基于先进教学思想和模式的化工原理实验教学的研究和实践

的研究和实践*李小保'李力成1陈慕华'顾晓利'杨会2高领2张宇2（1.南京林业大学化学工程学院江苏2100372.西仪服科技有限公司河南450001）摘耍：本文提出了 “仿真实验-装置实验-远程实验”的“三位一体”曲教学思想.介绍了化工原理实验教学装置的具体设计及其先进性 以及“实验-监控”控制软件和“基于装置数据餉仿真实验”软件时功能和用途.在实际教学中，学生通过实验验证了化工原理餉理论知 识，增强了工程观念，培养了 “先进动手能力”、自主设计能力以及远程分析、解决工程问题的能力.开放式、自主式的教学模式将有效 提高学生的自主自学和实践动手能力.关键词：化工原理实验；三位一体；先进装置；监控软件

中图分类号：G

文献标识码：BResearch and Practice of Chemical Engineering Principle Experiment Teaching Based on

Advanced Teaching Idea and ModeLi Xiaobao1, Li Licheng1, Chen Muhua1, Gu Xiaoli^Yang Hui2, Gao Ling2, Zhang Yu2 (1.College of Chemical Engineering, Nanjing Forestry University, Jiangsu, 210037Xiyifu Technology Co., Ltd., He'nan, 450001)2.Abstract: This paperpresented the \"trinity\" teaching idea of \"simulation experiment - device experiment - remote experiment\ introduced the

specific design and advancement of the experimental teaching equipment of chemical engineering principle, as well as thejunctions and uses of the

control software of ,,experiment-monitoringt, and the software of Simulation experiment based on device data,f. In the practical teaching, the students had verified the theoretical knowledge of chemical engineering principles through experiments, enhanced the concept of engineering, cultivated abilities ofadvanced operation, independent design, remote analysis and solution ofengineeringproblems. The open and independent teaching mode will effectively improve students，selpstudy andpractical ability.

Key words： chemical engineeringprinciple experiment^ trinity； advanced device monitoring soft-i-L__i—刖言探索性的研究和实践。\"三位一体”的实验教学体系的设计为进一步提高化工类本科人才的培养质量，实践教学特 别是化工原理实验教学具有专业基础性、工程性、实践性等 特点，因此化工原理实验教学体系的构建非常重要。现在， 部分学校采用的是“装置实验”教学，部分学校采用的是 “仿真实验-装置实验”联合教学，我们提出“仿真实验- 装置实验-远程实验”的“三位一体”的先进教学思想，其 中“三位”是指仿真实验、装置实验、远程实验，“一体” 是指实验装置，其相互关系如图1所示。“装置实验”是经 典的实践教学，最能培养学生的实践动手能力。“仿真实 验”在锻炼学生预习实验流程和实验操作等方面起到良好的 效果，使得学生在装置上实验更加顺利和安全。基于国家对 化工安全生产的高度重视，2019-2020年，江苏省在全国范 围内率先实施“化工产业安全环保整治提升攻坚行动”，其 中要求所有企业在生产车间外建立“中控室”，在中控室内 监控生产装置的运行，其目的是可以及时在软件上控制、调 整和处理影响安全生产的操作，确保化工装置的安全运行。 基于以上背景，我们专门开发了类似工厂的控制软件，在

化工原理实验是一门以化工单元操作为主要内容、以 验证课程理论以及培养学生实践动手能力和工程观念为目标 的实践性课程山。为提高实验教学质量、满足人才培养的需 要，化工原理实验装置的改革也历经双功能型（基本型和半 自动型）、综合型和设计型的建设。但这些装置的操作方式 已远远落后于现有先进化工生产装置的操作和控制，满足不 了现代化工类本科人才培养的需要。根据工程教育专业认证 的要求，要进一步提高学生的分析问题、解决问题以及实 践动手等能力口切，因此，现有的教师集中讲授和集中指导 的教学模式难以实现。开放式、自主式的实验教学模式有望 进一步强化学生的实践动手能力。但实际上该种模式难以实 现，其主要原因是学生是以时间的分散式和地点的分散式进 行实验，另外化工装置都具有一定的危险性，因此需要更多 的教师和更多的时间来现场指导和监控。基于现代化工生产 和工程认证的要求，为培养学生先进的动手能力以及远程操 作时分析和解决问题的能力，南京林业大学化学工程实验教 学示范中心在\"林产化学与材料国际创新高地”项目（江苏 省人民政府与国家林业和草原局共建）、“国家一流学科建 设”项目（林业工程）以及“农林生物质资源化学利用国家 重点实验室培育点”项目等项目的支持下，偕同西仪服科技 有限公司对化工原理实验教学的建设从以下几个方面进行了

“智慧教室”端（类似工厂的中控室，不是手机APP或网上 云端）开展化工原理实验装置的“远程实验”。由于不同于 虚拟的“仿真实验” “远程实验”是在真实的装置上实施，2020 ・ 22教学研究当代化工研究Modern Chemical Research95因此“远程实验”教学对培养学生在远程操作时分析问题和 解决问题以及协同处理工程问题的能力具有重要的作用，开 创了化工原理实验教学新模式。厂仿真实验】图1 “三位一体”的教学体系图3直管阻力系数测定实验2.先进实验装置的设计“三位一体”的教学体系中，实验装置的设计至关重 要。现有化工原理实验装置，实验参数可传输程度不高，自 动控制程度也不高。本次化工原理实验装置的建设，已解决 所有操作参数的传输和控制，其先进性具体体现在：第一， 可实现“远程实验”。为此，要求装置不能过小，以便于操 作参数的测量、信号传输、调节和自动控制，另外也可培养 学生的工程观念。第二，所有装置均具有“手动调节”“半 自动调节”以及“自动控制”三种操作模式，分别锻炼学生 的“传统动手能力”和“先进动手能力”，如图2所示。第 三，具有先进的控制、综合和设计功能。例如为了精确测量 宽流量条件下的摩擦系数，我们在“流体流动阻力实验”装 置上设计多个不同量程的涡轮流量计，采用“选择性控制”

图4筛板精馅实验T艺流右:测量和控制流量，如图3所示。“精馆实验”装置的设计 中，在国内率先开发出“小流量下回流比的自动控制和流量 测量”系统，解决了回流比自动控制造成流量脉冲难以测量 的难题，可同时实现回流比的自动控制和流量信号的传输， 如图4所示。“吸收实验”装置，如图5所示，既可完成吸收 和解析实验，也可串联组合完成吸收-解析实验，该装置对 于培养学生的自主设计能力、协同分析和解决问题的能力具 有重要的作用。“传热实验”装置设计了套管式、板式以及

吸收实验装说±T_▲ VA-

［令卜:界面］収叶［|可07S2II FIO6収样tfUY VAll

□数据采集AKm wcwW*数据记录实时采集缠绕管式换热器，如图6和图7所示，分别代表经典、新型及

超新型换热器，具有典型的时代特征，反映了不同时期强 化传热的思想。“离心泵特性曲线测定实验”装置，如图8 所示，不仅可以测定离心泵特性曲线，还可测定管路特性曲 线，充分体现装置的综合功能。西仪鳩科杞有爪公可】前位負: > 工界血 > 燥佶界曲实时记录裁科14机图5吸收实验套竹换热器传热实验图2套管换热器传热实验图6板式换热器实验当代化工研究教学研究2020 ・ 22Modem Chemical ReseaFch图7缠绕式换热器实验图8离心泵综合实验3•“实验-监控”控制软件和“基于装置数据的仿真实 验”软件的设计图9化工原理实验装置监控系统先进实验装置实现“三位一体”实验教学的硬件保 证，“实验-监控”控制软件和基于装置数据的仿真实验是 实现“三位一体”实验教学的软件保证。为提高“仿真实 验”结果的真实性，以装置的实验结果为数据库，采用数 据拟合和理论计算相结合，通过设置操作条件，显示操作 参数和实验结果，大大提高了 “仿真实验”结果的真实性。“实验-监控”控制软件中，“实验软件”既安装在相应的 装置上，用于学生操作单台设备，也安装在“智慧教室”， 用于学生的远程实验。“监控”采用“菜单式”设计，如图

9所示，不仅可以显示所有设备“在线”“离线”状态，同

时显示每台实验装置的运行状态，其作用是可以监控学生的现场装置实验和远程实验。学生可以在指定的“智慧教室” 登录，进行“远程实验”；实验教师和实验管理人员登录， 可以对所有设备进行监控和操作，确保装置的安全运行。4•开放式、自主式教学模式的研究与展望基于“仿真实验”软件、“实验-监控”控制软件和先 进的实验装置，我们初步探索了开放式、自主式的实验教 学。采用预约制，实行“全方位” -所有实验装置、“全时 段” -所有工作时间，开放实验装置。学生自主学习“仿真 实验”软件中的实验介绍并进行虚拟实验操作，预约后进行 装置实验。实验教师登录“实验-监控”控制软件，在线监 控和检查学生的实验操作和实验结果，及时指导学生的实 验。这种开放式、自主式的实践教学模式不仅将大大提高学 生的自学能力和实践动手能力，而且显著提高实验教师的指 导效率和指导效果。5.结束语在“仿真实验-装置实验-远程实验”教学思想的指导 下，设计和建设了先进的化工原理实验教学装置，开发了 “实验-监控”控制软件和“基于装置数据的仿真实验”软 件。在实际教学中，学生不仅通过实验验证了化工原理的理 论知识，而且增强了工程观念，培养了 “先进动手能力”和 自主设计能力。开放式、自主式的教学模式不仅将有效提高 学生的自学能力和实践动手能力，而且将显著提高实验教师 的指导效率和指导效果，有望进行推广。【参考文献】[1] 薛峰，王晟，居沈贵.建立化工原理实验教学前、中、后模

式研究探索[J] •化工时刊,2019, 33 (9): 53-55.[2] 任永胜，段潇潇.基于工程教育专业认证的化工原理实验课 程改革与实践[J].化工高等教育, 2020, 37 (6): 65-70.[3] 张杰，宋兰兰，尹永恒，姬姗姗.化工原理实验教学改革的探 索与实践[J] •广东化工，2020, 47 (02): 175.[4] 郑育英，方岩雄，李军.工程教育专业认证背景下化工原理 实验教学探索与实践[J].广东化工，2019, 46 (18): 165-166+164.[5] 沈灵沁，张迪.基于工程专业认证的化工原理实验教学改革 与实践[J].化工管理,2018 (32): 147-148.【基金项目】林产化学与材料国际创新高地项目(江苏省人民政府与国家 林业和草原局共建)；国家一流学科建设项目(林业工程)；农林 生物质资源化学利用国家重点实验室培育点项目【作者简介】李小保( 1970-),男，汉族，安徽芜湖人，博士，副教授, 南京林业大学化学工程学院；研究方向：化学工程与技术。