基于產教深度融合的化工過程模擬教學模式

秦洪慶，丁 麗，王英龍，趙伯霖

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

0 引言

當今時代飛速發展，傳統教學模式滿足不了時代發展要求，對于人才的培養要與時俱進。“十四五”規劃中明確提出“推進產學研深度融合，支持企業牽頭組建創新聯合體，承擔國家重大科技項目”。產教融合的目標是培養高素質創新人才和高質量產業人才，促進人才與產業融合發展的關鍵是規劃引領和政策創新。通過推行產教融合，教師與企業工程師能夠共同調整和完善專業培養目標，探索多樣化的人才培養模式。深化產教融合，能夠推動教育優先發展、人才引領發展、產業創新發展，實現產業發展新動能[1-3]。

劉洋[4]指出產教融合下將高校特色優勢課程與企業中對口專業對接將會極大促進知識應用和產業發展，是未來高等教育建設的重要方向。許偉紅[5]以校企共建專業學院為例，闡述校企深化合作的育人思路，提出在完成基地共建的基礎上，校企雙方可以在“師資共享” “認證一體”和“招生就業聯動”等方面推動學校人才培養與企業需求無縫對接。朱光婷[6]在探究基礎理論課與實踐一體化教學之間的關系時，指出傳統教學過程在教學方法、教學內容等方面存在著許多問題，提出了將實踐與教學進行一體化的具體措施。

案例教學是一種理論知識與工程實踐相結合的教學模式，主要通過各種知識與工程實踐經驗的碰撞來達到啟發學生思維的目的[7]。案例教學能夠兼顧理論教學和實踐教學，并將二者結合起來，達到知行合一的效果。通過運用化工過程模擬案例進行案例教學，能夠提高學生的學習興趣，提升教學效果[8]。經過不斷發展，案例教學已經在全世界得到普遍的接受，并對世界范圍內的教學行業產生了深遠影響。

目前，產教融合已經受到了高校廣泛的認可，但仍處于起步階段，主要存在的問題有以下幾個方面：機制不健全，各部門分工不明確；培養路線不清晰，培養過程缺乏具體的校企合作措施；缺乏完善的監督評價機制，產教融合建設緩慢。目前國內的案例庫建設還處于初級階段，對于化工過程模擬案例庫的建設還不完善[9]，因此，建立需求引領、開放互動、革故鼎新、虛實結合的化工過程模擬案例庫對研究生教育具有重要意義。

深化產教融合是推動教育優先發展、人才引領發展、產業創新發展的戰略性舉措。本文探討了化工過程模擬課程中“校企合作，深度優化、虛實結合，共建共享”雙線混融、知行合一新教學模式，同時預估了產教融合應用在化工過程模擬教學中的成效，力求培養出善于思辨分析和綜合分析的化工類專業人才，課程教學關系圖如圖1所示。

圖1 產教融合背景下化工過程模擬課程教學關系圖

由圖1可知，化工過程模擬課程依托學校和合作企業平臺，實行校內校外雙師制，教師與企業工程師共同制定、完善專業培養目標，實現理論知識和實踐能力的多層次培養。學校搭建化工單元實訓室并與合作企業創建青科-新華實訓基地提升學生實踐能力。統籌共性資源與教學信息搭建共建共享平臺。同時，合作企業深化學校化工過程模擬教學，以師徒教學方式將理論落腳在實際生產工藝問題上，以化工過程模擬為手段解決實際工程問題。此外，搭建仿真模擬軟件平臺對實際生產項目進行仿真實訓，強化產教融合。

1 化工過程模擬課程教學的產教融合新模式

化工過程模擬以工藝過程原理為基礎，通過先進的計算機軟件，進行化工過程的熱量衡算、能量分析、物料衡算、工藝危害性分析以及過程方案的選擇與優化[10]。不僅涉及化工原理、化工熱力學、分離工程等多學科的內容，而且深化了各學科之間的聯系，突出培養學生的理論能力與工程素養。Aspen Plus是一款大型的化工過程模擬軟件，有著龐大的物性數據庫，還有多種多樣的化工單元模型，能夠組成各種化工生產中的流程，具有界面簡單易懂、計算效率高且結果精確等優點，能夠激發學生在化工過程模擬方面的興趣，讓學生得到實踐訓練，為化工過程模擬教學提供了完整且廣闊的平臺，廣泛應用于大型化工企業和高校教學工作中。

化工過程模擬是化學工程與技術專業中一門重要的課程，同時也是一門理論聯系實踐、側重學生綜合能力培養的重要課程。產教融合構建學創一體的教學模式使學生掌握基礎理論知識的同時閱讀大量英文文獻，從而大大擴展了學生的視野。此外，通過建設聯合互培基地和開放交流平臺優化資源配置，結合“校企合作，深度優化”、“虛實結合，共建共享”、“雙線混融，知行合一”的方式構建化工過程模擬課程教學的產教融合新模式，如圖2所示。

圖2 基于產教融合的化工過程模擬課程新模式

由圖2可知，基于產教融合的化工過程模擬課程新模式實現培養方案共同制定、教學團隊共同培養、實訓條件共同建設、教學資源共建共享、培養質量共同管理、校企文化相互融通，形成課程模塊化、內容項目化、學分分段化、技能實戰化、育人一體化的人才培養特色，強化工學結合，理實一體。讓學生較好地掌握行業發展動向，是完善化工過程模擬課程的關鍵。

1.1 校企合作，深度優化

積極對接企業合作，結合化工模擬教學與企業中實際工程案例的具體內容，在課程教學大綱的基礎上，根據實際情況豐富教學內容，結合實際工程案例共同組織制定教學計劃進度、開發優質教學內容與實踐案例、完成教案、設計教學課件等具體教學文件，增加化工過程模擬課程相應知識點，深度優化課程內容。課程改革重點加強學生使用系統工程的理論與思想來探尋化工過程的開發、設計，從而確定生產操作的優化與控制的最佳方案，掌握單元操作的基本原理并靈活運用。依托青科大-新華制藥化學工程與技術研究生聯合培養基地與新華制藥開展校企合作，對接企業需要培養應用型人才，強化學生的實踐能力，實現多維度、多角度、多環節的校企合作新模式。基于校企合作將實際生產過程中遇到的典型案例運用到教學環節中，例如回收制藥廢水中四氫呋喃的工藝設計，從理論知識、實驗操作、工藝設計、仿真模擬及設備選型等方面對學生全方位培養。

1.2 虛實結合，共建共享

化工過程模擬課程的綜合性較強，培養學生具有一定的工程意識和專業技能，單一的課堂授課無法滿足教學需求。通過整合學校企業各自優勢，按照虛實結合的原則構建高度仿真的虛擬實驗環境，提供可靠、安全和經濟的實驗項目，形成獨具特色的“一體化、多層次、模塊化、重開放”的虛擬仿真實驗教學體系，如圖3所示。

圖3 化工三大刊單元分離操作文獻數據分布圖

以過程模擬中的分離操作單元為例，統計化工三大刊分離操作單元文獻數據分布來建立分離單元操作案例庫，如表1所示。

表1 化工過程模擬分離單元操作案例庫

另外，采用一些典型操作案例作為教學內容的一部分，如圖4所示，基于文獻數據庫拓寬學生的視野，結合產教融合培養模式，有利于學生綜合能力的培養。

圖4 化工過程模擬分離單元操作案例網格圖

1.3 雙線混融，知行合一

化工過程模擬課程涉及大量的理論知識，將化工過程模擬課程和工程實際相結合，在教學中引入實際生產案例，強化學生工程思維，了解工程實踐中的復雜性和多樣性，培養學生分析問題和解決實際問題的能力。依托生態化工省部共建協同創新中心與山東新華制藥股份有限公司、淄博新華-百利高制藥有限責任公司等單位建立合作關系，參與企業的工藝開發、流程設計及開車運行，從而全面培養學生的工程意識和工程能力。帶領學生與企業聯合開發安乃近氣流廢氣凈化回收處理技術、高效節能TMP高氨氮廢水資源化處理技術、載咖啡因活性炭再生處理技術等技術，提高學生的專業素質與實踐能力。在實際生產中培養學生理論結合實際的能力和不怕困難的精神，鼓勵學生勇于打破技術壁壘，力求創新，增強責任擔當及未來社會使命感，強化學生的家國情懷、國際視野、生態意識和工程倫理意識。

2 化工過程模擬教學中的具體方法

在產教融合的背景下實行化工過程模擬教學改革，將化工過程模擬課程與企業典型案例有效融合，做到團結互助、課堂延伸、實訓仿真等。產教融合大大加強了高校與企業的交流，實現企業與高校的相互賦能、共創共贏，實現高校教育和企業現代化發展。同時，通過對化工過程模擬課程的更新優化，建設滿足產業發展需要的實用型課程，促進優質教學資源共享，實現理論課程與實踐教育的均衡發展。

2.1 案例教學法

案例教學是一種以學生為主體，引導學習者進入科學探索和反思的學習過程的教學方法，它能夠把理論教學和實踐教學有效地銜接起來，具有傳統教學無法比擬的優勢。目前適合我省專業學位研究生教育的案例庫建設尚不完善，為適應需要，提高教學水平，建立并推廣一個完善的本土化教學案例庫教學模式已成為當務之急[11]。

建立化工過程模擬教學案例庫是將理論與實踐結合的有力舉措，因此，對化工過程模擬課程進行案例引領下的知行合一教學改革勢在必行。化工過程模擬是一門綜合性強的課程，知識跨度大且工程實踐性強，與工程生產活動有著密切的聯系。這些特點為化工過程模擬課程進行案例教學的改革奠定了基礎。

2.2 團結互助法

將企業的虛擬仿真與課堂教學相結合，例如，由于化工過程風險評估存在多樣性、復雜性的特點，需要小組成員進行互動確定動態控制策略，從而預測精餾塔故障。團隊及時交流不僅提高了成員的溝通能力，又能在意見與分歧中提高團隊協作能力，充分認識到化工生產過程中不同崗位之間的團結協作重要性，化工過程模擬風險評估教學案例見圖5。

圖5 化工過程模擬風險評估教學案例

2.3 課堂延伸法

課程教學與企業融合能夠彌補化工過程模擬只停留在理論上的短板。以企業實際問題與工藝流程為導向，將課程內容進行重新整合，突出了教學過程的實踐性、開放性和職業性。例如，山東新華生產解熱鎮痛藥原料藥某車間，存在一股含咖啡因的氯仿母液，導致咖啡因浪費嚴重，因此亟需開發一種咖啡因回收再利用的技術方案。通過校企合作的方式，學生以企業生產數據為依據，設計出咖啡因的氯仿汽提高效回收方案，經過試驗驗證后，再經過Aspen plus進行仿真模擬，得到其回收方案的各個設計參數，通過設計圖紙、撰寫可行性報告等為企業提供技術支持，從而培養學生的工程實踐能力。

2.4 實訓仿真法

以化工原理基礎實驗乙醇-水為例，采用一套與現場生產裝置逼真的實習仿真教學系統如圖6所示。

圖6 現場裝置與虛擬仿真教學系統虛實結合雙向聯動

圖6實現了現場裝置與虛擬仿真教學系統虛實結合雙向聯動，讓學生不出校門就能了解實際生產裝置，并能親自動手進行反復操作，使學生既能對生產實際有一個很好的認識，又能親自動手提高專業應用技能，將所學專業知識與實際生產緊密地結合在一起，使學生更全面、具體和深入地了解不同的生產單元[12]。

3 結語

從當前形勢來看，進行教學體制改革是必然的，在校企合作背景下進行化工過程模擬教學，充分發揮企業和學校之間的共同優勢。以深化產教融合為背景，強化實踐教學，培養碩士研究生獨立解決化工行業實際問題的能力。高校與企業共同制定具體的培養方案，將企業實際生產工藝和授課內容相融合，引導學生形成理論聯系實踐的思維方式。建立化工過程模擬的教學案例庫，能夠幫助學生分析和解決實際問題。能夠訓練學生解決復雜工程問題的能力，引導學生將專業知識和化工過程模擬技能相結合，從而解決實際存在的工程問題，真正提高教學效果，有利于培養化工領域的專業人才。

生活在高速發展的信息時代，需要的是有思想的創新型人才。單純的教學模式已經無法滿足要求，取而代之的是整合多方資源的多維教學模式。經過多年實踐發展，伴隨產教融合逐漸深入，逐步建立聯合培養基地及科研平臺，加強產學研用的良性循環。激發研究生對工程實踐問題的思考進而提高其解決實際問題的能力，使課堂教授-軟件操作-基地實踐有機結合，培養出“創新型+應用型”的碩士研究生。