基于“教學工廠”理念的校內化工實踐基地建設與教學改革

關鍵詞：教學工廠；實踐基地；實踐教學；教學技術；教學改革

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）18-0094-04

Abstract： At present， there are many problems incultivation of talents in chemical engineering such as the lack of engineering teaching resources， the separation of teaching process and engineering practice， and the lack of talent training to meet the social needs. Based on the concept of \"teaching factory\"， an engineering basefor chemical practice base has been created in campus. The engineering training teaching technology has been developed， which includes training scene simulating workshop， training operation engineering， operation control diversification and training project integration. It has realized the \"four in one\" train of students' engineering consciousness， practice operation， engineering design and engineering innovation ability. Practical personnel training has been achieved obvious results.

Keywords： teaching factory; practice base; practice teaching; teaching technology; teaching reform

我國現行工程類專業人才培養“科學化”趨勢仍然明顯，重理論、輕實踐，重實驗、輕技能，重精深、輕綜合，培養的人才與社會各行各業的需求不相適應。如何以社會需求為導向，深化工程類專業人才培養模式的改革，已經引起社會各界的高度關注[1-4]?！督逃筷P于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》（教高〔2018〕2號）提出加強實踐育人平臺建設，綜合運用校內外資源，建設滿足實踐教學需要的實驗實習實訓平臺，切實提高實踐教學環節質量。近年來，衢州學院化學與材料工程學院對校內化工實踐基地建設和實踐教學技術改革進行了積極探索，取得了明顯的實效。

一" 化工類專業實踐教學的現狀分析

化工類專業實踐教學包括認識實習、生產實習、畢業實習、課程設計和畢業設計（論文）等。實踐環節是幫助學生了解和熟悉化工實際生產，掌握基本化工生產技能，培養學生初步工程設計能力和技術創新能力的重要手段，是學生將書本知識轉變為實際工作本領、實現“最后一公里”對接的有效途徑，在化工高等教育中占有十分重要的地位[5-7]。

然而，由于化工行業的特殊性、企業缺乏參與高校人才培養過程的內在動力等因素，化工類專業學生實習難，到企業實習只能看，不能動手操作，難以做到以學生為主的工程能力訓練，實習效果不佳。而校內工程實踐，受資金、場地等限制，工程訓練裝置缺乏、教學技術落后、實踐訓練項目脫離企業生產實際，嚴重制約了學生工程意識、實踐操作、工程設計和工程創新等能力的培養。如何在新的形勢下加強實踐基地建設，進而加強學生的實踐能力培養，提高化工類人才的培養質量，是一項緊迫的任務。

二" “教學工廠”理念簡述

“教學工廠”是新加坡南洋理工學院最具特色的辦學經驗和理念[8-10]，它將實際企業環境引入教學環境中，這種兩者融合的教學模式，使學生能夠將所學到的知識和技能應用于未來的實際工作中。這種“教學工廠”模式，促進了教學與企業環境的融合，使學生綜合能力得到了迅速的提升?！敖虒W工廠”理念的內涵主要包括以下四點。

（一）" 創設真實的實踐環境和過程

通過建立教學工廠項目平臺，為學生創設模擬企業的真實實踐環境，讓教學過程和生產過程融合在一起，讓老師和學生能在一個真實環境中實現教和學，大大加快了理論與實踐的結合，為今后能夠更快地融入企業的生產過程創造條件。

（二）" 培養學生的創新能力和團隊合作精神

在“教學工廠”的實踐環境中，一方面具有一定的容錯空間，學生可以大膽創新，培養其創新能力；另一方面，實踐訓練項目具有綜合性，需要團隊合作才能完成，從而培養學生的團隊合作能力。

（三）" 確保學生所學即為企業所用

通過“教學工廠”中企業項目和研發項目的實踐鍛煉，使學生能將所學到的知識和技能應用于企業實際的工作環境中。這就要求學校做好專業的企業調研工作，專業的課程設置、課程內容、實踐項目都必須與企業的需求和實際應用相適應。

（四）" 提升教師的實踐能力

“教學工廠”模式的實施，一方面要求教師具有一定的企業背景，較強的實踐經驗，能清楚地了解企業的需求、未來的發展趨勢，這樣才能勝任項目工程師和學生導師；另一方面，在“教學工廠”項目不斷地研發和實施過程中，教師和學生一起學習、一起研究，不斷更新知識結構，使教師的專業能力、教學水平和實踐能力得到不斷的提升，實現教學相長的良性循環。

三" 校內化工實踐基地建設和教學技術改革

（一）" 校內化工實踐基地建設

1" 實物裝置流程工藝建設

根據認識實習、生產實習、畢業實習等化工專業實踐教學目標的要求，基于“教學工廠”理念，衢州學院化學與材料工程學院教師按照相關化工設計規范自主開發、設計，委托企業制造、安裝，從“教學工廠”的總平面布局到車間設備的平立面布置，從設備安裝和操作平臺設計到工藝流程設計，從設備結構設計到管道配置設計，從自動控制系統設計到安全聯鎖保護系統設計，從操作界面編程到操作單元應用等，建成了中試規模的校內化工實踐基地，占地500多平方米。基地現有間歇生產訓練工藝和連續過程生產訓練工藝，主要包括常壓反應蒸餾操作單元、減壓反應蒸餾操作單元、減壓精餾操作單元、自動加料操作單元、連續管式反應操作單元、真空系統和熱媒系統7個單元，可進行流體輸送、反應、攪拌、精餾、抽真空、電加熱、冷卻、冷凝和蒸發等10多種基本化工操作。工藝過程采用DCS系統控制，可供化工類專業學生實際生產演練以及工藝改進、工程創新等訓練，也可滿足相關專業課程的現場教學需要。

2" 裝置流程工藝的虛擬化改造

利用校內化工實踐基地開展生產實習、畢業實習等化工專業實踐環節，為了貼近化工生產實際，實物裝置流程工藝往往涉及高溫、高壓、易燃等過程。由于學生實習時對工藝過程不太熟悉，特別是初次參加化工過程操作實踐，容易導致操作不當，因此存在物料泄漏、高溫燙傷等安全隱患。另外，實物裝置流程工藝受裝置和物料介質所限，工程訓練項目具有局限性，根據行業和技術發展趨勢持續開發訓練項目的成本和難度較大。按照“持續發展、安全為要、訓練高效、低消耗、零排放、易管理”的建設思路，充分利用實物裝置流程工藝，以共享優質實踐教學資源為策略，以建設信息化實踐教學資源為重點，搭建系統、完善的半實物虛擬仿真實踐教學平臺，虛實結合，建設了為應用型化工類人才培養提供工程實踐和創新訓練的校內化工實踐基地。

（二）" 實踐訓練項目設計和教學技術改革

通過分析化工類學生未來就業的主要崗位，如生產操作和管理、工藝設計、技術改進和產品開發等，設計開發了專業基礎實踐項目、綜合工程訓練項目和創新訓練項目等三層次的實踐訓練項目，并開發了訓練場景車間化、訓練運行工程化、操作控制多元化和訓練項目綜合化的工程訓練教學技術，以實現學生工程意識、實踐操作、工程設計和工程創新能力的“四位一體”培養，同時培養學生的質量意識、市場意識、安全意識、環保意識和團隊合作精神等綜合素質。

1" 專業基礎實踐項目

該層次的實踐項目是讓學生掌握基本的化工實踐操作技能，通過形象直觀的實踐訓練，深化課堂理論知識的學習，加強學生分析問題、解決問題能力的培養，從而提高學生專業學習的興趣。該層次實踐項目具體包括流體輸送、傳熱、精餾、萃取和吸收等單元操作項目，為開展綜合工程訓練項目打好基礎。下面以流體輸送、傳熱、精餾為例，簡要說明。

流體輸送單元操作項目。化工生產過程中的原料及產品大多數是流體，往往需要設計或選擇流體輸送設備，合理選擇和安裝測量儀表測定管路或者設備內的壓力、流量等參數，通過手動調節或自動控制系統，實現物料流量在工業生產允許的范圍內。根據學生特點設計實踐項目背景素材，通過設計計算，能夠正確選擇流體輸送設備，選擇合適的測量儀表和必要控制系統，能夠根據操作規程實現流量控制和流體輸送任務的完成。

傳熱單元操作項目。大多數化工生產需要在一定的溫度下進行，需要對物料進行加熱或冷卻，需要利用換熱設備并合理選擇和安裝溫度檢測儀表，通過手動調節或自動控制系統，控制物料溫度在規定范圍內。根據學生特點設計實踐項目背景素材，通過設計計算，能夠正確選擇換熱設備，選擇合適的測量儀表和必要控制系統，能夠根據操作規程實現溫度控制和物料加熱（冷卻）任務的完成。

精餾單元操作項目。精餾單元操作常常用于液相混合物的分離，在化工生產中較為普遍。精餾分離的主要原理是利用液相混合物中各組分的沸點差異，通過塔釜加熱產生上升的蒸汽，與塔頂下降的回流液在各級塔板上實現多次接觸，達成多次汽液平衡，實現重組分往塔釜方向、輕組分往塔頂方向，濃度逐漸提高，實現混合液的分離。影響分離效果的因素有多種，常用于控制調節的操縱變量有回流比、塔頂溫度、塔釜溫度等。相比于流體輸送和傳熱單元操作項目，精餾單元操作項目較為復雜和綜合，回流比、塔頂冷凝介質流量和溫度、塔釜加熱介質流量和溫度、進料流量和狀態、塔釜采出流量和塔頂采出流量等因素，均會影響精餾塔的分離效果。不同混合物組分，由于物性的不同，精餾分離的難易程序和操作性存在很大差異。為了加深學生對精餾復雜性的理解，提高學生精餾單元操作能力，設計了不同混合物分離的訓練項目，比如丙酮與水、苯與甲苯、乙苯與苯乙烯等，運用虛擬仿真系統，在要求保證某質量指標的任務下，開放式地讓學生嘗試各種操作，并可得到如何才能實現更高的產品回收率、更低的能量消耗、更平穩的操作運行等初步結論。

2" 綜合工程訓練項目

利用校內半實物虛擬仿真實踐教學平臺，設計了任務驅動型綜合工程訓練項目，如粗乙醇精制、醋酸乙烯酯乳液聚合、D4合成二甲基硅油和大豆油制生物柴油等。這些訓練項目來自于工業生產實際，綜合了流體輸送、傳熱、精餾等多個單元操作，并且以化工產品的設計生產為主線，多層次地設計了工程訓練內容，包括化工工藝設計、化工制圖、化工裝置開停車、生產事故分析與處理和產品質量控制等，工程訓練內容覆蓋了專業核心。

訓練裝置各單元采用了模塊化設計，可拆裝和組合，操作性強。在工程訓練過程中，學生兼具“導演和演員”的雙重身份，以小組為單位自主選擇訓練項目并制定訓練方案，經指導教師審核后，學生可以根據設計的工藝流程圖進行自主安裝、設備調試、操作控制，強化學生發現問題、分析問題、解決問題能力的培養，達到學中做、做中學、做中教和做中精的教學目的。

為了使高校人才培養貼近社會的需求，工程訓練期間，采用企業化管理模式，學生模擬企業員工身份，真實操作等實戰教學方法，創設真實工作任務、真實工藝流程、真實運行工況和真實產品生產的教學情境，提高學生的工程實踐能力，使學生熟悉企業生產運行過程，縮短課堂與企業生產車間的距離，使學生畢業后能將所學的知識和技能盡快地應用于實際工作中。

3" 創新訓練項目

該層次的設置目的是讓學生在掌握規定的專業基礎實踐項目和綜合工程訓練項目后，充分利用校內實踐教學資源，進行創新能力的訓練，以進一步培養學生創新思維、創新設計和技術開發的能力，激發學生創新意識、創新熱情和參與創新活動的積極性。

創新訓練項目主要是以綜合性實驗項目驅動的方式，由學生自主設計完成。創新訓練項目在虛擬仿真實踐教學平臺和實驗室進行，采用預約開放的管理方式，提供儀器設備和場所，專任指導教師為創新活動給予指導。

學生可利用各類教學資源16個。在相關實驗真實操作前，要求學生先在網上熟悉裝置、認識流程及控制方案、在線預習和在線虛擬操作，再到實驗室進行真實操作。通過這種方式，學生實際操作的熟練程度與數據的準確率明顯上升，創新實驗的安全性得到了更大的保障。虛實結合的創新實驗訓練，強化了實驗教學的效果，實驗的綜合性、設計性明顯提高，學生的學習興趣、創新與設計能力明顯增強。

（三）" 訓練項目的持續改進

隨著化工行業的快速發展，國家對環境保護、能源消耗、碳達峰碳排放的新要求，地方化工產業對化工新技術的需求，以及對能夠開發新技術、掌握新技術、應用新技術的人才需求越來越迫切。作為地方應用型高校，理應為地方產業發展培養急需人才，人才培養的方式和內容必須與之相適應，而工程實踐訓練是人才培養中最為關鍵的環節之一，工程訓練項目的持續改進顯得尤為重要。

在具體人才培養實踐中，工程訓練項目的改進主要結合地方化工產業的需求變化、教師的科研和社會服務，同時結合學生畢業設計、畢業論文、大學生科技創新項目的研究不斷研發和更新。在項目的持續改進過程中，教師和學生對遇到的新問題共同學習、相互探討，從而不斷更新教師的知識結構，使教師的專業能力、教學水平和實踐能力得到顯著的提升，體現了教學相長。

四" 改革的成效

（一）" 解決了應用型人才培養過程中工程訓練基地缺乏的難題

由于企業缺乏參與高校人才培養的內在動力和化工生產的特殊性，化工類專業的校外實習往往流于“走馬觀花”，化工企業難以真正成為應用型人才培養的訓練基地。同時，受辦學理念、場所、資金等方面的限制，校內工程訓練裝置往往嚴重缺乏，極大地制約了應用型人才的培養。通過校內“教學工廠”的創建，可解決應用型人才培養過程中工程訓練基地缺乏的難題。

本改革為化工類專業學生提供在校期間的不斷線工程訓練教學服務，包括認知實習、生產實習、職業能力培訓、創新實踐和畢業實習等。

（二）" 提高了學生工程綜合能力和創新能力的培養

傳統的實踐教學設計多以驗證性為主，訓練項目分散、綜合性不強，脫離工廠實際工藝和工況，不利于培養學生的工程綜合能力。通過分析學生未來的就業崗位，通過綜合工程訓練項目的設計和實踐教學技術的改革，實現學生工程意識、實踐操作、工程設計和工程創新能力培養的“四位一體”，解決學生工程綜合能力培養的問題。

化工綜合工程訓練平臺的創建，為學生參與校級及以上學科競賽和科技創新訓練創造了良好條件，目前衢州學院化工類專業學生平均參加1.2項學科競賽，大大提升了學生的創新能力。學生已多次榮獲全國大學生化工設計競賽一等獎、全國大學生化工實驗競賽一等獎、浙江省化學學科競賽（A類）一等獎等好成績。衢州學院榮獲浙江省大眾創業萬眾創新示范基地、國家級大學生創新創業訓練計劃高校等榮譽。

（三）" 提高了畢業生就業能力和就業質量

針對現行化工類人才培養“科學化”趨勢凸現、與企業需求不相適應的問題，通過企業化環境的營造、訓練項目的實施，使化工工程訓練教學與化工生產無縫對接，學生的工程實踐能力和應用創新能力得到了明顯的提高，實現化工類專業人才培養貼近企業需求。畢業生廣受社會歡迎，就業率均在97%以上。根據第三方統計，化工類專業畢業生的起薪水平和對母校的滿意率均處于省內同類院校前列。

（四）" 提高了社會服務能力

利用校內“教學工廠”的生產裝置，開展工藝改進和產品研發工作，與地方多家企業合作完成了4，4'-聯苯二酚、苯氧乙醇等產品的中試技術開發，完成廢硅橡膠裂解制備D4中試技術及后續工業化生產，完成3-甲氧基丙烯酸甲酯的中試生產技術開發，產生了較大的經濟和社會效益。本化工實踐基地獲批為浙江省專業技術人員繼續教育培訓基地，為衢州市及周邊化工相關企業培訓生產技術人員、安全管理人員、生產操作人員等5 000多人次，助力地方化工行業的良性發展。

五" 結束語

面對應用型本科建設，新工科人才培養方案的逐步實施，實踐教學改革必須不斷創新與探索。先進的教學理念、豐富的實踐教學資源、高水平的雙師雙能型師資隊伍、科學的實踐管理體系是提高實踐教學環節質量、提高學生工程實踐能力和應用創新能力的基礎。也唯有如此，才能實現國家提出的實踐育人之目的，切實提高我國高等教育的教學質量。

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