構建現代化工實驗教學中心培育石油化工國際化人才

顏黎光, 黃澤恩

(常州大學 國際教育交流學院, 江蘇 常州 213000)

構建現代化工實驗教學中心培育石油化工國際化人才

顏黎光, 黃澤恩

(常州大學 國際教育交流學院, 江蘇 常州 213000)

結合現代化工實驗教學中心建設的實踐,闡述了以學生實踐能力培養和學生工程實踐能力提升為主線的石油化工國際化人才探索路徑,介紹了現代化工實驗教學中心的建設成果和國家級化工虛擬仿真綜合實訓中心在人才培養中發揮的作用,以及虛擬仿真綜合實訓中心在培養學生的創新能力方面取得的成效。

實驗教學； 石油化工專業； 實驗室建設； 人才培養

近年來,越來越多的國家將工程師培養提升到增強國家核心競爭力的層面來考量。工程技術能力和實踐應用能力是工程師工程能力的重要內涵。而在我國,工程一線人才緊缺已成為制約新型工業化進程的重要原因之一,我國工程教育亟待發展、任重道遠[1]。

常州大學在國家級石油化工工程中心、國家級石油化工人才培養實踐基地、省級現代基礎化工實驗教學中心基礎上,成立了化工虛擬仿真綜合實訓中心,該中心在2014年被批準為國家級虛擬仿真實驗教學中心。在近6年的建設發展歷程中,化工虛擬仿真綜合實訓中心始終堅持“以學生為本,以學生為美”的育人理念,在人才培養上始終堅持“一個特色”和“兩個面向”,即以石油化工背景為特色；面向工程型和面向國際化構建先進實踐教學平臺,培育石油化工國際化人才。主要是面向石油石化領域的國際化工程型人才,培養具有開放的國際化視野、具備扎實的基礎和過硬實踐能力、扎實的石化專業基礎和系統的工程實踐人才[2]。

1 構建以實踐能力為主線的人才培養體系

1.1 堅持石化特色,優化培養方案

在石油化工創新人才培養體系改革與實踐的基礎上,常州大學貫徹“教育國際化”的理念,圍繞當前石油化工企業需求、現代綠色化工理念下石油化工發展趨勢,吸收和利用國際優質教育資源,結合本校石油化工教學和科研特色,強化學生的工程實踐能力、國際工程管理能力、主動創新思維能力、跨文化交流與溝通能力、團隊協作能力,強化石化特色,突出人文教育和科學的相互契合等,主動進行教學改革,使學生成為具有現代化工基本專業素質和終身學習能力,適應化工行業發展及社會需求的國際化高素質工程應用型人才[3]。

1.2 主動探索實踐,構建虛擬仿真實踐教學平臺

學校積極探索、主動創新,為學生創造良好的實驗、實踐、實習條件。由于規模化企業的化工工藝流程復雜、自動化程度高、機械設備和儀器儀表復雜、對人員的現場操作技能要求高,絕大多數崗位必須持證上崗,使得崗位實踐或帶有崗位實踐性質的實習難以達到預期效果[4]。尤其是近年國家對安全生產方面的嚴格管理與監控,企業出于安全性考量,更加限制學生在生產現場實習的時間與空間,學生對現場的設備不能動、不能碰,因而實習的參與度低、實習效果差[5]。

2012年,學校完成了9種具有實體單元裝置的網上3D實驗室建設并上線試用；建成具有3D實訓中心、國內首套常減壓3D、城市污水處理、LPG等仿真軟件的化工虛擬仿真實訓中心。2013年,合作開發了甲醇合成與精制虛擬仿真軟件,并成功實現了網絡遠程登錄,標志著虛擬現實仿真軟件的又一次升級換代。學生可以不受時間地點的限制進行虛擬仿真實驗和實習,并可以取得相應學分。

2 構建以培養工程實踐能力為主線的實訓平臺

2.1 改革實訓教學,強化系統工程能力培養

在實訓教學體系上,傳統的實訓教學主要是以課程理念為導向,進行驗證性實驗；現在的觀念是把實驗教學與理論教學相結合,在鼓勵學生自主學習、團隊學習、研究性學習的背景下,建立以培養學生能力為導向,支持學生主動探索、溯本求源的實驗考核方式。

在運行機制上,應探索實驗室建設與管理獎懲辦法、實驗教學管理辦法、實驗教學和實習教學課程設計教學質量標準等制度,鼓勵教師參與實驗教學管理模式和管理體制創新。在科學發展觀的指導下,根據學科不同的特點,整合資源,建設實訓中心,規范實驗教學中心的管理體制,鼓勵高水平教師投入實驗工作,加強實驗教學隊伍的國際交流和參與國內、外的技術培訓,將有國際化背景的師資充實到國際化石油化工創新人才培養體系中,形成一支具有國際化先進理念、高學術水平、科研能力突出、敢于創新的實驗、實訓教學骨干力量[6]。

2.2 合理設計實訓教學環節,優化實踐教學內容

繼續堅持“實踐教學四年不斷線”,科學合理地安排實踐教學環節,保障實踐教學的時間和效果。在實驗過程中,鼓勵學生充分發揮想象力和創造力,允許學生改進和調整實驗方案[7]。

構建科學合理的實踐教學內容體系,建立“主、輔線式”實驗教學體系。主線由獨立開設的物理、化學類基礎實驗課、化工基礎類實驗課、專業實驗課、認識實習、金工實習、課程設計、化工設計、生產實習、畢業設計等環節組成,輔線由開放實驗室、大學生課外科技活動、大學生創新活動基地活動、優秀生培養等環節組成,在課外分層次進行,切實保證學生在自主、動手、綜合、實驗和創新能力等方面得到有效的鍛煉和提高[8]。

2.3 國家級石油化工工程中心建設

依托本校石油化工工程特色鮮明的國家級石化工程中心進行化學化工基礎知識教育和工程設計基本理念的熏陶，利用石化工程中心的設備優勢和工程化、集成化的理念開展實習教學。采用導師制和大學生課外科技活動的形式,讓學生走進實驗室,提出工程問題并通過實驗和實踐解決工程問題,培養思辨和創新意識以及工程技術開發能力[9]。

石油化工國際化工程人才培養基地緊緊依托國家特色專業“化學工程與工藝”、江蘇省品牌專業“應用化學”、基礎化學化工省級實驗教學示范中心、基礎化工省級實驗教學示范中心建設點、校級石油化工工業中心實訓等多個平臺。

2.4 共建產學研基地和實習實訓基地

工科大學生工程能力的提升,素質涵養的提高,在很大程度上是通過實踐實現的。在石油化工國際化人才培養的過程中,常州大學鞏固和發展了一批規模大、質量好、合作關系穩定的產學研基地和實習基地,如與中石化股份揚子石化公司、金陵石化公司等建立了良好的合作關系,為培養創新技能型人才提供了良好的實習場所。在實現資源共享的過程中,探索出了實踐教學平臺、產學研基地和社會互動發展的模式。

3 化工虛擬仿真綜合實訓中心的建設成果

常州大學以“大工程觀”建設為引領,以化工生產過程仿真為核心,建成化學工程技術實踐能力教育平臺,并成為以工程類專業實踐教育探索為主要內容的虛擬仿真實驗教學示范中心,形成了“先進、融合、共享、工儒相濟”的建設理念,為提升實踐教學水平和學生的創新實踐活動提供了有效的途徑[10]。

虛擬仿真教學資源在教學中得到了廣泛應用。由于虛擬仿真教學資源具有工廠實景資源、動態模擬功能、遠程登錄、即時獲取教學資源信息、人機互動、角色分配、成績評定以及軟件內部所提供的其他教學資源,使得虛擬仿真教學資源在人才培養的很多環節中發揮著難以替代的作用。

3.1 中心教學資源在理論教學的應用

虛擬仿真教學資源軟件功能的外延,影響和帶動了常州大學工程類課程教學模式與教學方法的改革。中心秉承“情境教學”、“理論與實踐結合”的教學理念,鼓勵教師將虛擬仿真軟件所體現的教育思想、所提供的工程案例、所提供的逼真工作實景資源應用到課程教學中,把理論課程中抽象的概念、復雜的問題以直觀的形式展示給學生,幫助學生理解工程、了解工廠實際,推進“課堂-仿真-工廠”的一體化教學模式的改革與實踐,形成常州大學獨特的工程應用型人才培養的新模式[11]。在這樣的理念的引導下,在石油煉制工程、煤化工工藝、化工原理、化工工藝設計等8門課程的授課過程中引入了虛擬仿真教學資源,尤其是常減壓3D仿真軟件和甲醇合成與精制3D仿真軟件的引入,仿佛“把工廠搬進教室”、“把教室搬到工廠”[12]。

以化工工藝設計課程為例。此課程以常減壓仿真3D軟件提供的工程案例進行教學[13],以正常初態工況為例講解工藝路線,以軟件提供的穩態數據作為物料衡算的實例,以軟件提供的動態數據作為流程及操作參數優化的實例,以軟件提供的真實工廠實景為資源，彌補學生對實際生產環境認知的不足,幫助學生理解設備與設備、設備與構筑物、設備與管道的關系,認識管廊、管架、設備、公用工程等形貌[14]。

此外,軟件中所提供的Flash動畫等豐富的教學資源,也普遍應用到更多的課程教學中[15]。

3.2 仿真教學資源在實驗教學中的應用

學校利用各類仿真教學資源開設了72個實驗項目。以網上3D虛擬實驗室教學資源為例,該資源所使用的虛擬仿真資源與學校自行設計、具有“多功能化、集成化、數字化、自動化和中型化”特色的9大類40余套實體裝置完全一致。有了這些裝置,就可以要求學生在化工原理實驗真實操作前利用網上3D虛擬實驗室熟悉裝置、認識流程及控制方案,在線預習、在線虛擬操作、在線取得預習成績。

經過虛擬實驗再到實驗室進行真實操作,學生實際操作的熟練程度與數據的準確率明顯上升,在二維仿真軟件上變換不同的參數,還可以進行實驗數據的優化[16]。這樣的實驗教學安排,使實驗的綜合性、設計性明顯加強,學生的學習興趣、創新與設計能力也有明顯提高。

3.3 仿真教學資源在畢業設計環節的應用

由于全流程工藝仿真資源的數據基本來自于工廠實際生產運行數據,因而為畢業設計環節提供了極為豐富的教學資源。近年來,由教師為企業開發的8套培訓軟件中,已有7套轉化為20余個畢業設計與論文項目,由教師為企業開發的24個軟件包全部進行了實驗教學轉化,形成50余個畢業設計項目。其中由常減壓3D仿真軟件轉化為1個小設計項目、1個教師工程培訓項目、3個畢業設計項目；由甲醇合成與精制3D仿真軟件,也已轉化為由6個專業的7名畢業生共同完成的畢業設計團隊項目,學生的畢業設計作品被推薦至省優秀畢業設計團隊的評選。

3.4 仿真教學資源在學生創新活動中的應用

自3D仿真軟件建成后,化工3D虛擬仿真綜合實訓中心在2012—2013年連續兩年成為我校學生參加全國大學生化工設計競賽的準備場所。參賽學生用中心提供的ASPEN流程模擬軟件進行物料衡算、能量衡算、流程優化,并以教師開發的軟件數據對模擬計算過程進行驗證；以3D仿真軟件提供的工廠實景為參考,用SP3D、PDMS等管道設計軟件對車間設備、管道進行3D建模,用3ds Max軟件、SCATCHUP軟件對總廠布置進行3D建模。

學生的參賽作品得到校內外專家的高度認可。近3年,相關學生獲省級以上競賽獎勵300多項,其中199人獲得“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽特等獎等國家級榮譽。

4 結束語

工程人才的培養應回歸工程的本質。學校以往的辦學歷史已經形成了“大工程觀”辦學理念。常州大學在學校工程人才培養的基礎上,創新實驗、實踐教學體系,構建了包括國家級石油化工工程中心、國家級石油化工人才培養實踐基地在內的多個實驗教學中心,將人才的質量意識、工程意識和系統的觀念融合在實際工程教育培養過程中[17]。通過和企業共建產學研基地、實習基地,學生參加頂崗實習等措施,構建了從學生到工程人才轉換的橋梁,使學校對石油化工國際化人才培養最終落到實處,學校的實驗教學資源與周邊高校和石油化工企業實現了共享。

References)

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[17] 梁宏.搭建實驗實踐一體化平臺 深化實驗實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2013,30(5):1-4.

Constructing modern chemical experimental teaching center to cultivate internationalized talents for petroleum and chemical industry

Yan Liguang, Huang Zeen

(School of International Education and Exchange,Changzhou University,Changzhou 213000,China)

Combined with the practice of the construction of modern chemical experimental teaching center, this paper elaborates on the path based on the main line of cultivating students’ practical ability and enhancing students’ engineering practice ability for internationalized talents of petroleum and chemical industry。This paper introduces the construction achievements of modern chemical experimental teaching center,and the teaching center playing its role in cultivating talents. The virtual simulation comprehensive practice training center improves the students’ innovation ability.

experimental teaching; petroleum and chemical industry; construction of laboratory; cultivation of talents

2014- 12- 22 修改日期：2015- 01- 08

2014年度常州大學青年發展基金項目(2014QN16)資助；2014年度常州大學教育教學研究課題(GJY2014012)資助；2015年江蘇省高校哲學社會科學課題“新常態下江蘇地方高校人才培養模式創新研究”(2015SJB480)

顏黎光(1980—),男,江蘇揚州,碩士,講師,研究方向為高等教育管理、思想政治教育管理.

E-mail：ylguang@jpu.edu.cn

G642

A

1002-4956(2015)7- 0152- 04