基于科教產教融合育人、實習實踐虛實結合理念的輕化工程教學平臺建設與實踐

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關鍵詞：科教產融合；輕化工程；虛擬仿真；實踐教學中圖分類號：TS7 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 05. 024

Construction and Application of Practical Teaching Platform for Light Chemical Engineering Specialty Based on Integration of Science-Education-Industry and Combination of Real and Virtual Internship Practice

XIA Guangmei JI Xingxiang* WANG Qiang LI Ronggang（State Key Lab of Green Papermaking and Resource Recycling，Qilu University of Technology（Shandong Academy of Sciences），Ji’nan，Shandong Province，250353）（*E-mail：jxx@qlu. edu. cn）

Abstract：Aiming at dangerous hands-on environments and closed equipment structures in the traditional practical teaching system of engi‐ neering specialty，construction of virtual simulation practical teaching platform was proposed based on the concept of the integration of sci‐ ence-education-industry and combination of real and virtual internship practice in this paper. The contents of virtual simulation practical teaching platform of light chemical engineering were further analyzed and the features of virtual simulation practical teaching platform of light chemical engineering were also elaborated. Finally，the achievements of the school’s light chemical engineering specialty in the construc‐ tion and application of virtual simulation practical teaching platform were summarized. It is expected that some guidance of application of vir‐ tual simulation practical teaching platform for other engineering specialty can be provided in this work.

Key words：integration of science-education-industry；light chemical engineering；virtual simulation；practical teaching platform

我國是世界第一造紙生產和消費大國，紙和紙板產量占世界 25% 以上，而山東省的紙和紙板產量已連續20多年在國內名列前茅[1-2]。作為推動社會發展和國民經濟的重要基礎產業，傳統的造紙行業正積極升級轉型以適應新時代需要與實現自身綠色環保可持續發展。在環保壓力加大和“雙碳”背景下，作為傳統行業的造紙行業需要大量適應與支撐行業轉型發展的高素質應用型人才[3-5]。然而，現代制漿造紙生產線產能大、車速快、自動控制復雜，學生實習參與度低，大多演變為參觀式實習，大大降低了實習效果。

針對輕化工程等特色工科專業普遍存在學生實踐能力不強、人才培養與行業需求脫節、實習環節無法滿足學生個性化學習需要等問題，齊魯工業大學（山東省科學院）（以下簡稱齊魯工業大學）輕化工程專業率先樹立“科教產教融合育人、實習實踐虛實結合”的理念[6-8]。從2015年起，在3項省級本科教學工程項目和多項省級、校級教改項目支持下，以培養適應行業需求的高素質應用型人才和服務行業轉型升級為目標，積極探索提高學生實踐能力的路徑和方法。

目前，齊魯工業大學輕化工程專業在虛擬仿真實踐教學平臺的構建與實踐中取得了一系列成果。依托生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室，輕化工程專業建立了“虛實互補”的虛擬仿真實踐教學平臺，并進一步構建了與該平臺相適應的實習實訓教學體系。虛擬仿真實踐平臺突破了傳統實習對場地、時間及經費的限制，具有直觀、開放、安全等特點。調查表明，該專業支撐行業發展與轉型能力顯著提升，專業建設能力顯著增強，學生實踐水平明顯提高。

此外，虛擬仿真實踐教學平臺經過多年研究和實踐，成效顯著。在輕化工程專業人才培養上造就了大批企業家、工程師，助推了行業發展；在專業平臺建設上，獲批協同創新中心、省部共建國家重點實驗室、國家級一流本科專業建設點等；在社會服務上，取得重大經濟社會效益。該平臺在校內成功實踐，在校外得到應用和借鑒，在行業內得到認同和運用。

1 傳統實踐教學平臺主要存在的問題

（1）傳統實踐教學難以滿足深度實習實訓的需求。隨著科技的迅猛發展和市場的快速迭代，實習場景發生了深刻變化，而傳統實踐平臺卻未能跟上行業發展的步伐，無法滿足學生對深度實習實訓的需求，從而制約了學生分析和解決實際問題能力的提升。

（2）傳統實踐教學難以適應新工科建設與發展的要求。在傳統實踐教學模式下，人才培養與行業需求之間存在顯著脫節，導致學生能力與行業發展不匹配。這種脫節不僅阻礙了新工科人才的培養，也難以滿足行業變革與轉型發展的迫切需求，無法有效支撐新工科的建設與發展。

（3）傳統實踐教學難以培養綜合性創新人才。傳統實踐教學平臺的教學方式較為陳舊，教學資源更新緩慢，難以及時融入最新前沿成果。這種滯后性使其難以適應互聯網時代快速發展的需求，進而無法有效培養具有創新能力和綜合素質的人才。

2 虛擬仿真平臺建設的主要內容

2. 1 開發虛擬仿真實習實訓相關軟件

為打破傳統實習模式的制約，適應“互聯網 +^′ ”時代要求，發揮虛擬仿真實驗教學優勢，本專業匯集高校和行業企業資源，搭建了科教產融合的實踐教學平臺（圖1），讓行業和科研等相關優勢資源為實踐教學服務。在教學中，開發了系列虛擬仿真實習實訓軟件，構建了虛擬仿真實踐教學平臺。其中，實習實訓軟件涵蓋制漿造紙主要生產方法和流程，包括非木材原料橫管連蒸生產線、木材原料塔式連蒸生產線、化學機械法制漿生產線、非脫墨廢紙制漿生產線、脫墨廢紙制漿生產線、高速夾網文化紙機生產線、高速疊網板紙機生產線、高速新月形衛生紙機生產線等8套軟件，囊括了造紙行業主要的生產設備、方法和工藝。

圖1 輕化工程專業實踐教學平臺

Fig. 1 Practical teaching platform for light chemical engineering specialty

2. 2 建立“三層次、三結合、兩拓展”的實習實訓教學體系

基于科教產融合的育人理念，整合實踐教學資源，本專業設計教學科研生產結合的路線，形成了“三層次、三結合、兩拓展”的實習實訓教學體系（圖2），實現了產學研深入結合與有機滲透，提高了學生實習實踐與創新創業能力。本專業將虛擬仿真實習實訓納入實踐教學過程，實現了虛擬仿真實踐教學與企業實習有機融合的實踐教學模式。同時，本專業注重加強實踐指導教師隊伍建設，通過培訓提高教師指導虛擬仿真實習實訓的能力，優化和提升實習實訓教學水平。此外，本專業還加強了校外實踐基地建設，采取“雙導師制”等措施激勵行業企業參與實踐教學。總之，本專業通過建立“三層次、三結合、兩拓展”的實習實訓教學體系，切實提高了學生實習實訓效果。

2. 3 確定虛擬仿真實習實訓教學內容

眾所周知，為滿足行業需求人才培養的目標，需在確定虛擬仿真實習實訓教學內容過程中，貫徹“科教產融合、產學研協同”的育人理念，充分發揮本專業產學研合作委員會的作用，強化與行業企業的合作，行業企業全程參與軟件開發。虛擬仿真軟件展示了行業最先進的生產工藝和設備，體現先進性、實踐性和前瞻性，既可用于學生實習實訓，又可用于行業企業職工崗位培訓（圖3）。為此，本專業建立了科研反哺教學體制，將科研平臺中相關科學研究成果吸納為虛擬仿真實踐教學資源，如將透明木頭、超級木材、離子凝膠等科研成果融入課堂教學，提高學生學習興趣，調動學生的積極性與主動性，豐富學生的想象力和創造力，不斷提高學生的實踐能力和理論水平。

2. 4 豐富虛擬仿真實習實訓教學方法

本專業實行了基于問題和案例的互動式教學，促進學生自主式、探究式、深入式學習。本專業設計制定了適合虛擬仿真教學的教學方法，并將思政元素融入教學過程。同時，本專業采用“線上線下相結合”的方式，收集學生虛擬仿真實踐教學的情況和教學反饋，并根據行業發展，改進完善教學軟件。本專業制定的教學方法既能滿足“互聯網 + ”數字時代的需求，又能為學生量體裁衣，適應學生個性化發展。本專業還制定了與虛擬仿真實踐教學相適應的評價機制，加強過程性評價，將學生學習效果進行量化，切實提高學生實踐動手能力和綜合素質。

圖3 木材原料塔式連蒸生產線虛擬仿真教學軟件

Fig. 3 Virtual simulation teaching software for the continuous cooking production line of wood raw materials

3 虛擬仿真實踐教學平臺的特點

3. 1 科教產融合、產學研協同育人的辦學理念

本專業與行業龍頭企業深度合作，緊密結合時代發展需求，精心設計虛擬仿真教學內容。同時，將優質科研成果轉化為虛擬仿真教學資源，實現科研與教學的深度融合。這種模式不僅提升了學生的理論水平，還激發了學生的科研興趣，為培養創新型人才奠定了堅實基礎。

3. 2 “虛實結合、校內外結合、科教產結合”的實踐教學體系

本專業注重理論知識與生產實踐的有機結合，充分發揮虛擬仿真教學的優勢，有效彌補傳統實習實訓教學的局限性。通過校內外實踐教學的協同推進，顯著提升了學生分析和解決復雜工程問題的能力。此外，科教產融合的實踐模式進一步激發了學生的學習興趣，培養了學生的創新思維和實踐能力，為學生的全面發展提供了有力支撐。

3. 3 線上線下實踐教學相融合的實踐教學方法 4. 2 校內外應用和推廣

本專業在國內高校中率先開發了具有自主知識產權的制漿造紙生產過程虛擬仿真實習實訓教學軟件，全面覆蓋制漿造紙的主要生產方法和流程。通過虛擬仿真實踐教學平臺，本專業實現了線上線下實踐教學的深度融合，不僅全面提升了學生的實踐能力，還滿足了“互聯網 + ”時代對人才培養的新需求。

4 輕化工程專業虛擬仿真實踐教學平臺的推廣應用效果

4. 1 學生實踐能力顯著提升

項目期內，輕化工程專業（造紙方向）本科生獲批國家級和省級大創項目31 項（其中國家級13 項），省級雙創大賽及“挑戰杯”科技競賽獲獎8項，其他省級科技競賽獲獎26 項，發表論文13 篇，獲授權發明專利12 項，申請發明專利15 項。另外，每年超過30% 的本科畢業生到華南理工大學、北京林業大學等高校深造。專業年底就業率均超過 95% ，專業對口率達 75% 以上。就業單位包括玖龍紙業有限公司、山東晨鳴紙業集團股份有限公司（以下簡稱晨鳴紙業）、山東華泰紙業股份有限公司（以下簡稱華泰紙業）、山東太陽紙業股份有限公司（以下簡稱太陽紙業）等。同時，本專業通過科教產融合，加強實踐能力培養，培養的人才和產出的成果助推了行業轉型發展，取得重大經濟社會效益。與相關企業一起，共同獲得國家科技進步獎（一等、二等獎各1 項）。近年來，世界紙業100強中有5 家山東企業；中國紙業10強中山東企業占4 席以上，其中3 家企業負責人為我校輕化工程專業畢業生。我校輕化工程專業畢業生對造紙行業的貢獻得到了業界的高度認可。

本成果得到了校內相關專業的廣泛認同，虛擬仿真實踐教學平臺除了用于本專業實踐教學，還應用到林產化工、環境工程、環境科學等專業，受益學生1 000 余人。此外，本成果還得到了國內高校相關專業的認同和應用，并對其他高校相關專業開展虛擬仿真實驗建設發揮了借鑒作用。2019 年以來，天津科技大學、大連工業大學、廣西大學等高校與我校交流了相關專業的科教產融合、虛擬仿真教學平臺建設等方面的經驗。同時，本成果應用于晨鳴紙業、華泰紙業、太陽紙業、山東世紀陽光紙業集團有限公司、亞太森博（山東）漿紙有限公司、山東恒聯投資集團有限公司等企業的職工培訓工作，每年受益200 人以上，為企業技術人才儲備和技術進步提供了有力手段。

4. 3 專業建設成效顯著

輕化工程專業虛擬仿真實踐教學平臺實施以來取得的成果：相關教研論文16篇，教材2部，省級教學成果獎3項。近年來，依托輕化工程專業取得了系列成果，2017 年，獲批國家發改委產教融合項目“輕工實驗實訓中心”；2018 年，獲批“生物基材料與綠色造紙省部共建國家重點實驗室”，并有3 項省級教學成果獲獎；2019 年，獲批教育部“輕工生物基產品綠色技術省部共建協同創新中心”、國家級一流本科專業建設點，“納米CT測定木材三維組織結構虛擬仿真實驗”獲批山東省一流本科課程；2020 年，輕化工程專業在艾瑞深校友會排名中位列世界知名高水平專業，同年獲批山東省產教融合“輕工生物基產品綠色制造研究生聯合培養基地”，“木材原料塔式連續蒸煮工藝及設備虛擬仿真實驗”獲批國家級一流課程。

5 結 語

科技的迅猛發展為虛擬仿真技術的建設與實施提供了強大動力，同時虛擬仿真技術為傳統實踐教學注入了新動力和新活力。作為現代教育教學的重要手段之一，虛擬仿真教學備受國內外教育界的青睞，但目前將虛擬仿真技術成功應用到輕工領域實踐教學的成功案例并不多見。我校輕化工程專業成功構建了虛擬仿真實習實訓教學平臺，作為企業現場實習實訓的重要補充。教學平臺采用虛擬仿真教學手段，拓展實習教學的深度和廣度，為造紙工程方向本科生提供一個高仿真、高交互和全程參與的虛擬操作平臺。教學平臺的應用將全面提升學生對實習實訓知識的理解和掌握，滿足教學多樣性和學習個性化的要求，達到鞏固學生基礎理論知識，培養學生提出問題、分析問題及解決問題的實踐能力，顯著提高學生創新創業能力，切實提高輕化工程專業實踐教學質量。同時，本項目的實施也將對齊魯工業大學其他工科專業及省內外同類高校工科專業實施虛擬仿真教學產生很好的借鑒和示范作用。

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（責任編輯：董鳳霞）