“虛實結合，能虛不實，能實不虛”的化學工程與工藝實踐教學改革與實踐
——化工類專業實踐教學改革系列研究之二

梁　軍，梁福沛

(桂林理工大學　化學與生物工程學院，廣西　桂林　541004)

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“虛實結合，能虛不實，能實不虛”的化學工程與工藝實踐教學改革與實踐
——化工類專業實踐教學改革系列研究之二

梁軍，梁福沛

(桂林理工大學化學與生物工程學院，廣西桂林541004)

本文針對當前高校提升人才培養質量要求，以解決化工類大學生實踐教學過程中存在的實踐效果不佳的問題為目標，提出了“虛實結合，能虛不實，能實不虛”的教學改革思路，并對實踐過程中取得的成效進行了系統的總結。

化工；實踐教學；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模式使人才培養的諸多弊端凸顯，學校培養的學生與企業需求的人才之間存在一定的差異性，未能針對地方經濟重大發展戰略需求而研究制定人才培養目標，教學過程與生產過程的對接不緊密，因此出現學生就業能力不足的情況。對化學化工等工科類專業而言，實踐教學是學生將理論知識轉化為動手實踐及創新能力的關鍵環節，在人才培養中起著舉足輕重的作用。然而，由于化工實際生產的高危性及不可控性，化學化工學科專業的許多實驗無法在真實的生產環境中開展。

一、化學工程與工藝實踐教學的主要問題與解決的難點

化工行業以復雜的工藝與高度自動化的設備聯合體為基礎，呈現出“生產規模日益增大、投資消耗日益增長、自動化程度日益提高”的發展趨勢和行業特性，其生產過程連續不可逆，同時存在高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等高危險性，因此，對人員的現場操作要求較高，對化工工藝流程的認識、化工生產的開停車調試、化工生產的主控指標調控等是化工類學生的基礎操控能力。為提升學生實踐能力，各高校化工類專業都會與企業合作，建立較為穩定的實習基地，但是企業出于安全及效益考慮，在傳統的化工類現場參觀實習和實訓中，企業生產線不能也不會隨時提供調試、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”，學生現場參觀多流于“走馬觀花式”實習，參與程度低、實習效果差。教育部于2013年下發了《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》指出：虛擬仿真實驗教學中心建設工作堅持“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的指導思想，以全面提高高校學生創新精神和實踐能力為宗旨。

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

二、虛擬仿真實踐教學平臺對化學工程與工藝實踐教學的意義

虛擬仿真即虛擬現實，指用一個系統模仿另一個真實系統的技術，現階段各高校化工實踐教學都開始重視虛擬仿真技術，并在課程中作為一種全新的教學實踐手段加以運用，具有生動直觀、經濟節約、安全可靠等特點。在教學實踐中發現，運用虛擬仿真技術對化學工程與工藝實踐教學能起到積極的作用，但由于虛擬仿真畢竟不同于真實的企業生產，因此也不可避免地帶有局限性。

1.激發學生學習熱情與積極性，提升學生學習主動性

虛擬仿真技術的應用范圍很廣，如在體驗式游戲領域中，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，在實踐教學中運用虛擬仿真技術，同樣能帶給學生身臨其境的感受。近8年來我校老師自主開發或聯合開發了工科基礎化學的模擬、仿真實驗動畫教學資源庫，包含3D分子結構庫、普通化學、物理化學、分析化學、化工原理及化學工藝學課程的模擬仿真實驗，模擬實驗通過動畫模擬相應的實驗操作步驟，讓學生熟練化學實驗的一些基本操作，讓學生能夠在網絡上完成實驗預習、虛擬操作以及實驗復習等內容，如電導率的測量仿真實驗動畫，學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率的值，這不僅有助于學生對知識的深入理解，相比單純的學習課本的理論知識自己憑空想像知識畫面而言，這樣的虛擬實習實踐極大地提升了學生的學習興趣和學習主動性。

2.契合當前卓越工程師創新能力培養的內在要求

2010年6月23日，教育部在天津大學召開“卓越工程師教育培養計劃”啟動會，聯合有關部門和行業協(學)會，共同實施“卓越工程師教育培養計劃”，其培養的主要目標是培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，同時以實施卓越計劃為突破口，促進工程教育改革和創新，全面提高我國工程教育人才培養質量，我校化學工程與工藝本科專業以及化學工程碩士研究生專業學位均是卓越工程師建設點，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，能讓學生在逼真的操作環境中，“隨意”在仿真工廠操作各種設備、調節各種工藝參數，從而真正破除“實習動手難”的問題，達到卓越工程師的培養要求。

3.提升教師實踐教學能力，推進實踐與科研結合

當前高校教師尤其是青年教師通常為博士畢業后到學校從事教學崗位，自身缺乏企業實踐經驗，虛擬仿真實踐教學中心能促使教師將理論教學內容融入實踐教學中，豐富課堂教學內容，也能使教師在虛擬實踐中彌補自己企業一線實踐操作經驗的不足；同時教師以虛擬仿真教學中心為依托，深化教學方式方法的改革，鼓勵教師在教學中立足先進性、前沿性更新充實課程內容，將化學化工學科最新科研成果及個人的科研成果有機融入到課程教學中，將科研成果轉化為教學實訓項目，以保證教學內容的先進性和前沿性。

4.整合實驗室資源，實現實驗室的全面開放

虛擬仿真實驗可以提供開放式的實驗環境，打破傳統教學時空局限，學生通過虛擬儀器學習軟件，可以自行學習實驗，有效地拓展學生學習的時間和空間，為學生自主學習探索，發揮學習主動性提供條件，真正實現實驗室的全面開放。

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

三、“虛實結合，能虛不實，能實不虛”推進化學工程與工藝實踐教學改革

實踐教學體系包括了實驗、課程見習、課程設計、專業實習、畢業實習、社會實踐等眾多環節，對工科學生的人才質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，構建“虛實結合，虛中有實，實中有虛”化工實踐教學體系，學生方能在虛擬和真實的操作環境中，鍛煉操控能力、提升創新精神。

1.構建虛實結合的化工實踐教學體系

構建虛實結合的化工實踐教學體系，首先需要分析企業對人才的具體要求，針對學校培養與企業需求之間存在的差異，加強對化學工程與工藝專業學生所開展的實驗、課程見習、專業見習、生產實習、畢業實習等的規劃和設計，注重大學生由課堂到車間的實踐能力、創新能力的培養；其次，要充分發揮虛擬仿真的有效作用，通過開發多媒體網絡教學課件，進行教學方法與手段的改革，大力打造各類教學平臺，建設實踐教學資源庫，開設相關實驗項目，攝制實驗教學視頻，集成優質教學圖片，搭建虛擬中心信息管理平臺，發布相關虛擬仿真教學資源，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+現場實體操作相結合的教學模式，將涉及高危或極端的環境、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，可充分發揮第二課堂積極引導作用，以舉辦化工設計大賽等專業性比賽形式，培養學生專業學習興趣，提升專業實踐能力；第四，充分發揮企業實踐基地作用，組織學生以集中或分散形式利用寒暑期到企業跟班學習，強化學生感性認識，從而更進一步了解企業生產、操作運行規程，切實提升學生的實踐操作能力。

2.能虛不實，以虛擬仿真實踐教學中心為基礎，提升學生創新科研能力

隨著智能手機及通信網絡的發展，手機已經成為廣大師生最常用的學習及交流工具。我校虛擬仿真中心建立了二維碼學習識別系統，構建掌上信息+“微型工廠”的教學模式，學生通過掃描二維碼，不僅可訪問中心官方網站了解業界最新動態，還能通過掃描實體設備上的二維碼，便捷、及時地了解儀器設備的使用范圍、途徑和注意事項，并可為學生預習、復習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中心的苯胺生產線建立苯胺生產3D虛擬仿真系統，可以根據仿真系統模擬裝置工藝條件，再現生產中的各種現象，如開、停車，正常生產工況，生產過程中出現異常工況的處置等，學生不必去生產企業，亦能掌握化工生產中開、停車，正常生產過程以及各種安全生產過程中出現的安全事故的處置方法，增加了實驗教學模式的新穎性。同時學生在開展實驗授課前進行網絡視頻學習，提前完成實驗流程、相關知識的學習與了解，打破了學生學習的時空限制，克服了實驗臺套數的不足，提高了學生對化工原理單元操作的掌握程度和理論水平，拓寬了實驗教學的范圍，豐富了實驗教學的內容，提高了學生實驗的興趣，極大地提高了實驗教學效果，也有助于提升學生創新科研能力。

3.能實不虛，推進校企深度融合，扎實推進學生實踐操作能力提升

2012年教育部專門下發了《關于全面提高高等教育質量的若干意見》，強調要全面提高人才培養質量，強化實踐育人環節。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》提出把提高質量作為教育改革發展的核心任務。在第七章“高等教育”中明確指出要提高人才培養質量。加強實驗室、校內外實習基地、課程教材等基本建設。支持學生參與科學研究，強化實踐教學環節。創立高校與科研校所、行業、企業聯合培養人才的新機制。全面實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”。在大工程背景下，全流程實驗即使是智能化仿真，由于流程復雜、工藝系統龐大、仿真時間太長和受學時限制，課堂教學存在一定的難度，為了把化學工程與工藝仿真實驗教學中心的教學內容與社會需求更加切合，與化工專業學生培養目標更加適配，我校積極推進校企深度融合機制，以我校化工專業教育部卓越工程師項目為基礎，優選企業有較高學術和技術水平的人員作為學校聘請的兼職教師，建立企業導師制度，擔任本科生的聯合指導教師，承擔各層次專業課程教學；制定鼓勵專職教師參與工程項目和產學研合作項目的制度，建立鼓勵專職教師定期到企業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學研合作項目研發；積極建設學生校外實習基地，扎實推進學生實踐操作能力提升。

四、結語

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

(責任編輯：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，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改革工程重點項目“基于廣西石化產業發展的化學工程與工藝專業實踐教學體系研究與實踐”(2015JGZ129)。