基于產學融合的過程裝備與控制工程專業協同育人模式創新與實踐

［摘 要］在“十四五”工業現代化與數字化轉型戰略背景下，過程裝備與控制工程專業教育面臨智能制造技術迭代與產業升級的雙重挑戰。傳統工程教育模式因存在校企協同淺層化、課程體系剛性化、能力培養滯后化等問題，導致人才供給與智能工廠需求之間存在結構性錯配。文章突破“資源交換”的傳統產學合作邏輯，提出“教育生態重構”理論框架，構建“場景驅動—能力迭代—價值共生”三維協同育人模式。通過工業現場數據教學化改造（如加氫反應器振動頻譜轉化為預測性維護算法訓練集）、跨學科項目制學習（數字孿生驅動的換熱網絡優化）、教育—產業價值閉環設計（將創新成果收益的15%反哺教學），實現教育鏈與產業鏈的深度耦合。這為智能制造時代工程教育范式變革提供了“解構工業場景—重構能力體系—構建價值循環”的系統性解決方案，為新工科背景下產教融合創新提供了參考。

［關鍵詞］產學融合；過程裝備與控制工程；協同育人；創新能力；工程實踐能力

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）15-0065-05

“十四五”期間，我國進入工業現代化和數字化轉型的重要時期，過程裝備與控制工程專業（以下簡稱過控專業）作為一門技術密集且應用廣泛的學科，面臨著前所未有的機遇和挑戰。同時，在全球制造業智能化轉型的深刻變革中，過控專業人才培養體系正面臨前所未有的重構壓力。隨著工業互聯網、數字孿生等新技術在過控專業中的深度滲透，傳統以設備操作為核心的工程教育模式已難以滿足智能工廠對復合型人才的需求。當前，產學協同育人雖被廣泛倡導，但在實踐中卻普遍陷入“形式化對接”的困境——校企合作多停留于設備共享、實習基地建設等表層互動，而涉及核心技術融合、數據資源共享、動態能力培養的深度協同仍顯不足[1]。這種“產學融而不合”的現象，導致學生雖掌握基礎理論，卻難以在真實工業場景中實現知識遷移與技術創新。

本研究聚焦智能工廠場景下過控專業人才培養的范式創新，提出“教育生態重構”理念。通過解構工業現場的技術邏輯與知識生產規律，重構“場景驅動、能力迭代、價值共生”的協同育人模式，旨在突破傳統工程教育中“知識傳授與能力培養割裂”“教學場景與工業現場脫軌”的雙重桎梏。本研究以高校與行業領軍企業的深度合作為實踐載體，探索如何將生產現場的數字化流程轉化為教學資源、如何推動工程教育從“滯后適應”轉向“前瞻引領”的新路徑，以期為智能制造時代的高素質工程技術人才的培養提供新范式。

一、產學融合協同育人模式下過控專業現狀分析與突破方向

（一）內涵與背景

隨著我國制造業的轉型升級，特別是智能制造和工業自動化領域的快速發展，過控專業作為傳統工程技術學科的代表，正經歷著前所未有的變革。該專業不僅要求學生具備扎實的理論基礎，還對其實踐和創新能力提出了更高要求。因此，如何通過產學融合協同育人的模式，培養出符合行業需求的高素質技術人才，已成為教育教學改革的重要課題。

產學融合協同育人模式指的是在教育過程中，高校與企業、行業之間建立長期穩定的合作關系，共同制定教育方案、分享教育資源，共同參與學生的培養。該模式的核心是將企業實踐與學術理論相結合，提升學生的工程實踐能力，確保培養的人才能快速適應行業需求。對于過控專業而言，產學融合不僅是專業發展的關鍵路徑，也是提升學生實際操作能力、解決工程問題能力及創新能力的重要手段。

（二）產學融合協同育人模式在過控專業中的現狀

當前，過控專業的產學合作雖已廣泛開展，但深層次矛盾依然制約著人才培養質量。多數校企合作仍停留在設備共享、實習實訓等表層互動上，未能觸及智能工廠轉型的核心需求。在部分過控專業與石化企業的合作中，雙方雖共建了DCS實訓室，但其控制系統版本與企業實際應用的智能優化平臺存在代際差異，導致學生接觸的技術生態與工業現場嚴重脫節。這種“形似神離”的合作模式，暴露出三個突出矛盾：其一，工業現場快速迭代的數字化技術（如數字孿生、預測性維護）難以轉化為系統化教學內容；其二，學科導向的課程體系與跨學科工程能力需求存在結構性錯位；其三，教育評價標準與工業價值創造維度缺乏有效銜接，導致人才培養的“最后一公里”難題始終未解[2]。

究其根源，傳統工程教育模式已難以適應智能制造時代的復雜要求。一方面，封閉的校園環境與動態的工業場景形成“信息繭房”，教學過程依賴簡化模型與歷史案例，學生鮮少接觸真實生產中的不確定性因素（如原料波動、設備老化）[3]。另一方面，校企合作中“校熱企冷”現象較為普遍，企業多將人才培養視為成本投入而非戰略投資，參與動力不足。在對裝備制造企業的調研中，僅少數的技術骨干愿意長期參與教學項目，多數合作因缺乏長效激勵機制而流于形式。更值得警惕的是，工程教育中“重技術輕倫理”的傾向日益凸顯，學生雖掌握了設備操作技能，卻缺乏對技術風險（如算法偏見、數據安全）的系統認知。

（三）產學融合協同育人模式實施中的挑戰與突破方向

盡管過控專業在推進產學融合協同育人方面取得了一定進展，但在實踐中依然面臨著許多挑戰。一是企業參與度不足，雖然企業認識到與高校合作的重要性，但由于生產任務繁重和技術壓力較大，企業參與高校教學的精力有限。許多企業將人才培養視為短期行為，缺乏持續投入和系統化的教學設計，導致產學合作的持續性和深度不夠[4]。二是教育資源整合不足，高校與企業的合作往往存在教育資源不對等問題。高校通常專注于學術研究和理論教學，而企業則注重技術實踐與操作能力提升，缺乏有效的資源共享。此外，企業參與教學的人員大多為兼職，缺乏專業課程的系統設計與創新能力。

雖然一些高校已實施“企業導師制”“項目式教學”等新型教學模式，但整體教育模式創新仍顯不足，傳統課堂教學仍占主導地位，難以適應產學融合協同育人的靈活性和創新性需求。

要破解上述困境，亟須重構產學融合協同育人的底層邏輯。首先，推動教育場景從“實驗室模擬”向“智能工廠嵌入”轉變，通過虛實融合平臺將實時生產數據引入課堂，使學生在處理真實工況的過程中培育工程直覺。其次，構建“問題鏈—知識鏈—能力鏈”三位一體的課程體系，圍繞設備健康管理、工藝優化等典型場景，設計跨學科綜合項目，培養學生的系統思維與協同創新能力。最后，建立“教育—產業”價值共同體，將學生的創新成果納入企業技術改進體系，形成人才培養與產業升級的良性循環。這些突破方向不僅關乎過控專業的轉型升級，更是新工科建設背景下工程教育范式變革的必然選擇[5]。

二、模式創新——智能工廠場景驅動的產學融合協同育人體系構建

（一）教育—產業共生體的系統化設計性

在工業4.0與教育4.0的雙重驅動下，傳統產學合作模式已難以滿足智能工廠對人才培養的動態需求。教育生態學視角下，高校與企業需突破“資源交換”的淺層邏輯，構建深度耦合的共生系統。這一系統的核心在于重構教育鏈與產業鏈的交互機制。

首先，能量流的雙向滲透，工業現場的實時數據流（如催化裂化裝置的溫度梯度、壓縮機振動頻譜等）不再局限于生產監控，而是通過安全脫敏技術轉化為動態教學資源。例如，煉化企業將脫敏后的異常工況數據（如催化劑結焦速率、管線腐蝕趨勢）接入高校教學系統，讓學生通過分析數據波動規律，掌握預測性維護算法的核心邏輯。這種數據資源的教學化改造，使工業現場的“技術呼吸”轉化為課堂的“知識脈搏”。

其次，能力鏈的生態化演進，圍繞智能工廠的典型技術場景（如數字孿生驅動的工藝優化、基于工業大數據的能效管理），構建“認知—集成—創新”三階能力培養鏈。在認知階段，學生通過增強現實（AR）系統掃描實體設備，觸發三維模型動態演示設備內部流場分布與參數關聯邏輯；在集成階段，參與虛擬調試項目，協同完成DCS組態編程、安全聯鎖驗證等跨學科任務；在創新階段，針對企業真實痛點（如換熱網絡夾點分析精度不足）提出技術改進方案，并通過企業試驗裝置驗證其可行性[6]。

最后，價值環的可持續性，建立“人才培養—技術升級—收益反哺”的生態化機制。如學生參與的優化方案為企業創造經濟效益，可將其中15%的收益定向投入教學資源建設，形成“教育賦能產業—產業反哺教育”的良性循環。這一機制破解了校企合作中“企業投入動力不足”的難題。

（二）場景驅動的教學轉化

1. 工業場景的解耦與教學重構

智能工廠的技術場景具有高度復雜性，其教學轉化需突破“技術黑箱”的認知障礙。

以加氫反應器智能運維為例，采用分層解耦策略：外層為設備操作規范（如壓力監測、閥門調節），中間層為控制邏輯（如APC算法參數整定），內核為價值創造機制（如能耗優化與碳排放關聯）。通過逐層剝離技術表象，揭示其背后的多學科知識耦合（包括材料力學、控制理論、運籌優化等）。

開發“數字孿生教學工坊”，將企業真實裝置的1∶1數字模型與物理縮比設備聯動。學生在虛擬環境中調整進料比例與反應溫度，實時觀測產品收率與能耗變化，同時通過物理裝置驗證控制策略的有效性。這種“虛擬調試—物理驗證”的雙向交互，能使抽象理論（如熱力學平衡方程）轉化為可感知的工程直覺[7]。

建立動態案例的持續迭代與校企聯動的案例更新機制，如讓企業每季度提供典型異常工況數據（如催化劑活性衰減曲線、設備振動異常圖譜），經教學化處理后納入案例庫。通過這一機制，預計可使高校教學內容與工業現場的技術代差從3年縮短至6個月。

2. 動態能力圖譜的構建與實施

針對技術快速迭代的挑戰，構建“雷達掃描—動態映射—彈性調整”的能力培養體系。

利用技術雷達的預警功能，聯合中國化工學會、流程工業智能制造聯盟，建立技術演進監測網絡。每季度發布《流程工業智能技術趨勢報告》，分析數字孿生建模、碳足跡追蹤等領域的新興能力需求[8]。

將傳統課程解構為獨立知識單元，形成“核心能力必修+擴展能力選修+前瞻能力儲備”的彈性結構。例如，將過程控制工程這一課程拆分為三級模塊——基礎級（PID控制原理）、進階級（模型預測控制算法）、創新級（數字孿生驅動的自主優化），學生可根據職業規劃自主選擇進階路徑。

建立學分銀行的彈性機制，構建“理論學分—實踐學分—創新學分”的三元置換體系。學生在企業完成的智能儀表校準、APC參數整定等項目，經考核后可置換為30%的專業學分。校企合作班通過這一機制，平均培養周期預計可縮短4.5個月，畢業生崗位適應期從6個月降至45天。

3. 校企協同的實踐載體創新

遼寧石油化工大學與中國寰球工程有限公司在過控專業的協同育人中，通過合作建設實訓基地，讓學生獲得充足的實踐經驗，體現了三重空間融合。

教學區與生產區通過工業光網直連，學生可實時調取裝置運行數據（如反應器溫度場分布、壓縮機振動頻譜）。搭建數字孿生教學平臺，1∶1復現企業加氫裝置，支持學生在虛擬環境中測試極端工況控制策略（如高壓反應器超壓應急處置）。近三年學生提出的優化方案有29項被企業采納，部分收益用于升級實訓設備，形成價值閉環。

4. 雙師協同與評價變革

企業技術骨干每學期駐校授課不低于32學時，APC專家開發的智能優化控制實戰課程將工業案例（如乙烯裂解深度控制）融入算法教學，使學生調試控制回路的效率顯著提升。教師團隊定期參與企業技術攻關項目，所研發的“多變量預測控制系統參數自整定方法”被應用于中海油惠州項目，并將技術轉化收益的20%用于反哺教學資源建設。同時，將學生方案的實際節能降耗數據納入課程考核體系，并將其占比提升至35%。

最后，通過采集實驗操作軌跡（如PID參數整定耗時）、項目參與深度（如方案被采納次數）、創新成果等級（如專利、競賽獲獎）等多元數據，生成個性化能力雷達圖。

三、實施路徑——產學融合協同育人模式的系統化落地

智能工廠場景的教學轉化需突破技術表象與知識內核的認知屏障。國家發展改革委發布的《職業教育產教融合賦能提升行動實施方案（2023—2025年）》明確提出，支持企業以資本、技術、管理等要素參與辦學，推動校企聯合招生與培養模式創新。遼寧石油化工大學與中國寰球工程有限公司的深度合作實踐驗證了逆向工程思維的有效性——通過解析工業現場參數的關聯性，構建動態響應網絡圖譜，將操作經驗轉化為可編碼的知識節點。在加氫反應器控制系統調試中，學生通過分析設備振動與工藝參數的耦合關系，逆向推導出材料疲勞失效的臨界閾值，形成包含故障診斷、能效優化等模塊的認知圖譜。

校企合作項目創新性地將生產線模擬資源與真實工程融入教學神經網絡架構——感知層通過工業物聯網實時采集設備運行數據，決策層依托智能算法生成個性化學習路徑，輸出層構建包含虛擬調試與物理驗證的多維評估矩陣。在此框架下，學生參與的催化裂化裝置優化項目，通過區塊鏈技術實現方案溯源與知識產權確權，其提出的催化劑再生方案顯著延長了該裝置的運行周期。學生的跨學科問題解決能力顯著提升，相關實踐入選2024年教育部高等教育司公布的《首批“人工智能+高等教育”應用場景典型案例名單》。國家數字教育資源公共服務平臺數據顯示，該校企合作項目通過區塊鏈技術實現了方案溯源與知識產權確權，形成了“技術改進→效益轉化→資源反哺”的閉環。

華東理工大學與中石化集團合作推出“校企共育”項目，結合雙方資源優勢，創新“項目驅動+導師制”模式。企業提供豐富的生產線模擬資源與真實工程項目，學生通過參與其中，逐步提高工程技術實際應用能力。在此過程中，企業工程師和專家擔任學生導師，不僅指導學術研究，還幫助學生將實際問題轉化為創新課題，推動學生獨立思考與進行技術創新。基于華東理工大學工程碩士雙導師制經驗，校企雙方細化分工：企業導師負責技術實踐指導與創新能力培養，如中石化工程師駐校開發智能優化控制實戰課程，將工業案例（如DCS組態編程）融入課堂教學，使學生調試控制回路的效率提升40%；學校導師聚焦理論深化與跨學科整合，例如將材料疲勞失效機理與工藝參數優化相結合，形成多學科交叉研究課題。雙方通過月度聯席會議制度動態調整培養方案，確保教學內容與企業技術迭代同步。

同時，產學融合協同育人模式在能力評價體系構建上實現了突破。借鑒能源與動力工程學院AI教學改革經驗，校企聯合開發了“能力發展數字畫像”系統，通過采集學生實訓時的微觀行為數據（如PID參數整定耗時、方案創新性評分），構建了分析模型。將學生創新成果的經濟效益納入考核體系，將節能降耗數據占比提升至35%（如換熱網絡優化方案節能量化評分）；技術轉化收益反哺教學資源建設，校企共建異常工況案例庫，每季度更新脫敏數據（如催化劑活性衰減曲線），并通過區塊鏈技術實現教學資源的安全共享與溯源管理。

該模式已從單一校企合作擴展為區域性產教融合生態：共建長三角實訓基地，與上海化工區合作建立一體化綜合實訓基地，覆蓋認知實習、畢業設計等全環節，學生通過生產線模擬與工藝參數動態監控，掌握智能控制技術核心技能。推進國際化人才培養，依托“一帶一路”石化技術管理人才研修班，將雙師協同經驗輸出至海外，通過氫能產業鏈實地調研與跨文化實踐，培養具有全球視野的工程人才[8]。

四、結論

本研究針對產學協同育人“形式化對接”的痛點，提出“教育生態重構”理念，構建“場景驅動—能力迭代—價值共生”的協同育人模式，為智能制造時代人才培養提供系統性解決方案。在理論層面，研究突破傳統產學合作的淺層邏輯，提出“教育—產業共生體”框架：通過逆向工程思維解構工業場景（如將加氫反應器運維場景拆解為設備操作、控制邏輯、價值創造三層結構），將隱性技術經驗轉化為可編碼知識單元，使教學轉化率得以提升；構建“雷達掃描—動態映射”能力培養體系，依托模塊化課程與學分銀行機制，使跨學科問題解決能力得以提升；建立“技術改進→效益轉化→資源反哺”的閉環。經實踐驗證，遼寧石油化工大學、華東理工大學等高校與中石化等企業的深度合作成效顯著：虛實融合平臺（如數字孿生工坊）將教學內容與技術前沿的代差縮小，企業導師駐校開發的智能優化控制實戰課程使學生的調試效率提升。未來將深化區塊鏈與工業元宇宙技術應用，建設跨地域數據共享平臺；推動“教育鏈—產業鏈—創新鏈”三鏈融合，加速氫能監測、碳足跡算法等科研成果轉化；強化技術倫理教育，培養兼具工程理性與社會責任感的復合型人才。本研究為新工科教育改革提供了可復制的實踐范本，也為產教融合政策落地注入了創新動能。本研究構建的“場景驅動—能力迭代—價值共生”產學融合協同育人模式，為過控專業破解產學合作困境提供了系統化方案。

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［責任編輯：劉鳳華］