创新意识，结论合理可靠 素质培养（）在预习、实验过程、报告中，注重安全、环保、节能、质量、团队分工与合作等内容考核，体现学生责任意识、工程意识、质量意识和可持续发展意识 通过课前实验预习、查阅资料和仿真预习相结合，学生了解实验项目目的、原理和内容，考核学生自主学习、初步提出问题和确定解决方案能力；实验教学过程中，培养学生掌握化工设备结构、原理、操作、控制及安全、节能等工程知识和技能，具有团队沟通和合作能力，增强学生安全意识、节能意识、质量意识、环保意识和团队意识，考核学生在工程实践过程中的操作能力以及分析问题、解决现场问题的能力；数据分析处理和实验报告撰写过程中，通过实验过程分析、规律总结、误差分析以及实验报告撰写，培养学生分析、解决复杂工程问题能力，树立科学、严谨、求实的学术精神，考核学生通过实验数据分析、处理和信息综合，具备解决工程问题的能力和综合素质 。根据课程目标达成的评价标准，对课程目标达成情况进行评价分析基于学生能力培养情况考核，采用过程性考核法、行为观察法和上交材料评价法等对学生化工专业实验课程目标达成情况进行评价。过程性考核法主要通过实验预习、实验操作、数据采集、实验报告等教学环节进行评价；行为观察法主要依据学生遵守实验纪律、实验过程态度和操作规范性，通过行为观察量化进行评价学生能力达成情况；上交材料评价法主要通过预习报告、实验记录和实验报告相关考评材料进行量化打分 。实施课程目标百分制，细化课程目标构成的各项能力培养情况考核，采取各能力目标评分累加计算评价课程目标达成情况，通过对化工专业 级 级化工专业实验课程目标 、进行评价分析，发现课程目标 、中涉及相关专业知识、各项能力和综合素质培养不足的问题，及时在下一级学生教学过程中，有针对性在教学内容、方法和手段等进行改进。在化工专业实验课程教学过程中，落实 教学理念，以学生能力培养为核心，以学生能力提升为导向，坚持问题导向的持续改进教学内容、方法和手段等教学改革，及时发现实践教学过程中的问题，做到有的放矢、持续改进，形成以学生能力不断提升为导向的教学评价及改进机制，不断提升学生专业能力和综合素质培养。参考文献：赵秋萍，赵胜斌，张秀君 基于 理念的“化工原理实验”教学模式探索 以“精馏实验”为例 安徽化工，（）：周晨亮，赫文秀，吴刚强 工程教育认证对 化工专业综合实验 教学改进的研究 广东化工，（）：闫浩然，郭雨，刘川，等 工程实践能力培养视域下化工原理实验教学改革研究 化学工程与装备，：李月红，原怀保 工程教育认证下化工综合实验平台的建设与实践 广州化工，（）：畅志兵，王彩红，曹俊雅 工程认证背景下化工原理实验“四位一体”教学模式的探索 广东化工，（）：收稿日期：基金项目：黑龙江省教育厅高等教育教学改革项目（项目编号 ）。作者简介：景介辉（），男，黑龙江鸡西人，博士，教授，主要从事化工工艺理论与实践教学研究及相关教学管理等方面的工作。：