科学方法在《化工原理》实验教学改革中的应用

张佳丽，仪桂云

(河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作 454000)

科学方法是人类科学实践的产物，并且随着科学的发展不断得到充实和提高。科学的发展往往依赖于科学方法的正确运用，科学技术的重要突破往往依赖于科学方法的重大变革和创新。科学方法的创立、移植和渗透，已成为一系列重大发现的转折点、一系列边缘科学的生长点［1］。《化工原理》是高校化工类学生必修的一门专业基础课，《化工原理》实验教学举足轻重，是培养学生运用基础理论、分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的重要平台，是培养学生实践能力、创新能力、科研能力和综合素质的重要环节。《化工原理》实验教学改革应站在科学方法论的高度，在教学内容与教学模式的改革中，应注重对学生进行思维方法的训练，提高学生分析问题、解决问题的能力。

1 运用科学方法促进实验教学内容的改革

科学思维方法有感性思维方法(观察、实验)、理性思维方法(科学抽象、归纳和演绎、分析和综合)和非理性思维方法(想象、直觉和灵感)等［2］。人们认识问题往往由浅入深，由简单到复杂，由感性到理性，由单一到综合。锻炼多种思维方法而不是单一的思维方法是培养学生创新能力、提高综合素质的有效途径。然而，传统的化工原理实验大多是形式单一的验证性实验，这种单一的验证性实验不是培养而是扼杀了学生的一些创新思维。因此，遵循科学思维循序渐进、逐步深化的规律，《化工原理》实验教学内容改革应构建阶梯式的实验教学内容体系。

1.1 基础验证性实验必不可少

《化工原理》实验中，第一层次即是基础验证性实验，必不可少。主要内容有基本技能实验，如流量、压力、泵等各类仪器设备的使用与校正;基础实验数据测试实验如雷诺实验、柏努利实验、阻力实验等。基础验证性实验中，教师应给出具体的实验步骤、设备操作方法和注意事项等，注重培养学生实验技能，熟悉化工仪表操作，注重实验数据的运算和分析等能力。扎实而深厚的基础知识是进行创新的基础和前提，离开基础知识空谈创新能力培养，无疑就成了无源之水，无本之木;片面强调综合性、创新性实验，而忽视认知性、方法性实验的作用，无疑是舍本逐末，因此，基础验证性实验不可或缺。

1.2 设计研究性实验为主要内容

大学生创新能力的培养是实验教学改革永恒的主题。思维方法既需要潜移默化的渗透，也需要有目的的训练。创新源于问题，始于实践。设计性、综合性、研究性实验是根据实验目的、要求和实验条件，以“问题”为中心，要求学生针对某一些问题自行设计实验方案。要求学生综合多门学科的知识和多种实验原理进行实验设计，要求学生掌握从设定问题到提出和优化解决方案，从新理论、新方法、新技术入手，强调新思路、新数据、新证据和新认识，鼓励创新，有效地提高学生整体的综合素质和创新能力［3］。

化工原理实验具有典型的科学性、工程性、研究性等特点，复杂的工程问题，实用性较强的专题研究实验往往能激发学生的研究兴趣和探索热情。在设计性、综合性、研究性实验中强调科学方法教育，鼓励学生进行集中思维与发散思维，正向思维与逆向思维、整体思维与局部思维、类比思维与联想思维，以锻炼学生科学思维方法为落脚点，目标则是营造自主学习、自主实践、大胆创新的环境［4］。

在设计性、综合性、研究性实验中，教师只需给出命题或任务，提供网络资源供学生查找相关资料，没有实验指导书，没有操作步骤，以学生为主、教师为辅，鼓励学生多观察、勤思考，善于发现问题、分析问题与解决问题;允许学生失败;重视实验中出现的“悖论”［5］。在设计性、综合性、研究性实验中，学生有了主动权，就可充分发挥主观能动性，激发求知欲与创造力;在查找资料过程中，能加深学生对理论知识的理解，并拓宽了学生的知识面;在实验过程中，培养了学生观察能力，激发创造灵感;在失败中，培养学生严谨的工作作风，百折不挠的科学精神;重视“悖论”，既可培养学生思辫能力，也往往是新发现的开始。总之，重视设计性、综合性、研究性实验的教学改革，是我国国家人才培养模式改变的重大突破，代表了国家的未来和希望。

2 运用科学方法促进实验教学模式的改革

实验室是高校人才培养的基础平台，是创新人才培养的重要基地，需要大量的资金投入。传统的实验教学方式，造成实验室忙时暴满，闲时大半年无人问津的奇怪现象。随着《化工原理》实验教学内容的改革，尤其是设计性、综合性、创新性实验大量增加，资金需求更为巨大，这种矛盾也更加尖锐，亟须改变。因此，改变传统的实验教学方式，建立实验室开放管理制度，充分发挥仿真技术的作用，迫在眉睫。

2.1 改变传统实验教学方式

《化工原理》实验需要比较大的资金投入，因此，即使资金雄厚的高校，其每个实验项目台(套)数也不过6～7台(套)。传统的实验教学方式，是一种集中教学，是在同一实验教学时间，学生分组进行实验，有时多达十几人一台套设备，多数同学没有动手机会，实际操作能力不能得到锻炼。《化工原理》实验做完后，往往是糊里糊涂的大有人在，还谈什么综合能力的培养。

随着《化工原理》实验教学内容的改革，改变传统的集中式实验教学为分散式实验教学是行之有效的方法。所谓分散式实验教学，就是每个学生可根据自己意愿，结合预约，参与实验项目。分散式实验教学具有许多优点:①每个学生都能参与实验。在实验中培养动手能力、观察能力及与他人的分工协作能力，锻炼基本的实验能力与技能。②减少实验投资。进行分散式实验教学，则每个实验项目只需1～2台(套)即可，可节省大量的资金用于购买设计性、创新性实验仪器设备。③学生有了主动权，从“要我实验”改变成“我要实验”，调动了学生的积极性与能动性。

2.2 建立实验室开放制度

以前，高等学校的大部分实验室学生是封闭式的。学生只能在课程安排的时间内到实验室做规定的实验项目。这种封闭式的实验教学方法不利于培养学生动手能力。为此，教育部于2001年正式颁布《关于加强本科教学工作的若干意见》，正式提出要在高校建设开放实验室。并在本科教育评估体系中也将开放实验室作为一个评估指标［6］。这样，实验室真的成了学生自己的实验室，是学生培养兴趣、探索自然、大胆设想、细心求证的舞台。这种可随时进入实验室进行自习、实验、设计的制度是高校实验教学的一项重大改革，是为适应形式发展需要，适应实验教学内容改革，提高教学质量，切实增加学生的实践机会、选择实验时间，实验项目的制度，为学生在实验中发挥主动性、能动性、创造性提供条件。有利于培养学生创新能力，提高学生综合素质。

2.3 充分发挥仿真技术的作用

计算机仿真实验技术教学是一种新型的教学方法。它以仿真技术为基础，在计算机上用实时运行的动态模型代替真实实验装置完成实验操作、采集数据和进行数据处理并得出结果。利用多媒体技术真实地再现生产中的基本单元过程，使学生通过亲自动手，反复操作，加深理解化工单元过程及设备的基本原理、熟练掌握各个单元过程的实际操作技能。提高了学生学习兴趣和动手能力。在分散式实验教学中，计算机仿真实验教学技术可作为学生学习实验操作的重要工具。在设计性、创新性实验中，计算机仿真技术又可预演、验证实验的正确性，可以在一定程度上避免实验的盲目性。

总之，学习和掌握科学方法，对未来人才培养、科学发展以及社会进步至关重要。《化工原理》实验教学集“科学性、工程性、研究性”于一身，实验教学中应贯穿科学方法教育。在《化工原理》实验教学内容与教学模式的改革中，始终关注科学方法教育，将有利于创新人才的培养，有利于科学技术的研究及社会进步，有利于教学质量的提高和学校的可持续发展。

［1］陈小兵，杨晓明.科学思维与科学方法论［M］.广州:华南理工大学出版社，2003:1-36.

［2］陈 洪.科学的沉思与沉思的科学［M］.上海:上海科学技术出版社，2008:47-56.

［3］高 燕，夏庆霖，边建华，等.构建“3+1”实验教学模式，培养大学生创新能力［J］.中国地质教育，2009，371:98-100.

［4］赵朝晖，梁 红，陈 姚，等.设计性化工原理实验的探索与实践［J］.化工高等教育，2009，6(110):46-48;52.

［5］潘 岚.从美国大学课程的实验教学模式谈实验环节的教学改革［J］.中国计量学院学报，2001，10(12):53-55.

［6］汤 芳，倪 静.开放性实验室管理研究与实践［J］.西北医学教育，2009，17(5):891，947.