面向產業的化工類跨專業綜合實踐教學平臺的構建與實現

于三三， 楊中秋， 趙 嘉， 王明艷

（沈陽化工大學教務處，沈陽110142）

0 引 言

國務院辦公廳《關于深化產教融合的若干意見》（以下簡稱《意見》）中指出，深化產教融合，促進教育鏈、人才鏈與產業鏈、創新鏈有機銜接，是當前推進人力資源供給側結構性改革的迫切要求，對新形勢下全面提高教育質量、擴大就業創業、推進經濟轉型升級、培育經濟發展新動能具有重要意義［1］。教育部在《全面提高高等教育質量的若干意見》中也強調指出：“強化實踐育人環節，加強實驗室、實習實訓基地、實踐教學共享平臺建設”［2］。可見，國家對轉變傳統教學模式，探索新型實踐教學基地建設，切實強化學生工程實踐能力培養給予高度重視。如何圍繞強化學生實踐能力培養，構建一個跨專業綜合實踐教學平臺，有效引導學生參與各類工程實踐與創新活動，全面提升學生的綜合能力和素質，是當前高校特別是地方高校教學改革與教學建設工作的重要內容之一。我校地處石油、化工、化學及下游產業基礎雄厚的傳統老工業基地，理應抓住地方工科院校專業建設與地方產業發展相結合的機遇，為面向地方產業，服務地方經濟培養應用技術型人才。學校自2013年進行工程教育專業認證以來，針對課程工程實踐環節偏弱，學生解決復雜工程能力不足等問題，對化工類專業實踐教學模式進行了改革與探索，構建了“優質資源融合，教學科研結合，面向產業服務”、學校與企業聯合培養人才的跨專業實踐教學平臺。

1 工程實踐環節現狀

目前化工類專業工程教育實踐教學的現狀是工程技術人才的培養與社會需求、行業需求脫節；綜合性和創新性訓練偏少，看的多，動手少，實踐教學走過場；校內實習資源有限，缺乏真實工程環境，職業素養缺乏。

工程實踐能力的培養主要依托于各類實驗、實訓及實習等實踐教學平臺，生產實習和畢業實習恰恰是綜合培養學生工程實踐能力最重要的環節［3］。① 因為傳統的化工類實踐教學平臺，多以演示、驗證實驗為主，實驗室進行的實驗，與工業生產設備區別較大，不利于學生了解和掌握化工設備的真實結構，同時導致學生對大中型設備缺乏感性認識；②因為化工生產具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害、多為連續化封閉式生產線生產等特點，到化工生產企業實習只能看到表象，不能做，很難達到教學實習效果［4］。急需破解高校化工類實踐教學中長期存在的做不了，做不好，做不到，做不上的難題，因此加強校內綜合實驗實訓平臺建設尤為重要。經過多年的實踐，我校建立了面向產業的化工類跨專業綜合實踐平臺，該平臺全面整合并優化了校內實驗室資源和教師資源，徹底打破專業界限、學科界限、教學科研界限，形成了以化工產業需求為導向的多層次、開放式的多學科交叉、多專業共享的實踐教學平臺，培養了更多具有創新能力的滿足石油化工行業需要的化工類人才。有效解決了學生進入企業后所存在的行業意識薄弱、工程性思維欠缺、工程應用能力較弱，以及實踐創新能力不足等問題。

2 實踐教學平臺建設理念

針對上述問題，結合“新工科”人才培養目標—應致力于解決復雜工程問題能力、創造力、領導力、國際視野及交往能力和終身學習能力［5］，學校更新了實踐教育理念，形成了“以行業需求為導向，以學生為主體，以創新精神和綜合工程實踐能力培養為核心，學思結合、知行統一”的教學理念，建設“高起點，大綜合，重能力，強輻射”的實踐教學平臺。化工類跨專業綜合實踐平臺以石油化工行業需求為導向，通過構建多學科交叉、多專業共享、多模塊組合、多功能集成、多手段教學的全過程實踐教學平臺，實現了環境“車間化”、裝置“真實化”、項目“典型化”、要求“規程化”、任務“生產化”、事故“仿真化”，加強學生協作溝通、工程推理、分析和解決問題、故障處理、事故應急等職業技能的培養，提高了學生解決復雜工程問題的能力［6］，凸顯我校化工類人才培養質量、辦學特色。

3 跨專業綜合實踐教學平臺建設實踐

3.1 建立面向產業的工程實踐教育體系

實踐教學體系建設以石油化工行業對畢業生綜合工程實踐能力、解決復雜工程問題能力的需求為導向，遵循學生從入學到畢業整個過程的專業素養規律，按認知型、操作型、綜合型、研究型逐漸遞進的方式，由專業基礎實驗、專業實踐、工程應用、綜合創新4個層次構成，分別通過基礎實驗、專業特色實驗、實習實訓、綜合創新實驗等平臺上實現，由基礎實驗技能到工程創新能力培養逐步強化。以綜合工程實踐能力培養為核心，學校4大實踐平臺涵蓋基本型、綜合設計型、研究型與創新型等實驗，實現了工程訓練系統化、創新訓練系列化、能力培養實效化，形成了實踐教學體系的主線，實踐教學體系關系如圖1所示。

圖1 實踐教學體系

3.2 多層次遞進式跨專業實踐教學平臺的構建

該平臺全面整合并優化了校內實驗室資源和教師資源，徹底打破了專業界限、學科界限、教學科研界限，形成了集“裝備、工藝、控制”一體化、多層次、開放式的多學科多專業共享的實踐教學平臺。

該平臺由基礎實驗、專業特色實驗、實習實訓（跨專業綜合實驗）、綜合創新實驗4個功能平臺構成，學生的綜合工程實踐能力培養逐步強化。

3.2.1 基礎實驗教學平臺

以認知型、基礎型實驗為主的實驗平臺，該平臺主要通過將原有基礎化學實驗中心、電工電子實驗中心，化工原理實驗室等基礎實驗中心進行升級改造，資源整合，形成以化工原理實驗、基礎化學實驗為核心的公共基礎平臺，及各類學科共享的專業基礎實驗平臺，對化工類一二年級本科生實驗教學和創新實踐活動進行開放，主要培養學生的基礎實驗技能。其中化工原理實驗室所包含的流體阻力實驗裝置、流量計標定實驗裝置、離心泵性能實驗裝置、過濾實驗裝置等是以化工實際生產中常用單元操作為背景建立的化工典型單元操作裝置，增強了學生對實際設備的感性認識。同時該平臺還包括以這些裝置為對象，開發的與之對應的集練習、實驗、考核為一體的虛擬仿真實驗平臺，學生可以反復預習、練習、變換參數進行實驗，體現了以實物為主，虛實結合，對實體實驗進行有益的補充的特點，面向全校16個化工類專業的學生開放。

3.2.2 專業特色實驗平臺

以操作型、綜合型為主的實驗平臺。該平臺主要由化工類專業實驗中心組成，通過有目的的設置綜合性專業實驗項目，提供集裝備、工藝、控制為一體的綜合設計型實驗，使實驗項目不僅涉及裝備、工藝、控制等方面的技術因素，學生在完成實驗的過程中還要考慮到環境、安全、經濟性等及其他因素，對于實驗中可能出現的問題必須通過深入工程分析才可能得到解決，從而培養學生解決復雜工程問題的能力。該平臺包括化學工程實驗教學中心、材料科學與工程實驗教學中心、過程裝備實驗教學中心等專業實驗教學中心。以化學工程實驗中心為例，包括典型反應工藝過程，如：乙苯脫氫制苯乙烯反應系統裝置、反應精餾系統裝置、硫酸銅合成反應裝置、一氧化碳中、低溫控制反應系統等。這些是石油和化學工業、制藥工業的典型工藝過程，具備化工產品合成和化工工藝實訓兩種功能，具有工程化的技術特征，可通過該平臺培養學生的工程實踐能力，體現了化工過程的系統性、規模化和工程化的特點，同時面向化工類、過程控制與裝備、自動化等專業學生開放。眾所周知，實際企業遇到的問題都不是單一的問題，需要畢業生具備集“工藝、裝備、控制”一體化的綜合工程實踐能力。以化工類專業學生為例，學生利用該平臺時以工藝為主體，以控制和裝備為兩翼，有意識讓學生養成一體化的思維習慣，從而真正實現打破學科和專業壁壘，培養適應化工類企業行業需要的綜合型人才。

3.2.3 實習實訓平臺（跨專業綜合實驗平臺）

為培養學生解決復雜工程問題的能力，學校組建了以化工學科為龍頭，兼顧裝備、控制等學科的綜合實驗實訓平臺。該平臺由省和學校共同投資完成，主要由校內實習實訓基地組成，“5＋1＋1”模式，即5條生產線（甲醇、化工制藥、化肥包覆材料、高分子橡膠加工、高分子塑料加工生產線）、1個裝置（排放氣污染治理成套裝置）、1套自動化控制系統（化工生產自動化控制系統）。實訓平臺主要生產線和裝置見圖2。

圖2 實驗實訓平臺主要生產線和裝置

該平臺面向石油化工、精細化工、醫藥化工、新材料、新能源等產業集群，通過構建多學科交叉融合、多專業共享、多模塊組合、多功能集成、多手段教學的全流程實踐教學內容，實現教學過程與工業過程的無縫對接和內容的工程化、綜合化、系統化和集成化。

作為校內實習實訓教學基地，對每一條生產線、每一套裝置、每一個控制系統都要精心設計實習內容，以滿足學生綜合能力培養的需求，滿足學生能夠參與、組織生產的真實情景要求，滿足學生工程實踐能力培養的需求。真正做到環境“車間化”、裝置“真實化”、項目“典型化”、要求“規程化”、任務“生產化”、事故“仿真化”。設計理念完全體現我校的教學理念，即以化工行業需求為導向，按照化工和精細化工行業企業的工藝標準和流程以及行業企業關于工程技術人才的職業要求和技術標準，校企共同研發設計實訓內容。依托石油化工校企聯盟，充分發揮教育鏈和產業鏈上下溝通，實現人才培養和產業需求之間的無縫對接，聘請化工企業專家和學校化工專業教授共同組成實踐教學指導委員會，對實習內容進行設計指導。

以甲醇生產線為例，該實訓中心運行甲醇合成與精制工段半實物仿真微型工廠，其實習實訓內容設計充分體現以行業企業需求為導向，結合煤化工系統的甲醇生產裝置，參照企業現場技術人員要求，應用現代化教學手段，結合網絡、多媒體等多種方式，依托化工類專業培養方案，按照以下幾個方面設計實習實訓內容。

（1）為培養學生的工程實踐能力，設計了開放性的故障點設置、情景化的真實操作等實現本專業學生熟悉掌握化工單元操作、化工工藝流程、過程裝備與自動控制、操作優化、化工安全與環保、節能、操作規程等工程實踐能力，使受訓學生得到全方位的工程生產訓練。

（2）實訓項目以典型煤制甲醇工藝過程為樣本，合成采用一氧化碳制甲醇法，精餾采用節能三塔分離流程，均為國內外主流生產技術。該實訓裝置全不銹鋼設備，工程化、廠景式氛圍濃厚。本實訓中心煤制甲醇裝置可將每個工段分成多種仿真操作過程。合成工段包括開車、停車、故障排除、正常運行等操作；精餾工段包括開車、停車、故障排除、正常運行等。各工段各項操作都實行全自動控制，使操作過程更加接近于生產實際過程。

（3）該實訓平臺半實物仿真工廠在常壓、常溫下運行，低能耗，無污染，安全隱患小。參照實際車間運行狀況安排學生生產實習任務，要求實習師生戴安全帽、穿實習服，并嚴格按照操作規程進行各項模擬操作。監測與控制（DCS系統）各個過程操作參數的情況，采用開放式的工藝參數設計和先進的控制軟件平臺實現工廠數據的真實再現，體現工廠的現場真實狀態；具備較為先進的控制手段，可以培養學生“工藝、裝備、控制”一體化的綜合實踐能力，適應現代化工自動化程度高的生產需求。

（4）在線仿真培訓考核系統、仿真實訓系統能夠滿足專業學生培養要求和企業員工上崗培訓、技能鑒定需要；可以獨立運行的虛擬現實（VR）“仿真軟件”和“相關化工培訓軟件系統”，以輔助該裝置的實訓實習教學、理論教學和初級工藝培訓，并能解決同時進行多人大批量培訓教學的問題。

（5）對于高溫高壓、易燃易爆、有毒有害的化工過程，可通過仿真軟件來實現實訓目的。本著“虛實結合，能實不虛”的原則，利用互聯網＋，結合大數據技術，加強了虛擬仿真實驗教學資源建設［7］，目前已開發39個虛擬仿真實驗項目，結合線下實體操作，可以調動學生的積極性和主動性，培養自主學習能力和加強個性化指導。

近年來的教學實踐證明，半實物仿真實習能夠顯著提高學生的實習熱情，能夠使學生盡快地熟悉現場裝置，改善了實習環節的教學效果。圖3所示為部分仿真現場。

圖3 與虛擬仿真相結合

通過校內實驗實訓平臺的建設，強化與工業界密切合作，使得實驗實訓平臺能夠與工業裝置無縫對接，最大限度地還原生產實際，使得學生在實際生產環境、實物仿真環境及數字模擬（虛擬）環境中實踐動手能力得到強化，培養學生知識綜合能力、系統集成能力、責任擔當及安全生產意識、團隊協作能力和創新創造精神。2017年4月化工類跨專業綜合實驗實訓平臺被評為省級重點建設的化工和精細化工綜合實訓基地。該平臺緊密結合遼寧省產業、行業和企業對化工生產人才的需要，建成了集實習實訓、崗前和上崗后培訓、職業技能鑒定等功能于一體的高度仿真性培訓基地［8］。面向應屆畢業生和企業職工開展就業能力和職業技能培訓。現已面向校內外開放實訓項目44項，同時多次接待兄弟院校參觀、訪問、學習。

3.2.4 綜合創新實驗平臺

平臺依托學校的國家級實驗教學示范中心、大學生創新創業基地及校企聯盟，遼寧省化工、精細化工、制藥、生物、塑編、橡膠、硼鎂、環保等產業集群和產業鏈，大學生校外實踐基地。通過教師科研項目及綜合工程設計環節，完成大學生創新創業訓練項目、專業創新競賽、學生自主設計實驗等。培養學生的研究創新能力和工程創新能力［9］。

該平臺主要與科研項目相結合，重視與科學前沿、工程實際和社會應用實踐的密切聯系。多年來我校組織教師將最新科研成果及應用成果轉化為創新性實驗項目，并將這些實驗項目和內容納入實驗教學體系，推動科研與教學緊密結合，形成良性互動［10］。充分發揮學科前沿技術對培養學生創新精神和工程創新能力的作用，本平臺擁有科研成果教學資源化的中試裝置：靜態混合二氯化磷連續水解新工藝及裝置，靜態混合苯硝化制取硝基苯成套裝置、靜態混合乙烯氯化制備二氯乙烷成套裝置和DMPP尿素緩釋劑合成成套裝置。教師的科研成果轉化為實訓教學資源，用自有知識產權的先進技術啟發學生的創新思維，培養學生的創新能力。通過這些中試裝置幫助學生建立工程概念、放大設計概念，中試裝置的控制系統與現實的生產裝置控制系統相類似，建立過程控制的系統意識和安全生產的基本知識［11］。中試裝置系統體現工藝、裝備、儀表、測試、控制等技術集成化的特點，實現流程實時可控、參數實時可讀、狀態實時可測的實驗實訓教學目標，學生可以直觀地了解工藝過程、管道、儀表和閥門等典型裝置。

利用遼寧省石油化工產業校企聯盟，推進校企對口合作育人。通過開展人才培養“三定向”（即定向招生、定向培養、定向就業）、校企共建大型公共實習實訓基地和生產性實訓基地等，實現高校與企業人才培養深度合作［12］。2013年，我校在化學工程學院設立了“京博班”，校企雙方共同制定人才培養計劃、構建課程體系，實施校企雙元主體培育人才。“京博班”實行“3＋1”的辦學模式，前3年在學校學習，最后1年到企業進行頂崗實習，學生真正置身于現代化工生產經營運行的環境中，感受生產管理、勞動紀律、安全環保規章等方面對從業者整體素質的要求，很好地解決了企業實習流于表面的難題。入選京博班的學生畢業后可以直接到山東京博集團控股有限公司就業，學校人才培養方向與企業需求無縫對接［13］。今后要繼續廣泛開展委托培養、定向培養、訂單訂制培養，實現人才培養和產業需求之間的無縫對接，提升高校人才培養對遼寧產業結構調整和地方經濟發展的貢獻度。

4 結 語

化工類跨專業綜合實踐平臺具備多學科交叉和多專業融合的特點，能體現原料選擇、原料加工、產品生產、過程控制、裝置設計、工藝流程、操作運行、成本核算、環保安全等各生產環節，不但能夠滿足化工類及各相關專業的實驗實訓需要，還能為不同專業的學生了解行業相關知識提供條件，可面向我校及省內工科專業和企業單位員工開展實習培訓［14］。

學校通過教學資源整合、共享機制，探索構建立體化、多層次、開放式的化工類跨專業綜合實踐教學平臺，采用校企“雙導師制”開展項目實訓、生產實習和畢業設計，著力培養學生解決復雜工程問題的能力和創新意識。培養學生工程實踐和創新能力同時，注重學生的工作態度、團隊合作、交流溝通能力的提升［15］。切實提高工科實踐教學體系各主要環節（各種形式的實習、教學實驗、工程訓練、科技活動、課程設計、社會實踐、畢業設計等）的教學質量，使我校8個學院的8 000余名學生受益。近3年學生在挑戰杯、創新創業等項目獲獎人數逐年增加。

我校在跨專業綜合實踐教學平臺建設方面做了有益探索和實踐，并將繼續推進實踐教學體系的建設與完善，利用國家級化工過程裝備與控制綜合實驗教學中心、化工過程虛擬仿真實驗教學中心、科研基地和遼寧石油化工產業校企聯盟的軟硬件條件，將基礎實驗平臺、專業特色實驗平臺、實習實訓平臺（跨專業綜合實驗平臺）、綜合創新實驗平臺整合成相互貫通、融為一體的面向產業的化工類跨專業綜合實踐教學平臺［16］。依托此平臺，為培養高素質化工類應用型專業人才提供硬件支撐，為面向化工產業、服務地方經濟培養更多的工程實踐能力突出的應用技術型人才不斷探索與研究。