“虛實結(jié)合，能虛不實，能實不虛”的化學(xué)工程與工藝實踐教學(xué)改革與實踐
——化工類專業(yè)實踐教學(xué)改革系列研究之二

梁　軍，梁福沛

(桂林理工大學(xué)　化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西　桂林　541004)

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“虛實結(jié)合，能虛不實，能實不虛”的化學(xué)工程與工藝實踐教學(xué)改革與實踐
——化工類專業(yè)實踐教學(xué)改革系列研究之二

梁軍，梁福沛

(桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西桂林541004)

本文針對當(dāng)前高校提升人才培養(yǎng)質(zhì)量要求，以解決化工類大學(xué)生實踐教學(xué)過程中存在的實踐效果不佳的問題為目標(biāo)，提出了“虛實結(jié)合，能虛不實，能實不虛”的教學(xué)改革思路，并對實踐過程中取得的成效進行了系統(tǒng)的總結(jié)。

化工；實踐教學(xué)；改革；實踐

長期以來，高校重理論知識，輕動手能力、實踐能力和綜合能力的辦學(xué)模式使人才培養(yǎng)的諸多弊端凸顯，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生與企業(yè)需求的人才之間存在一定的差異性，未能針對地方經(jīng)濟重大發(fā)展戰(zhàn)略需求而研究制定人才培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)過程與生產(chǎn)過程的對接不緊密，因此出現(xiàn)學(xué)生就業(yè)能力不足的情況。對化學(xué)化工等工科類專業(yè)而言，實踐教學(xué)是學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為動手實踐及創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用。然而，由于化工實際生產(chǎn)的高危性及不可控性，化學(xué)化工學(xué)科專業(yè)的許多實驗無法在真實的生產(chǎn)環(huán)境中開展。

一、化學(xué)工程與工藝實踐教學(xué)的主要問題與解決的難點

化工行業(yè)以復(fù)雜的工藝與高度自動化的設(shè)備聯(lián)合體為基礎(chǔ)，呈現(xiàn)出“生產(chǎn)規(guī)模日益增大、投資消耗日益增長、自動化程度日益提高”的發(fā)展趨勢和行業(yè)特性，其生產(chǎn)過程連續(xù)不可逆，同時存在高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等高危險性，因此，對人員的現(xiàn)場操作要求較高，對化工工藝流程的認(rèn)識、化工生產(chǎn)的開停車調(diào)試、化工生產(chǎn)的主控指標(biāo)調(diào)控等是化工類學(xué)生的基礎(chǔ)操控能力。為提升學(xué)生實踐能力，各高校化工類專業(yè)都會與企業(yè)合作，建立較為穩(wěn)定的實習(xí)基地，但是企業(yè)出于安全及效益考慮，在傳統(tǒng)的化工類現(xiàn)場參觀實習(xí)和實訓(xùn)中，企業(yè)生產(chǎn)線不能也不會隨時提供調(diào)試、開停車、故障排除等教學(xué)條件，同時要求學(xué)生不準(zhǔn)動、不準(zhǔn)碰、不準(zhǔn)“越雷池一步”，學(xué)生現(xiàn)場參觀多流于“走馬觀花式”實習(xí)，參與程度低、實習(xí)效果差。教育部于2013年下發(fā)了《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》指出：虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作堅持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，以全面提高高校學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力為宗旨。

因此，高校要發(fā)展好化工類學(xué)科以適應(yīng)化工行業(yè)的發(fā)展，就必然要順勢而為，加強虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)，師生通過虛擬仿真實驗平臺，可以實現(xiàn)實驗教學(xué)的重復(fù)性和再現(xiàn)性，有效提升化工生產(chǎn)的實際操控能力，亦即滿足化工行業(yè)的人才需要。通過虛擬+實物的虛擬實訓(xùn)方法，讓學(xué)生直觀了解化工各種管道、泵、閥門、化工各單元操作等設(shè)備的安裝、使用、維護等方法，從而突破學(xué)生實習(xí)的困境，提高化工類學(xué)生的基礎(chǔ)實踐能力。

二、虛擬仿真實踐教學(xué)平臺對化學(xué)工程與工藝實踐教學(xué)的意義

虛擬仿真即虛擬現(xiàn)實，指用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，現(xiàn)階段各高校化工實踐教學(xué)都開始重視虛擬仿真技術(shù)，并在課程中作為一種全新的教學(xué)實踐手段加以運用，具有生動直觀、經(jīng)濟節(jié)約、安全可靠等特點。在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，運用虛擬仿真技術(shù)對化學(xué)工程與工藝實踐教學(xué)能起到積極的作用，但由于虛擬仿真畢竟不同于真實的企業(yè)生產(chǎn)，因此也不可避免地帶有局限性。

1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與積極性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動性

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，如在體驗式游戲領(lǐng)域中，其互動性和逼真性帶來了娛樂的革命性升級，帶給人們一種前所未有的娛樂刺激和身臨其境的存在感，在實踐教學(xué)中運用虛擬仿真技術(shù)，同樣能帶給學(xué)生身臨其境的感受。近8年來我校老師自主開發(fā)或聯(lián)合開發(fā)了工科基礎(chǔ)化學(xué)的模擬、仿真實驗動畫教學(xué)資源庫，包含3D分子結(jié)構(gòu)庫、普通化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、化工原理及化學(xué)工藝學(xué)課程的模擬仿真實驗，模擬實驗通過動畫模擬相應(yīng)的實驗操作步驟，讓學(xué)生熟練化學(xué)實驗的一些基本操作，讓學(xué)生能夠在網(wǎng)絡(luò)上完成實驗預(yù)習(xí)、虛擬操作以及實驗復(fù)習(xí)等內(nèi)容，如電導(dǎo)率的測量仿真實驗動畫，學(xué)生在操作界面中通過選擇離子的種類與濃度，能模擬測試出體系的電導(dǎo)率的值，這不僅有助于學(xué)生對知識的深入理解，相比單純的學(xué)習(xí)課本的理論知識自己憑空想像知識畫面而言，這樣的虛擬實習(xí)實踐極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性。

2.契合當(dāng)前卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)在要求

2010年6月23日，教育部在天津大學(xué)召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”啟動會，聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)(學(xué))會，共同實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，其培養(yǎng)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，同時以實施卓越計劃為突破口，促進工程教育改革和創(chuàng)新，全面提高我國工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，我校化學(xué)工程與工藝本科專業(yè)以及化學(xué)工程碩士研究生專業(yè)學(xué)位均是卓越工程師建設(shè)點，由于化工的自動化程度高、危險性高等原因，“卓越工程師”“實習(xí)動手難”的困境并沒有真正破解。建立仿真工廠，以電信號替代工藝信號，能讓學(xué)生在逼真的操作環(huán)境中，“隨意”在仿真工廠操作各種設(shè)備、調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，從而真正破除“實習(xí)動手難”的問題，達到卓越工程師的培養(yǎng)要求。

3.提升教師實踐教學(xué)能力，推進實踐與科研結(jié)合

當(dāng)前高校教師尤其是青年教師通常為博士畢業(yè)后到學(xué)校從事教學(xué)崗位，自身缺乏企業(yè)實踐經(jīng)驗，虛擬仿真實踐教學(xué)中心能促使教師將理論教學(xué)內(nèi)容融入實踐教學(xué)中，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，也能使教師在虛擬實踐中彌補自己企業(yè)一線實踐操作經(jīng)驗的不足；同時教師以虛擬仿真教學(xué)中心為依托，深化教學(xué)方式方法的改革，鼓勵教師在教學(xué)中立足先進性、前沿性更新充實課程內(nèi)容，將化學(xué)化工學(xué)科最新科研成果及個人的科研成果有機融入到課程教學(xué)中，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實訓(xùn)項目，以保證教學(xué)內(nèi)容的先進性和前沿性。

4.整合實驗室資源，實現(xiàn)實驗室的全面開放

虛擬仿真實驗可以提供開放式的實驗環(huán)境，打破傳統(tǒng)教學(xué)時空局限，學(xué)生通過虛擬儀器學(xué)習(xí)軟件，可以自行學(xué)習(xí)實驗，有效地拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的時間和空間，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)探索，發(fā)揮學(xué)習(xí)主動性提供條件，真正實現(xiàn)實驗室的全面開放。

但如果在實踐教學(xué)中，過度依賴虛擬仿真教學(xué)，或者以此替代真實的企業(yè)生產(chǎn)實踐，則對實踐教學(xué)的效果也會造成一定的影響，虛擬仿真實驗會降低學(xué)生對實物的感性認(rèn)識水平，從而降低學(xué)生實驗誤差的分析能力，因此在化工實踐教學(xué)改革實踐中，既要充分發(fā)揮仿真虛擬教學(xué)的作用，同時也要加強真實的一線實踐，做到虛實結(jié)合。

三、“虛實結(jié)合，能虛不實，能實不虛”推進化學(xué)工程與工藝實踐教學(xué)改革

實踐教學(xué)體系包括了實驗、課程見習(xí)、課程設(shè)計、專業(yè)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、社會實踐等眾多環(huán)節(jié)，對工科學(xué)生的人才質(zhì)量有著重大的影響作用。惟有“真實+仿真”實驗場景的共同推進，構(gòu)建“虛實結(jié)合，虛中有實，實中有虛”化工實踐教學(xué)體系，學(xué)生方能在虛擬和真實的操作環(huán)境中，鍛煉操控能力、提升創(chuàng)新精神。

1.構(gòu)建虛實結(jié)合的化工實踐教學(xué)體系

構(gòu)建虛實結(jié)合的化工實踐教學(xué)體系，首先需要分析企業(yè)對人才的具體要求，針對學(xué)校培養(yǎng)與企業(yè)需求之間存在的差異，加強對化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生所開展的實驗、課程見習(xí)、專業(yè)見習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等的規(guī)劃和設(shè)計，注重大學(xué)生由課堂到車間的實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；其次，要充分發(fā)揮虛擬仿真的有效作用，通過開發(fā)多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件，進行教學(xué)方法與手段的改革，大力打造各類教學(xué)平臺，建設(shè)實踐教學(xué)資源庫，開設(shè)相關(guān)實驗項目，攝制實驗教學(xué)視頻，集成優(yōu)質(zhì)教學(xué)圖片，搭建虛擬中心信息管理平臺，發(fā)布相關(guān)虛擬仿真教學(xué)資源，特別是針對耗時長、高危險性的大型工程推演實驗進行模擬仿真+現(xiàn)場實體操作相結(jié)合的教學(xué)模式，將涉及高危或極端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合實驗進行虛擬仿真化；再次，可充分發(fā)揮第二課堂積極引導(dǎo)作用，以舉辦化工設(shè)計大賽等專業(yè)性比賽形式，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，提升專業(yè)實踐能力；第四，充分發(fā)揮企業(yè)實踐基地作用，組織學(xué)生以集中或分散形式利用寒暑期到企業(yè)跟班學(xué)習(xí)，強化學(xué)生感性認(rèn)識，從而更進一步了解企業(yè)生產(chǎn)、操作運行規(guī)程，切實提升學(xué)生的實踐操作能力。

2.能虛不實，以虛擬仿真實踐教學(xué)中心為基礎(chǔ)，提升學(xué)生創(chuàng)新科研能力

隨著智能手機及通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，手機已經(jīng)成為廣大師生最常用的學(xué)習(xí)及交流工具。我校虛擬仿真中心建立了二維碼學(xué)習(xí)識別系統(tǒng)，構(gòu)建掌上信息+“微型工廠”的教學(xué)模式，學(xué)生通過掃描二維碼，不僅可訪問中心官方網(wǎng)站了解業(yè)界最新動態(tài)，還能通過掃描實體設(shè)備上的二維碼，便捷、及時地了解儀器設(shè)備的使用范圍、途徑和注意事項，并可為學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和交流提供便利條件。如我校依托國家級虛擬仿真實踐教學(xué)中心的苯胺生產(chǎn)線建立苯胺生產(chǎn)3D虛擬仿真系統(tǒng)，可以根據(jù)仿真系統(tǒng)模擬裝置工藝條件，再現(xiàn)生產(chǎn)中的各種現(xiàn)象，如開、停車，正常生產(chǎn)工況，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常工況的處置等，學(xué)生不必去生產(chǎn)企業(yè)，亦能掌握化工生產(chǎn)中開、停車，正常生產(chǎn)過程以及各種安全生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的安全事故的處置方法，增加了實驗教學(xué)模式的新穎性。同時學(xué)生在開展實驗授課前進行網(wǎng)絡(luò)視頻學(xué)習(xí)，提前完成實驗流程、相關(guān)知識的學(xué)習(xí)與了解，打破了學(xué)生學(xué)習(xí)的時空限制，克服了實驗臺套數(shù)的不足，提高了學(xué)生對化工原理單元操作的掌握程度和理論水平，拓寬了實驗教學(xué)的范圍，豐富了實驗教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生實驗的興趣，極大地提高了實驗教學(xué)效果，也有助于提升學(xué)生創(chuàng)新科研能力。

3.能實不虛，推進校企深度融合，扎實推進學(xué)生實踐操作能力提升

2012年教育部專門下發(fā)了《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》，強調(diào)要全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，強化實踐育人環(huán)節(jié)。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》提出把提高質(zhì)量作為教育改革發(fā)展的核心任務(wù)。在第七章“高等教育”中明確指出要提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。加強實驗室、校內(nèi)外實習(xí)基地、課程教材等基本建設(shè)。支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。創(chuàng)立高校與科研校所、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制。全面實施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”。在大工程背景下，全流程實驗即使是智能化仿真，由于流程復(fù)雜、工藝系統(tǒng)龐大、仿真時間太長和受學(xué)時限制，課堂教學(xué)存在一定的難度，為了把化學(xué)工程與工藝仿真實驗教學(xué)中心的教學(xué)內(nèi)容與社會需求更加切合，與化工專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)更加適配，我校積極推進校企深度融合機制，以我校化工專業(yè)教育部卓越工程師項目為基礎(chǔ)，優(yōu)選企業(yè)有較高學(xué)術(shù)和技術(shù)水平的人員作為學(xué)校聘請的兼職教師，建立企業(yè)導(dǎo)師制度，擔(dān)任本科生的聯(lián)合指導(dǎo)教師，承擔(dān)各層次專業(yè)課程教學(xué)；制定鼓勵專職教師參與工程項目和產(chǎn)學(xué)研合作項目的制度，建立鼓勵專職教師定期到企業(yè)掛職鍛煉和頂崗工作的制度和激勵政策，鼓勵專職教師參與產(chǎn)學(xué)研合作項目研發(fā)；積極建設(shè)學(xué)生校外實習(xí)基地，扎實推進學(xué)生實踐操作能力提升。

四、結(jié)語

根據(jù)以上思路，我校在化學(xué)工程與工藝實踐教學(xué)體系構(gòu)建上進行了積極的探索和實踐，首先我校在化工原理、化工仿真實訓(xùn)實驗室的基礎(chǔ)上，對虛擬仿真資源進行整合，正式構(gòu)建了“化學(xué)工程與工藝虛擬仿真實驗教學(xué)中心”，逐步建成了工科基礎(chǔ)化學(xué)實驗仿真實驗、化工原理單元實體與3D仿真實驗、化工安全事件應(yīng)急管理與虛擬仿真實驗等6個教學(xué)資源庫，開設(shè)相關(guān)實驗項目164項，涉及儀器設(shè)備400余臺套，虛擬仿真中心與北京燕山石油化工集團等10余家企業(yè)簽訂了實習(xí)基地協(xié)議和實習(xí)合同，建立了穩(wěn)定的校外實習(xí)基地，上述實習(xí)基地與學(xué)校虛擬仿真實驗教學(xué)中心保持長期的專業(yè)人才供需關(guān)系和密切的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，2015年中心先后成功獲批廣西區(qū)級、國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。此外，學(xué)校還積極探索教學(xué)改革科研實踐，多項項目獲批學(xué)校和廣西區(qū)科研立項，如《基于廣西石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的化學(xué)工程與工藝專業(yè)實踐教學(xué)體系研究與實踐》獲批2015年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程重點項目，《卓越計劃視角下校企合作對化工類研究生培養(yǎng)質(zhì)量提升機制研究》獲批2015年廣西區(qū)研究生教育創(chuàng)新計劃項目等。同時與此相適應(yīng)的是學(xué)生的實踐動手能力得到了顯著的提升，近三年，我校在“三井化學(xué)杯”全國化工設(shè)計大賽中共獲一等獎4項，二等獎1項，三等獎8項。

(責(zé)任編輯：夏璐)

Teaching Reform and Practice of the Combination of Form and Content of Chemical Engineering and Technology——A Series of Study on Chemical Professional Practice Teaching Reform

LIANG Jun，LIANG Fu-pei

(College of Chemistry and Bioengineering，Guilin university of technology, Guilin 541004，China)

The purpose of this article is improving the quality of personnel training requirement. The current university chemical college students in the process of practice teaching，in order to solve the problems of practice, we put forward the thinking of teaching reform which is the way of combining actual condition to solve the problem. At the same time，we summarizes the results of the process of practice work.

chemical industry；practice teaching；reform；practice

G642

A

1671-9719(2016)8-0015-03

梁軍(1969-)，男，廣東高州人，院黨委書記，教授、碩導(dǎo)，研究方向為高校黨建與思想政治教育。

2016-05-28

2016-06-12

2015年廣西高等教育教學(xué)改革工程重點項目“基于廣西石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的化學(xué)工程與工藝專業(yè)實踐教學(xué)體系研究與實踐”(2015JGZ129)。