梁　軍，梁福沛

(桂林理工大學(xué)　化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西　桂林　541004)

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“虛實(shí)結(jié)合，能虛不實(shí)，能實(shí)不虛”的化學(xué)工程與工藝實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)踐
——化工類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革系列研究之二

梁軍，梁福沛

(桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西桂林541004)

本文針對當(dāng)前高校提升人才培養(yǎng)質(zhì)量要求，以解決化工類大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)過程中存在的實(shí)踐效果不佳的問題為目標(biāo)，提出了“虛實(shí)結(jié)合，能虛不實(shí)，能實(shí)不虛”的教學(xué)改革思路，并對實(shí)踐過程中取得的成效進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。

化工；實(shí)踐教學(xué)；改革；實(shí)踐

長期以來，高校重理論知識，輕動手能力、實(shí)踐能力和綜合能力的辦學(xué)模式使人才培養(yǎng)的諸多弊端凸顯，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生與企業(yè)需求的人才之間存在一定的差異性，未能針對地方經(jīng)濟(jì)重大發(fā)展戰(zhàn)略需求而研究制定人才培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)過程與生產(chǎn)過程的對接不緊密，因此出現(xiàn)學(xué)生就業(yè)能力不足的情況。對化學(xué)化工等工科類專業(yè)而言，實(shí)踐教學(xué)是學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為動手實(shí)踐及創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用。然而，由于化工實(shí)際生產(chǎn)的高危性及不可控性，化學(xué)化工學(xué)科專業(yè)的許多實(shí)驗(yàn)無法在真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境中開展。

一、化學(xué)工程與工藝實(shí)踐教學(xué)的主要問題與解決的難點(diǎn)

化工行業(yè)以復(fù)雜的工藝與高度自動化的設(shè)備聯(lián)合體為基礎(chǔ)，呈現(xiàn)出“生產(chǎn)規(guī)模日益增大、投資消耗日益增長、自動化程度日益提高”的發(fā)展趨勢和行業(yè)特性，其生產(chǎn)過程連續(xù)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(xiàn)場操作要求較高，對化工工藝流程的認(rèn)識、化工生產(chǎn)的開停車調(diào)試、化工生產(chǎn)的主控指標(biāo)調(diào)控等是化工類學(xué)生的基礎(chǔ)操控能力。為提升學(xué)生實(shí)踐能力，各高校化工類專業(yè)都會與企業(yè)合作，建立較為穩(wěn)定的實(shí)習(xí)基地，但是企業(yè)出于安全及效益考慮，在傳統(tǒng)的化工類現(xiàn)場參觀實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)中，企業(yè)生產(chǎn)線不能也不會隨時提供調(diào)試、開停車、故障排除等教學(xué)條件，同時要求學(xué)生不準(zhǔn)動、不準(zhǔn)碰、不準(zhǔn)“越雷池一步”，學(xué)生現(xiàn)場參觀多流于“走馬觀花式”實(shí)習(xí)，參與程度低、實(shí)習(xí)效果差。教育部于2013年下發(fā)了《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》指出：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，以全面提高高校學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨。

因此，高校要發(fā)展好化工類學(xué)科以適應(yīng)化工行業(yè)的發(fā)展，就必然要順勢而為，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)，師生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重復(fù)性和再現(xiàn)性，有效提升化工生產(chǎn)的實(shí)際操控能力，亦即滿足化工行業(yè)的人才需要。通過虛擬+實(shí)物的虛擬實(shí)訓(xùn)方法，讓學(xué)生直觀了解化工各種管道、泵、閥門、化工各單元操作等設(shè)備的安裝、使用、維護(hù)等方法，從而突破學(xué)生實(shí)習(xí)的困境，提高化工類學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐能力。

二、虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺對化學(xué)工程與工藝實(shí)踐教學(xué)的意義

虛擬仿真即虛擬現(xiàn)實(shí)，指用一個系統(tǒng)模仿另一個真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，現(xiàn)階段各高?；?shí)踐教學(xué)都開始重視虛擬仿真技術(shù)，并在課程中作為一種全新的教學(xué)實(shí)踐手段加以運(yùn)用，具有生動直觀、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、安全可靠等特點(diǎn)。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)對化學(xué)工程與工藝實(shí)踐教學(xué)能起到積極的作用，但由于虛擬仿真畢竟不同于真實(shí)的企業(yè)生產(chǎn)，因此也不可避免地帶有局限性。

1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與積極性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動性

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，如在體驗(yàn)式游戲領(lǐng)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(shí)踐教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，同樣能帶給學(xué)生身臨其境的感受。近8年來我校老師自主開發(fā)或聯(lián)合開發(fā)了工科基礎(chǔ)化學(xué)的模擬、仿真實(shí)驗(yàn)動畫教學(xué)資源庫，包含3D分子結(jié)構(gòu)庫、普通化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、化工原理及化學(xué)工藝學(xué)課程的模擬仿真實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)通過動畫模擬相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作步驟，讓學(xué)生熟練化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一些基本操作，讓學(xué)生能夠在網(wǎng)絡(luò)上完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、虛擬操作以及實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)等內(nèi)容，如電導(dǎo)率的測量仿真實(shí)驗(yàn)動畫，學(xué)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(dǎo)率的值，這不僅有助于學(xué)生對知識的深入理解，相比單純的學(xué)習(xí)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(shí)習(xí)實(shí)踐極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性。

2.契合當(dāng)前卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)的內(nèi)在要求

2010年6月23日，教育部在天津大學(xué)召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”啟動會，聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)(學(xué))會，共同實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，其培養(yǎng)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，同時以實(shí)施卓越計劃為突破口，促進(jìn)工程教育改革和創(chuàng)新，全面提高我國工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，我?；瘜W(xué)工程與工藝本科專業(yè)以及化學(xué)工程碩士研究生專業(yè)學(xué)位均是卓越工程師建設(shè)點(diǎn)，由于化工的自動化程度高、危險性高等原因，“卓越工程師”“實(shí)習(xí)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(xué)生在逼真的操作環(huán)境中，“隨意”在仿真工廠操作各種設(shè)備、調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，從而真正破除“實(shí)習(xí)動手難”的問題，達(dá)到卓越工程師的培養(yǎng)要求。

3.提升教師實(shí)踐教學(xué)能力，推進(jìn)實(shí)踐與科研結(jié)合

當(dāng)前高校教師尤其是青年教師通常為博士畢業(yè)后到學(xué)校從事教學(xué)崗位，自身缺乏企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心能促使教師將理論教學(xué)內(nèi)容融入實(shí)踐教學(xué)中，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，也能使教師在虛擬實(shí)踐中彌補(bǔ)自己企業(yè)一線實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)的不足；同時教師以虛擬仿真教學(xué)中心為依托，深化教學(xué)方式方法的改革，鼓勵教師在教學(xué)中立足先進(jìn)性、前沿性更新充實(shí)課程內(nèi)容，將化學(xué)化工學(xué)科最新科研成果及個人的科研成果有機(jī)融入到課程教學(xué)中，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，以保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和前沿性。

4.整合實(shí)驗(yàn)室資源，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的全面開放

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以提供開放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，打破傳統(tǒng)教學(xué)時空局限，學(xué)生通過虛擬儀器學(xué)習(xí)軟件，可以自行學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，有效地拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的時間和空間，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)探索，發(fā)揮學(xué)習(xí)主動性提供條件，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的全面開放。

但如果在實(shí)踐教學(xué)中，過度依賴虛擬仿真教學(xué)，或者以此替代真實(shí)的企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，則對實(shí)踐教學(xué)的效果也會造成一定的影響，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)會降低學(xué)生對實(shí)物的感性認(rèn)識水平，從而降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)誤差的分析能力，因此在化工實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)踐中，既要充分發(fā)揮仿真虛擬教學(xué)的作用，同時也要加強(qiáng)真實(shí)的一線實(shí)踐，做到虛實(shí)結(jié)合。

三、“虛實(shí)結(jié)合，能虛不實(shí)，能實(shí)不虛”推進(jìn)化學(xué)工程與工藝實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)踐教學(xué)體系包括了實(shí)驗(yàn)、課程見習(xí)、課程設(shè)計、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、社會實(shí)踐等眾多環(huán)節(jié)，對工科學(xué)生的人才質(zhì)量有著重大的影響作用。惟有“真實(shí)+仿真”實(shí)驗(yàn)場景的共同推進(jìn)，構(gòu)建“虛實(shí)結(jié)合，虛中有實(shí)，實(shí)中有虛”化工實(shí)踐教學(xué)體系，學(xué)生方能在虛擬和真實(shí)的操作環(huán)境中，鍛煉操控能力、提升創(chuàng)新精神。

1.構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的化工實(shí)踐教學(xué)體系

構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的化工實(shí)踐教學(xué)體系，首先需要分析企業(yè)對人才的具體要求，針對學(xué)校培養(yǎng)與企業(yè)需求之間存在的差異，加強(qiáng)對化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生所開展的實(shí)驗(yàn)、課程見習(xí)、專業(yè)見習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等的規(guī)劃和設(shè)計，注重大學(xué)生由課堂到車間的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；其次，要充分發(fā)揮虛擬仿真的有效作用，通過開發(fā)多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件，進(jìn)行教學(xué)方法與手段的改革，大力打造各類教學(xué)平臺，建設(shè)實(shí)踐教學(xué)資源庫，開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，攝制實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻，集成優(yōu)質(zhì)教學(xué)圖片，搭建虛擬中心信息管理平臺，發(fā)布相關(guān)虛擬仿真教學(xué)資源，特別是針對耗時長、高危險性的大型工程推演實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真+現(xiàn)場實(shí)體操作相結(jié)合的教學(xué)模式，將涉及高?；驑O端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真化；再次，可充分發(fā)揮第二課堂積極引導(dǎo)作用，以舉辦化工設(shè)計大賽等專業(yè)性比賽形式，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，提升專業(yè)實(shí)踐能力；第四，充分發(fā)揮企業(yè)實(shí)踐基地作用，組織學(xué)生以集中或分散形式利用寒暑期到企業(yè)跟班學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生感性認(rèn)識，從而更進(jìn)一步了解企業(yè)生產(chǎn)、操作運(yùn)行規(guī)程，切實(shí)提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

2.能虛不實(shí)，以虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心為基礎(chǔ)，提升學(xué)生創(chuàng)新科研能力

隨著智能手機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，手機(jī)已經(jīng)成為廣大師生最常用的學(xué)習(xí)及交流工具。我校虛擬仿真中心建立了二維碼學(xué)習(xí)識別系統(tǒng)，構(gòu)建掌上信息+“微型工廠”的教學(xué)模式，學(xué)生通過掃描二維碼，不僅可訪問中心官方網(wǎng)站了解業(yè)界最新動態(tài)，還能通過掃描實(shí)體設(shè)備上的二維碼，便捷、及時地了解儀器設(shè)備的使用范圍、途徑和注意事項(xiàng)，并可為學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和交流提供便利條件。如我校依托國家級虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的苯胺生產(chǎn)線建立苯胺生產(chǎn)3D虛擬仿真系統(tǒng)，可以根據(jù)仿真系統(tǒng)模擬裝置工藝條件，再現(xiàn)生產(chǎn)中的各種現(xiàn)象，如開、停車，正常生產(chǎn)工況，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常工況的處置等，學(xué)生不必去生產(chǎn)企業(yè)，亦能掌握化工生產(chǎn)中開、停車，正常生產(chǎn)過程以及各種安全生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的安全事故的處置方法，增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的新穎性。同時學(xué)生在開展實(shí)驗(yàn)授課前進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻學(xué)習(xí)，提前完成實(shí)驗(yàn)流程、相關(guān)知識的學(xué)習(xí)與了解，打破了學(xué)生學(xué)習(xí)的時空限制，克服了實(shí)驗(yàn)臺套數(shù)的不足，提高了學(xué)生對化工原理單元操作的掌握程度和理論水平，拓寬了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣，極大地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，也有助于提升學(xué)生創(chuàng)新科研能力。

3.能實(shí)不虛，推進(jìn)校企深度融合，扎實(shí)推進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力提升

2012年教育部專門下發(fā)了《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》，強(qiáng)調(diào)要全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，強(qiáng)化實(shí)踐育人環(huán)節(jié)?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》提出把提高質(zhì)量作為教育改革發(fā)展的核心任務(wù)。在第七章“高等教育”中明確指出要提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室、校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地、課程教材等基本建設(shè)。支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。創(chuàng)立高校與科研校所、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制。全面實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”。在大工程背景下，全流程實(shí)驗(yàn)即使是智能化仿真，由于流程復(fù)雜、工藝系統(tǒng)龐大、仿真時間太長和受學(xué)時限制，課堂教學(xué)存在一定的難度，為了把化學(xué)工程與工藝仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的教學(xué)內(nèi)容與社會需求更加切合，與化工專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)更加適配，我校積極推進(jìn)校企深度融合機(jī)制，以我校化工專業(yè)教育部卓越工程師項(xiàng)目為基礎(chǔ)，優(yōu)選企業(yè)有較高學(xué)術(shù)和技術(shù)水平的人員作為學(xué)校聘請的兼職教師，建立企業(yè)導(dǎo)師制度，擔(dān)任本科生的聯(lián)合指導(dǎo)教師，承擔(dān)各層次專業(yè)課程教學(xué)；制定鼓勵專職教師參與工程項(xiàng)目和產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目的制度，建立鼓勵專職教師定期到企業(yè)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(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目研發(fā)；積極建設(shè)學(xué)生校外實(shí)習(xí)基地，扎實(shí)推進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力提升。

四、結(jié)語

根據(jù)以上思路，我校在化學(xué)工程與工藝實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建上進(jìn)行了積極的探索和實(shí)踐，首先我校在化工原理、化工仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，對虛擬仿真資源進(jìn)行整合，正式構(gòu)建了“化學(xué)工程與工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，逐步建成了工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)、化工原理單元實(shí)體與3D仿真實(shí)驗(yàn)、化工安全事件應(yīng)急管理與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等6個教學(xué)資源庫，開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目164項(xiàng)，涉及儀器設(shè)備400余臺套，虛擬仿真中心與北京燕山石油化工集團(tuán)等10余家企業(yè)簽訂了實(shí)習(xí)基地協(xié)議和實(shí)習(xí)合同，建立了穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地，上述實(shí)習(xí)基地與學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心保持長期的專業(yè)人才供需關(guān)系和密切的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，2015年中心先后成功獲批廣西區(qū)級、國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。此外，學(xué)校還積極探索教學(xué)改革科研實(shí)踐，多項(xiàng)項(xiàng)目獲批學(xué)校和廣西區(qū)科研立項(xiàng)，如《基于廣西石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究與實(shí)踐》獲批2015年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程重點(diǎn)項(xiàng)目，《卓越計劃視角下校企合作對化工類研究生培養(yǎng)質(zhì)量提升機(jī)制研究》獲批2015年廣西區(qū)研究生教育創(chuàng)新計劃項(xiàng)目等。同時與此相適應(yīng)的是學(xué)生的實(shí)踐動手能力得到了顯著的提升，近三年，我校在“三井化學(xué)杯”全國化工設(shè)計大賽中共獲一等獎4項(xiàng)，二等獎1項(xiàng)，三等獎8項(xiàng)。

(責(zé)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(dǎo)，研究方向?yàn)楦咝｜h建與思想政治教育。

2016-05-28

2016-06-12

2015年廣西高等教育教學(xué)改革工程重點(diǎn)項(xiàng)目“基于廣西石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究與實(shí)踐”(2015JGZ129)。