“虚实结合，能虚不实，能实不虚”的化学工程与工艺实践教学改革与实践——化工类专业实践教学改革系列研究之二

梁　军，梁福沛

(桂林理工大学　化学与生物工程学院，广西　桂林　541004)



“虚实结合，能虚不实，能实不虚”的化学工程与工艺实践教学改革与实践
——化工类专业实践教学改革系列研究之二

梁军，梁福沛

(桂林理工大学化学与生物工程学院，广西桂林541004)

本文针对当前高校提升人才培养质量要求，以解决化工类大学生实践教学过程中存在的实践效果不佳的问题为目标，提出了“虚实结合，能虚不实，能实不虚”的教学改革思路，并对实践过程中取得的成效进行了系统的总结。

化工；实践教学；改革；实践

长期以来，高校重理论知识，轻动手能力、实践能力和综合能力的办学模式使人才培养的诸多弊端凸显，学校培养的学生与企业需求的人才之间存在一定的差异性，未能针对地方经济重大发展战略需求而研究制定人才培养目标，教学过程与生产过程的对接不紧密，因此出现学生就业能力不足的情况。对化学化工等工科类专业而言，实践教学是学生将理论知识转化为动手实践及创新能力的关键环节，在人才培养中起着举足轻重的作用。然而，由于化工实际生产的高危性及不可控性，化学化工学科专业的许多实验无法在真实的生产环境中开展。

一、化学工程与工艺实践教学的主要问题与解决的难点

化工行业以复杂的工艺与高度自动化的设备联合体为基础，呈现出“生产规模日益增大、投资消耗日益增长、自动化程度日益提高”的发展趋势和行业特性，其生产过程连续不可逆，同时存在高温高压、易燃易爆、有毒有害等高危险性，因此，对人员的现场操作要求较高，对化工工艺流程的认识、化工生产的开停车调试、化工生产的主控指标调控等是化工类学生的基础操控能力。为提升学生实践能力，各高校化工类专业都会与企业合作，建立较为稳定的实习基地，但是企业出于安全及效益考虑，在传统的化工类现场参观实习和实训中，企业生产线不能也不会随时提供调试、开停车、故障排除等教学条件，同时要求学生不准动、不准碰、不准“越雷池一步”，学生现场参观多流于“走马观花式”实习，参与程度低、实习效果差。教育部于2013年下发了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》指出：虚拟仿真实验教学中心建设工作坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，以全面提高高校学生创新精神和实践能力为宗旨。

因此，高校要发展好化工类学科以适应化工行业的发展，就必然要顺势而为，加强虚拟仿真实验平台的建设，师生通过虚拟仿真实验平台，可以实现实验教学的重复性和再现性，有效提升化工生产的实际操控能力，亦即满足化工行业的人才需要。通过虚拟+实物的虚拟实训方法，让学生直观了解化工各种管道、泵、阀门、化工各单元操作等设备的安装、使用、维护等方法，从而突破学生实习的困境，提高化工类学生的基础实践能力。

二、虚拟仿真实践教学平台对化学工程与工艺实践教学的意义

虚拟仿真即虚拟现实，指用一个系统模仿另一个真实系统的技术，现阶段各高校化工实践教学都开始重视虚拟仿真技术，并在课程中作为一种全新的教学实践手段加以运用，具有生动直观、经济节约、安全可靠等特点。在教学实践中发现，运用虚拟仿真技术对化学工程与工艺实践教学能起到积极的作用，但由于虚拟仿真毕竟不同于真实的企业生产，因此也不可避免地带有局限性。

1.激发学生学习热情与积极性，提升学生学习主动性

虚拟仿真技术的应用范围很广，如在体验式游戏领域中，其互动性和逼真性带来了娱乐的革命性升级，带给人们一种前所未有的娱乐刺激和身临其境的存在感，在实践教学中运用虚拟仿真技术，同样能带给学生身临其境的感受。近8年来我校老师自主开发或联合开发了工科基础化学的模拟、仿真实验动画教学资源库，包含3D分子结构库、普通化学、物理化学、分析化学、化工原理及化学工艺学课程的模拟仿真实验，模拟实验通过动画模拟相应的实验操作步骤，让学生熟练化学实验的一些基本操作，让学生能够在网络上完成实验预习、虚拟操作以及实验复习等内容，如电导率的测量仿真实验动画，学生在操作界面中通过选择离子的种类与浓度，能模拟测试出体系的电导率的值，这不仅有助于学生对知识的深入理解，相比单纯的学习课本的理论知识自己凭空想像知识画面而言，这样的虚拟实习实践极大地提升了学生的学习兴趣和学习主动性。

2.契合当前卓越工程师创新能力培养的内在要求

2010年6月23日，教育部在天津大学召开“卓越工程师教育培养计划”启动会，联合有关部门和行业协(学)会，共同实施“卓越工程师教育培养计划”，其培养的主要目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，同时以实施卓越计划为突破口，促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量，我校化学工程与工艺本科专业以及化学工程硕士研究生专业学位均是卓越工程师建设点，由于化工的自动化程度高、危险性高等原因，“卓越工程师”“实习动手难”的困境并没有真正破解。建立仿真工厂，以电信号替代工艺信号，能让学生在逼真的操作环境中，“随意”在仿真工厂操作各种设备、调节各种工艺参数，从而真正破除“实习动手难”的问题，达到卓越工程师的培养要求。

3.提升教师实践教学能力，推进实践与科研结合

当前高校教师尤其是青年教师通常为博士毕业后到学校从事教学岗位，自身缺乏企业实践经验，虚拟仿真实践教学中心能促使教师将理论教学内容融入实践教学中，丰富课堂教学内容，也能使教师在虚拟实践中弥补自己企业一线实践操作经验的不足；同时教师以虚拟仿真教学中心为依托，深化教学方式方法的改革，鼓励教师在教学中立足先进性、前沿性更新充实课程内容，将化学化工学科最新科研成果及个人的科研成果有机融入到课程教学中，将科研成果转化为教学实训项目，以保证教学内容的先进性和前沿性。

4.整合实验室资源，实现实验室的全面开放

虚拟仿真实验可以提供开放式的实验环境，打破传统教学时空局限，学生通过虚拟仪器学习软件，可以自行学习实验，有效地拓展学生学习的时间和空间，为学生自主学习探索，发挥学习主动性提供条件，真正实现实验室的全面开放。

但如果在实践教学中，过度依赖虚拟仿真教学，或者以此替代真实的企业生产实践，则对实践教学的效果也会造成一定的影响，虚拟仿真实验会降低学生对实物的感性认识水平，从而降低学生实验误差的分析能力，因此在化工实践教学改革实践中，既要充分发挥仿真虚拟教学的作用，同时也要加强真实的一线实践，做到虚实结合。

三、“虚实结合，能虚不实，能实不虚”推进化学工程与工艺实践教学改革

实践教学体系包括了实验、课程见习、课程设计、专业实习、毕业实习、社会实践等众多环节，对工科学生的人才质量有着重大的影响作用。惟有“真实+仿真”实验场景的共同推进，构建“虚实结合，虚中有实，实中有虚”化工实践教学体系，学生方能在虚拟和真实的操作环境中，锻炼操控能力、提升创新精神。

1.构建虚实结合的化工实践教学体系

构建虚实结合的化工实践教学体系，首先需要分析企业对人才的具体要求，针对学校培养与企业需求之间存在的差异，加强对化学工程与工艺专业学生所开展的实验、课程见习、专业见习、生产实习、毕业实习等的规划和设计，注重大学生由课堂到车间的实践能力、创新能力的培养；其次，要充分发挥虚拟仿真的有效作用，通过开发多媒体网络教学课件，进行教学方法与手段的改革，大力打造各类教学平台，建设实践教学资源库，开设相关实验项目，摄制实验教学视频，集成优质教学图片，搭建虚拟中心信息管理平台，发布相关虚拟仿真教学资源，特别是针对耗时长、高危险性的大型工程推演实验进行模拟仿真+现场实体操作相结合的教学模式，将涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合实验进行虚拟仿真化；再次，可充分发挥第二课堂积极引导作用，以举办化工设计大赛等专业性比赛形式，培养学生专业学习兴趣，提升专业实践能力；第四，充分发挥企业实践基地作用，组织学生以集中或分散形式利用寒暑期到企业跟班学习，强化学生感性认识，从而更进一步了解企业生产、操作运行规程，切实提升学生的实践操作能力。

2.能虚不实，以虚拟仿真实践教学中心为基础，提升学生创新科研能力

随着智能手机及通信网络的发展，手机已经成为广大师生最常用的学习及交流工具。我校虚拟仿真中心建立了二维码学习识别系统，构建掌上信息+“微型工厂”的教学模式，学生通过扫描二维码，不仅可访问中心官方网站了解业界最新动态，还能通过扫描实体设备上的二维码，便捷、及时地了解仪器设备的使用范围、途径和注意事项，并可为学生预习、复习和交流提供便利条件。如我校依托国家级虚拟仿真实践教学中心的苯胺生产线建立苯胺生产3D虚拟仿真系统，可以根据仿真系统模拟装置工艺条件，再现生产中的各种现象，如开、停车，正常生产工况，生产过程中出现异常工况的处置等，学生不必去生产企业，亦能掌握化工生产中开、停车，正常生产过程以及各种安全生产过程中出现的安全事故的处置方法，增加了实验教学模式的新颖性。同时学生在开展实验授课前进行网络视频学习，提前完成实验流程、相关知识的学习与了解，打破了学生学习的时空限制，克服了实验台套数的不足，提高了学生对化工原理单元操作的掌握程度和理论水平，拓宽了实验教学的范围，丰富了实验教学的内容，提高了学生实验的兴趣，极大地提高了实验教学效果，也有助于提升学生创新科研能力。

3.能实不虚，推进校企深度融合，扎实推进学生实践操作能力提升

2012年教育部专门下发了《关于全面提高高等教育质量的若干意见》，强调要全面提高人才培养质量，强化实践育人环节。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》提出把提高质量作为教育改革发展的核心任务。在第七章“高等教育”中明确指出要提高人才培养质量。加强实验室、校内外实习基地、课程教材等基本建设。支持学生参与科学研究，强化实践教学环节。创立高校与科研校所、行业、企业联合培养人才的新机制。全面实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”。在大工程背景下，全流程实验即使是智能化仿真，由于流程复杂、工艺系统庞大、仿真时间太长和受学时限制，课堂教学存在一定的难度，为了把化学工程与工艺仿真实验教学中心的教学内容与社会需求更加切合，与化工专业学生培养目标更加适配，我校积极推进校企深度融合机制，以我校化工专业教育部卓越工程师项目为基础，优选企业有较高学术和技术水平的人员作为学校聘请的兼职教师，建立企业导师制度，担任本科生的联合指导教师，承担各层次专业课程教学；制定鼓励专职教师参与工程项目和产学研合作项目的制度，建立鼓励专职教师定期到企业挂职锻炼和顶岗工作的制度和激励政策，鼓励专职教师参与产学研合作项目研发；积极建设学生校外实习基地，扎实推进学生实践操作能力提升。

四、结语

根据以上思路，我校在化学工程与工艺实践教学体系构建上进行了积极的探索和实践，首先我校在化工原理、化工仿真实训实验室的基础上，对虚拟仿真资源进行整合，正式构建了“化学工程与工艺虚拟仿真实验教学中心”，逐步建成了工科基础化学实验仿真实验、化工原理单元实体与3D仿真实验、化工安全事件应急管理与虚拟仿真实验等6个教学资源库，开设相关实验项目164项，涉及仪器设备400余台套，虚拟仿真中心与北京燕山石油化工集团等10余家企业签订了实习基地协议和实习合同，建立了稳定的校外实习基地，上述实习基地与学校虚拟仿真实验教学中心保持长期的专业人才供需关系和密切的产学研合作关系，2015年中心先后成功获批广西区级、国家级虚拟仿真实验教学中心。此外，学校还积极探索教学改革科研实践，多项项目获批学校和广西区科研立项，如《基于广西石化产业发展的化学工程与工艺专业实践教学体系研究与实践》获批2015年广西高等教育本科教学改革工程重点项目，《卓越计划视角下校企合作对化工类研究生培养质量提升机制研究》获批2015年广西区研究生教育创新计划项目等。同时与此相适应的是学生的实践动手能力得到了显著的提升，近三年，我校在“三井化学杯”全国化工设计大赛中共获一等奖4项，二等奖1项，三等奖8项。

(责任编辑：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

梁军(1969-)，男，广东高州人，院党委书记，教授、硕导，研究方向为高校党建与思想政治教育。

2016-05-28

2016-06-12

2015年广西高等教育教学改革工程重点项目“基于广西石化产业发展的化学工程与工艺专业实践教学体系研究与实践”(2015JGZ129)。