化學工程與工藝專業(yè)實踐教學模式改革與探索

張淑華，張秀清，黎　燕，梁　軍

（桂林理工大學　化學與生物工程學院，廣西　桂林　541004）

化學工程與工藝專業(yè)實踐教學模式改革與探索

張淑華，張秀清，黎燕，梁軍

（桂林理工大學化學與生物工程學院，廣西桂林541004）

當前，我國正處于由制造工業(yè)大國向制造工業(yè)強國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期，國家將于2020年基本達到發(fā)達國家水平，急需大批動手能力強、專業(yè)基礎(chǔ)扎實、創(chuàng)新能力強的大學畢業(yè)生來引領(lǐng)工業(yè)4.0的進程。文章以桂林理工大學化學工程與工藝專業(yè)為例，依托化學工程與工藝卓越工程師和化學工程與工藝國家級虛擬仿真實驗教學中心平臺，討論該專業(yè)實踐教學模式改革，提高該專業(yè)學生動手能力、就業(yè)競爭力，加速推進工業(yè)4.0的進程。

工業(yè)4.0；卓越工程師；虛擬仿真；實踐教學模式改革；人才培養(yǎng)

2008年金融海嘯以來，西方發(fā)達國家紛紛推出“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，再度搶占國際競爭的制高點。德國于2013年提出“工業(yè)4.0”的概念。即人類將迎來以信息物理融合系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機器自組織為標志的第四次工業(yè)革命［1］7。中國作為新興的工業(yè)國家，現(xiàn)已成為世界最大的工業(yè)生產(chǎn)國。中國從工業(yè)大國走向工業(yè)強國，需要各個方面進行重組，需要進一步提高生產(chǎn)效率，提高技術(shù)創(chuàng)新能力，樹立國際知名品牌。在這個過程中，培養(yǎng)大批具有國際視野的工程技術(shù)人員成為中國從工業(yè)大國走向工業(yè)強國的關(guān)鍵。

隨著工業(yè)4.0時代的到來，社會生產(chǎn)力獲得巨大的提升，同時商業(yè)模式也會發(fā)生巨大變革，敏銳的企業(yè)家可以很快掌握工業(yè)4.0時代的價值創(chuàng)造方式，提高自己企業(yè)的競爭優(yōu)勢。這對整體處于工業(yè)2.0時代的中國企業(yè)意義重大。中國企業(yè)家為迎接工業(yè)4.0時代的到來，對高校培養(yǎng)人才的素質(zhì)，特別是畢業(yè)生工程實踐能力和工程創(chuàng)新意識，提出了新的要求。教育部為適應(yīng)企業(yè)的要求，一方面，提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，培養(yǎng)適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的高質(zhì)量的各類型工程技術(shù)人才［2］1，［3］4，另一方面，又鼓勵高校積極參加虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)，提高畢業(yè)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。本文以桂林理工大學化學工程與工藝卓越工程師的培養(yǎng)和國家級化學工程與工藝虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)為契機，探討化學工程與工藝專業(yè)實踐教學模式改革。

一、傳統(tǒng)實踐教學的現(xiàn)狀

桂林理工大學化學工程與工藝專業(yè)包括石油化工、化學工程、電化學工程三個專業(yè)方向。該專業(yè)于1986年開始招生，歷經(jīng)30年的發(fā)展，專業(yè)建設(shè)取得長足的發(fā)展，先后被確定為廣西高校優(yōu)質(zhì)專業(yè)、國家級高等學校特色專業(yè)建設(shè)點、教育部卓越工程師培養(yǎng)計劃建設(shè)專業(yè)、國家級化學工程與工藝虛擬仿真實驗教學中心。同時，桂林理工大學化學化工教學團隊被評為廣西區(qū)級教學團隊。師資隊伍建設(shè)也獲得極大的發(fā)展，目前，桂林理工大學化學工程與工藝專業(yè)擁有廣西“新世紀十百千人才工程”第二層次人選1人，入選廣西杰出青年基金項目1人，廣西壯族自治區(qū)教學名師1人，入選高校優(yōu)秀人才資助計劃3人［4］146。在長期的辦學過程中，我們深感化學工程與工藝專業(yè)實踐教學存在許多問題，阻礙了學生工程實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升，也對實施“卓越計劃”和化學工程與工藝虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)造成一定程度的困擾。這些問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）生產(chǎn)實習、實訓形式化

桂林理工大學一直非常重視生產(chǎn)實習，但由于化學工程與工藝專業(yè)的特殊性，企業(yè)出于安全及效益考慮，在傳統(tǒng)的化工類現(xiàn)場參觀實習和實訓中，企業(yè)生產(chǎn)線不能也不會隨時提供調(diào)試、開、停車、故障排除等教學條件，同時要求學生不準動、不準碰、不準“越雷池一步”，學生現(xiàn)場參觀多流于“走馬觀花式”實習，企業(yè)不可能真正提供崗位給學生進行生產(chǎn)實習，參與程度低、實習效果差，生產(chǎn)實習、實訓過于形式化。

（二）生產(chǎn)實習“自由化”

隨著學生維權(quán)意識的提高，越來越多的化工企業(yè)，由于擔心學生的安全問題而纏上官司，對學生到企業(yè)進行生產(chǎn)實習，表現(xiàn)的很不積極，甚至推諉。許多高校采取讓學生自己通過關(guān)系找實習單位，實習只要交一個實習報告來解決實習難的問題。這就使生產(chǎn)實習過于“自由”化，達不到生產(chǎn)實習的教學目標。其次，教師帶學生到企業(yè)去實習，“自由化”程度同樣很高：教師自由，帶實習的大部分教師沒有和學生一起去企業(yè)實習，了解生產(chǎn)工藝，而只是將學生送到企業(yè)單位的門口就離開了；學生自由，學生走馬觀花的看一下企業(yè)的生產(chǎn)工藝，對生產(chǎn)原理，各工段的操作工藝以及工藝參數(shù)是怎么確定的，都沒有進行考究等等。

（三）實踐教學內(nèi)容陳舊化

課程實驗（基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗）多為驗證性實驗，比如無機實驗：化學實驗基本操作（錄像）、氧化還原反應(yīng)、解離平衡、沉淀溶解平衡、化學平衡常數(shù)的測定、醋酸解離平衡常數(shù)的測定、解離平衡、化學反應(yīng)速率與活化能的測定等幾個實驗。數(shù)據(jù)處理方式陳舊，沒有應(yīng)用現(xiàn)代計算機技術(shù)來處理實驗數(shù)據(jù)。隨著科技的發(fā)展，企業(yè)對工程技術(shù)人員熟練使用大型測試儀器的要求越來越普遍，但大型測試儀器在一般高校仍是稀缺資源，研究生的使用尚不能完全滿足，更別提本科生了。同時，由于缺失工程項目的培養(yǎng)，使學生工程項目經(jīng)驗不足，協(xié)助溝通能力不強。針對這些問題，對大學生實踐教學需要進行深層次的改革。

二、化學工程與工藝實踐教學體系的構(gòu)建

（一）構(gòu)建多層次、立體化的實踐教學體系

在獲得國家級化學工程與工藝虛擬仿真實驗教學中心和入選教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”后，我們及時修訂了化學工程與工藝人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建了化學工程與工藝專業(yè)3T課程體系：理論課程體系和課程內(nèi)容（Theory）、驗證體系（Test）、創(chuàng)新體系（Try）。形成了以“以互聯(lián)網(wǎng)為平臺”，虛實結(jié)合為亮點的實踐教學體系。

以國家級化學工程與工藝虛擬實驗教學中心建設(shè)為契機，建立了工科基礎(chǔ)化學仿真實驗、化工原理單元實體與3D仿真實驗、化工工藝實體與虛擬仿真實訓、微型化工工廠實體與仿真實訓、大型儀器實體與仿真實驗和化工安全事件應(yīng)急管理與虛擬仿真實驗等六大平臺。工科基礎(chǔ)化學仿真實驗和化工原理單元實體與3D仿真實驗結(jié)合化學工程與工藝專業(yè)開設(shè)的基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗，構(gòu)建學生實踐教學體系的“基本技能層次”?；すに噷嶓w與虛擬仿真實訓和微型化工工廠實體與仿真實訓結(jié)合認識實習、生產(chǎn)實習等構(gòu)建學生的“綜合應(yīng)用能力與初步設(shè)計能力層次”。大型儀器實體與仿真實驗結(jié)合畢業(yè)實習、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、各級“挑戰(zhàn)杯”大學生學術(shù)科技作品競賽構(gòu)建學生的“工程實踐與創(chuàng)新能力層次”?；ぐ踩录?yīng)急管理與虛擬仿真實驗結(jié)合化工生產(chǎn)安全教育，構(gòu)建學生安全生產(chǎn)觀，形成安全生產(chǎn)意識和安全生產(chǎn)責任。

微型化工工廠實體與仿真實訓平臺的建立，通過虛實結(jié)合，一舉解決了生產(chǎn)實習、實訓形式化和生產(chǎn)實習“自由化”的問題，依據(jù)實際苯加氫制備環(huán)己酮裝置原型，建立10：1縮小裝置。安裝真實儀表、工藝參數(shù)傳輸裝置、中控室，和苯加氫制備環(huán)己酮生產(chǎn)工藝完全一致。同時，對該生產(chǎn)裝置全部設(shè)備和生產(chǎn)工藝均制備專用二維碼，使學生可以通過手機很方便學習各種設(shè)備的使用、維護、操作工藝條件等，真正將化工設(shè)備和化工工廠裝進學生的口袋?；すに嚵鞒袒趧討B(tài)模擬技術(shù)，有真實的裝置實體，模擬生產(chǎn)時不進真實工藝原料，依據(jù)電信號的變化來判斷、調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的變化，模擬裝置工藝條件，再現(xiàn)生產(chǎn)中的各種現(xiàn)象。

學生在進入企業(yè)實習前，先在微型工廠進行實操仿真實訓。通過實操仿真實訓，學生能夠了解化工生產(chǎn)的特點以及本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)規(guī)范，學生可以詳細的了解化工生產(chǎn)的開、停車過程、正常生產(chǎn)狀態(tài)、詳細學習掌握化工生產(chǎn)中各設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、操作規(guī)程、模擬生產(chǎn)過程中各工段發(fā)生意外的處理方式以及各工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響規(guī)律；同時，可以通過中控室和微型工廠現(xiàn)場進行互動，模擬生產(chǎn)過程，通過中控室發(fā)出指令，在現(xiàn)場的學生可以根據(jù)中控室發(fā)出的指令來調(diào)節(jié)泵的開度、液位的高度、體系的壓強、流量等來調(diào)控生產(chǎn)系統(tǒng)，從而解決學生在企業(yè)實習不準動、不準碰、不準“越雷池一步”的困惑，真正破除“實習動手難”的問題，極大的提高了學生的工程實踐能力。

（二）教學科研緊密結(jié)合，突顯大學生的工程創(chuàng)新能力

隨著化學工程與工藝教學團隊整體水平的不斷提高，我們鼓勵教師在教學中立足前沿性和先進性，充實課堂內(nèi)容，將化學、化工、材料等學科最新科研成果及教師個人的科研成果有機的融入到課程教學中，如化學化工教研室教師利用廣西區(qū)科技進步一等獎“含羧基的多官能團配體功能配合物的構(gòu)筑及其性能研究”的科研成果，設(shè)計并開設(shè)“一種新型微孔材料的合成及吸附性能測試”的無機化學綜合實驗；利用“一種單分子磁體［Co4（hmb）4（μ3-OMe）4（MeOH）4］的制備方法”國家發(fā)明專利［5］，設(shè)計并開設(shè)了“一種新型單分子磁體的制備及性能檢測”的無機化學綜合實驗?；瘜W化工教研室教師利用廣西區(qū)自然科學獎“弱作用對配合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響”的科研成果，設(shè)計并開設(shè)了“新型簇合物的微波合成工藝研究”化學工程與工藝專業(yè)基礎(chǔ)實驗。集成電池材料技術(shù)（10項專利），由企業(yè)出資，在中心建成電池裝配生產(chǎn)線，并通過仿真設(shè)計，形成3D電池裝配生產(chǎn)線，學生可以在網(wǎng)上學習電池裝配方面的知識和技能，擴寬了學生學習的空間。開拓了學生的國際視野。

三、優(yōu)化教學體系出成效

（一）掌上信息+“微型工廠”，教學模式更加新穎

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習及交流工具。虛擬仿真中心建立二維碼系統(tǒng)，學生通過掃描二維碼，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，便捷且及時地了解儀器設(shè)備的工作原理、使用范圍、途徑、注意事項以及設(shè)備保養(yǎng)等相關(guān)知識，并可為學生預習、復習和交流提供便利條件。同時，建立了苯加氫制備環(huán)己酮的仿真微型工廠，學生不必去生產(chǎn)企業(yè)，亦能掌握化工生產(chǎn)過程中開、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，增加了實驗教學模式的新穎性。

（二）科研成果反哺教學，教學內(nèi)容更為前沿

虛擬仿真中心鼓勵教師將科研成果轉(zhuǎn)化為教學實訓項目，以保證教學內(nèi)容的先進性和前沿性。目前，教師們通過將其科研成果的消化與再創(chuàng)造，設(shè)計并開設(shè)了142個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目，形成了科研成果反哺教學的合理模式。第一，依托國家級化學工程與工藝虛擬仿真實驗教學中心的大型儀器模擬操作軟件庫，通過“實體+虛擬”的方式，增強實踐教學的科學性、趣味性；第二，通過創(chuàng)建“虛實結(jié)合，虛中有實，實中有虛”的國家級虛擬仿真實驗學中心，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過程情景模擬真實性，解決學生難以到化工企業(yè)進行實際操作、直觀掌握實踐技能的難點問題。

（三）實驗平臺共建共享，教學成果輻射更強

化學工程與工藝虛擬仿真實驗教學平臺是目前廣西境內(nèi)首個建成的滿足不同層次化學工程與工藝類專業(yè)人才培養(yǎng)的教學和科研平臺，平臺使用的硬件系統(tǒng)和工具軟件比較先進。中心的合成氨系統(tǒng)、3D苯胺系統(tǒng)、各單元操作系統(tǒng)以及苯加氫制備環(huán)己酮微型工廠，可為廣西及華南地區(qū)化工類企業(yè)進行職工培訓和職工技能考核。中心的大型儀器模擬操作軟件庫通過“實體+虛擬”的方式，可為相關(guān)專業(yè)本科生、研究生及企業(yè)測試人員提供培訓。虛擬仿真中心搭建了學科競賽訓練平臺，可以承擔各級職業(yè)院校技能大賽化工類賽事、“三井化學杯”化工設(shè)計競賽、化工設(shè)計創(chuàng)業(yè)大賽、廣西高校化學化工設(shè)計競賽。化學工程與工藝虛擬仿真實驗教學中心成為化學工程與工藝重要的學科建設(shè)平臺，增加了虛擬仿真中心的輻射性。

新實踐教學體系的實施，極大的提高了學生的創(chuàng)新實踐能力，學生的綜合素質(zhì)得到極大的提高。以實施新的實踐教學體系的2012級卓越班學生為例。學生四、六級通過率達90%以上，學生100%參與“三井杯”等全國大學生化工設(shè)計競賽，并取得3人獲得全國一等獎、10人獲得全國二等獎，14人獲得全國三等獎。學生100%參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目。申請國家發(fā)明專利11項，本科生第一作者發(fā)表科研論文3篇，獲得廣西級“挑戰(zhàn)杯”一等獎1項，二等獎4項。

總之，經(jīng)過近年的卓越工程師培養(yǎng)和虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)，極大的提高了學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力，學生的綜合素質(zhì)得到極大的提高。

［1］ 胡權(quán).工業(yè)4.0時代的模式變革［J］.清華管理評論，2015（Z2）.

［2］ 林健.高?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”實施進展評析（2010-2012）上［J］.高等工程教育研究，2013（4）.

［3］ 陳啟元.對實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”工作中幾個問題的認識［J］.中國大學教學，2012（1）.

［4］ 劉崢，李建平，張淑華，等.基于卓越工程師培養(yǎng)的化工專業(yè)實踐教學體系的構(gòu)建與實踐［J］.教育教學論壇，2015（41）.

［5］ 張淑華，肖瑜，郭晶晶，等.一種單分子磁體［Co4（hmb）4（μ3-OMe）4（MeOH）4］的制備方法，專利號：ZL201110287083.3.

Practice Teaching Model Reform and Exploration of Chemical Engineering and Technology

ZHANG Shu-hua，ZHANG Xiu-qing，LI Yan，LIANG Jun
（College of Chemistry and Bioengineering，Guilin University of Technology，Guilin Guangxi 541004）

At present，our country is in a critical period from the industrial manufacturing large country to manufacturing industrial powers country.China will basically reached the level of developed countries in 2020.So we need a large number university graduates of strong hands-on skills，solid professional foundation，strong innovation ability who lead the process of industry 4.0.The article based on chemical engineering and technology major of Guilin university of technology as an example which based on a chemical engineering and process excellence engineers and Chemical engineering and technology national virtual simulation experiment teaching center platform.This paper discussed practice teaching mode reform of chemical engineering and technology professional which improves the professional student beginning ability，employment competitiveness，to accelerate the process of industry of 4.0.

industry 4.0；outstanding engineers；virtual simulation；practice teaching mode reform；cultivation of talents

G642

A

1673—8861（2016）02—0126—04

［責任編輯］張琴芳

2016-05-05

張淑華（1970-），男，湖南邵陽人，桂林理工大學教授，博士。主要研究方向：化學工程與工藝。

2015年廣西高等教育教學改革工程重點項目（2015JGZ129）。