面向产业的化工类跨专业综合实践教学平台的构建与实现

于三三， 杨中秋， 赵 嘉， 王明艳

（沈阳化工大学教务处，沈阳110142）

0 引 言

国务院办公厅《关于深化产教融合的若干意见》（以下简称《意见》）中指出，深化产教融合，促进教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接，是当前推进人力资源供给侧结构性改革的迫切要求，对新形势下全面提高教育质量、扩大就业创业、推进经济转型升级、培育经济发展新动能具有重要意义［1］。教育部在《全面提高高等教育质量的若干意见》中也强调指出：“强化实践育人环节，加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设”［2］。可见，国家对转变传统教学模式，探索新型实践教学基地建设，切实强化学生工程实践能力培养给予高度重视。如何围绕强化学生实践能力培养，构建一个跨专业综合实践教学平台，有效引导学生参与各类工程实践与创新活动，全面提升学生的综合能力和素质，是当前高校特别是地方高校教学改革与教学建设工作的重要内容之一。我校地处石油、化工、化学及下游产业基础雄厚的传统老工业基地，理应抓住地方工科院校专业建设与地方产业发展相结合的机遇，为面向地方产业，服务地方经济培养应用技术型人才。学校自2013年进行工程教育专业认证以来，针对课程工程实践环节偏弱，学生解决复杂工程能力不足等问题，对化工类专业实践教学模式进行了改革与探索，构建了“优质资源融合，教学科研结合，面向产业服务”、学校与企业联合培养人才的跨专业实践教学平台。

1 工程实践环节现状

目前化工类专业工程教育实践教学的现状是工程技术人才的培养与社会需求、行业需求脱节；综合性和创新性训练偏少，看的多，动手少，实践教学走过场；校内实习资源有限，缺乏真实工程环境，职业素养缺乏。

工程实践能力的培养主要依托于各类实验、实训及实习等实践教学平台，生产实习和毕业实习恰恰是综合培养学生工程实践能力最重要的环节［3］。① 因为传统的化工类实践教学平台，多以演示、验证实验为主，实验室进行的实验，与工业生产设备区别较大，不利于学生了解和掌握化工设备的真实结构，同时导致学生对大中型设备缺乏感性认识；②因为化工生产具有高温高压、易燃易爆、有毒有害、多为连续化封闭式生产线生产等特点，到化工生产企业实习只能看到表象，不能做，很难达到教学实习效果［4］。急需破解高校化工类实践教学中长期存在的做不了，做不好，做不到，做不上的难题，因此加强校内综合实验实训平台建设尤为重要。经过多年的实践，我校建立了面向产业的化工类跨专业综合实践平台，该平台全面整合并优化了校内实验室资源和教师资源，彻底打破专业界限、学科界限、教学科研界限，形成了以化工产业需求为导向的多层次、开放式的多学科交叉、多专业共享的实践教学平台，培养了更多具有创新能力的满足石油化工行业需要的化工类人才。有效解决了学生进入企业后所存在的行业意识薄弱、工程性思维欠缺、工程应用能力较弱，以及实践创新能力不足等问题。

2 实践教学平台建设理念

针对上述问题，结合“新工科”人才培养目标—应致力于解决复杂工程问题能力、创造力、领导力、国际视野及交往能力和终身学习能力［5］，学校更新了实践教育理念，形成了“以行业需求为导向，以学生为主体，以创新精神和综合工程实践能力培养为核心，学思结合、知行统一”的教学理念，建设“高起点，大综合，重能力，强辐射”的实践教学平台。化工类跨专业综合实践平台以石油化工行业需求为导向，通过构建多学科交叉、多专业共享、多模块组合、多功能集成、多手段教学的全过程实践教学平台，实现了环境“车间化”、装置“真实化”、项目“典型化”、要求“规程化”、任务“生产化”、事故“仿真化”，加强学生协作沟通、工程推理、分析和解决问题、故障处理、事故应急等职业技能的培养，提高了学生解决复杂工程问题的能力［6］，凸显我校化工类人才培养质量、办学特色。

3 跨专业综合实践教学平台建设实践

3.1 建立面向产业的工程实践教育体系

实践教学体系建设以石油化工行业对毕业生综合工程实践能力、解决复杂工程问题能力的需求为导向，遵循学生从入学到毕业整个过程的专业素养规律，按认知型、操作型、综合型、研究型逐渐递进的方式，由专业基础实验、专业实践、工程应用、综合创新4个层次构成，分别通过基础实验、专业特色实验、实习实训、综合创新实验等平台上实现，由基础实验技能到工程创新能力培养逐步强化。以综合工程实践能力培养为核心，学校4大实践平台涵盖基本型、综合设计型、研究型与创新型等实验，实现了工程训练系统化、创新训练系列化、能力培养实效化，形成了实践教学体系的主线，实践教学体系关系如图1所示。

图1 实践教学体系

3.2 多层次递进式跨专业实践教学平台的构建

该平台全面整合并优化了校内实验室资源和教师资源，彻底打破了专业界限、学科界限、教学科研界限，形成了集“装备、工艺、控制”一体化、多层次、开放式的多学科多专业共享的实践教学平台。

该平台由基础实验、专业特色实验、实习实训（跨专业综合实验）、综合创新实验4个功能平台构成，学生的综合工程实践能力培养逐步强化。

3.2.1 基础实验教学平台

以认知型、基础型实验为主的实验平台，该平台主要通过将原有基础化学实验中心、电工电子实验中心，化工原理实验室等基础实验中心进行升级改造，资源整合，形成以化工原理实验、基础化学实验为核心的公共基础平台，及各类学科共享的专业基础实验平台，对化工类一二年级本科生实验教学和创新实践活动进行开放，主要培养学生的基础实验技能。其中化工原理实验室所包含的流体阻力实验装置、流量计标定实验装置、离心泵性能实验装置、过滤实验装置等是以化工实际生产中常用单元操作为背景建立的化工典型单元操作装置，增强了学生对实际设备的感性认识。同时该平台还包括以这些装置为对象，开发的与之对应的集练习、实验、考核为一体的虚拟仿真实验平台，学生可以反复预习、练习、变换参数进行实验，体现了以实物为主，虚实结合，对实体实验进行有益的补充的特点，面向全校16个化工类专业的学生开放。

3.2.2 专业特色实验平台

以操作型、综合型为主的实验平台。该平台主要由化工类专业实验中心组成，通过有目的的设置综合性专业实验项目，提供集装备、工艺、控制为一体的综合设计型实验，使实验项目不仅涉及装备、工艺、控制等方面的技术因素，学生在完成实验的过程中还要考虑到环境、安全、经济性等及其他因素，对于实验中可能出现的问题必须通过深入工程分析才可能得到解决，从而培养学生解决复杂工程问题的能力。该平台包括化学工程实验教学中心、材料科学与工程实验教学中心、过程装备实验教学中心等专业实验教学中心。以化学工程实验中心为例，包括典型反应工艺过程，如：乙苯脱氢制苯乙烯反应系统装置、反应精馏系统装置、硫酸铜合成反应装置、一氧化碳中、低温控制反应系统等。这些是石油和化学工业、制药工业的典型工艺过程，具备化工产品合成和化工工艺实训两种功能，具有工程化的技术特征，可通过该平台培养学生的工程实践能力，体现了化工过程的系统性、规模化和工程化的特点，同时面向化工类、过程控制与装备、自动化等专业学生开放。众所周知，实际企业遇到的问题都不是单一的问题，需要毕业生具备集“工艺、装备、控制”一体化的综合工程实践能力。以化工类专业学生为例，学生利用该平台时以工艺为主体，以控制和装备为两翼，有意识让学生养成一体化的思维习惯，从而真正实现打破学科和专业壁垒，培养适应化工类企业行业需要的综合型人才。

3.2.3 实习实训平台（跨专业综合实验平台）

为培养学生解决复杂工程问题的能力，学校组建了以化工学科为龙头，兼顾装备、控制等学科的综合实验实训平台。该平台由省和学校共同投资完成，主要由校内实习实训基地组成，“5＋1＋1”模式，即5条生产线（甲醇、化工制药、化肥包覆材料、高分子橡胶加工、高分子塑料加工生产线）、1个装置（排放气污染治理成套装置）、1套自动化控制系统（化工生产自动化控制系统）。实训平台主要生产线和装置见图2。

图2 实验实训平台主要生产线和装置

该平台面向石油化工、精细化工、医药化工、新材料、新能源等产业集群，通过构建多学科交叉融合、多专业共享、多模块组合、多功能集成、多手段教学的全流程实践教学内容，实现教学过程与工业过程的无缝对接和内容的工程化、综合化、系统化和集成化。

作为校内实习实训教学基地，对每一条生产线、每一套装置、每一个控制系统都要精心设计实习内容，以满足学生综合能力培养的需求，满足学生能够参与、组织生产的真实情景要求，满足学生工程实践能力培养的需求。真正做到环境“车间化”、装置“真实化”、项目“典型化”、要求“规程化”、任务“生产化”、事故“仿真化”。设计理念完全体现我校的教学理念，即以化工行业需求为导向，按照化工和精细化工行业企业的工艺标准和流程以及行业企业关于工程技术人才的职业要求和技术标准，校企共同研发设计实训内容。依托石油化工校企联盟，充分发挥教育链和产业链上下沟通，实现人才培养和产业需求之间的无缝对接，聘请化工企业专家和学校化工专业教授共同组成实践教学指导委员会，对实习内容进行设计指导。

以甲醇生产线为例，该实训中心运行甲醇合成与精制工段半实物仿真微型工厂，其实习实训内容设计充分体现以行业企业需求为导向，结合煤化工系统的甲醇生产装置，参照企业现场技术人员要求，应用现代化教学手段，结合网络、多媒体等多种方式，依托化工类专业培养方案，按照以下几个方面设计实习实训内容。

（1）为培养学生的工程实践能力，设计了开放性的故障点设置、情景化的真实操作等实现本专业学生熟悉掌握化工单元操作、化工工艺流程、过程装备与自动控制、操作优化、化工安全与环保、节能、操作规程等工程实践能力，使受训学生得到全方位的工程生产训练。

（2）实训项目以典型煤制甲醇工艺过程为样本，合成采用一氧化碳制甲醇法，精馏采用节能三塔分离流程，均为国内外主流生产技术。该实训装置全不锈钢设备，工程化、厂景式氛围浓厚。本实训中心煤制甲醇装置可将每个工段分成多种仿真操作过程。合成工段包括开车、停车、故障排除、正常运行等操作；精馏工段包括开车、停车、故障排除、正常运行等。各工段各项操作都实行全自动控制，使操作过程更加接近于生产实际过程。

（3）该实训平台半实物仿真工厂在常压、常温下运行，低能耗，无污染，安全隐患小。参照实际车间运行状况安排学生生产实习任务，要求实习师生戴安全帽、穿实习服，并严格按照操作规程进行各项模拟操作。监测与控制（DCS系统）各个过程操作参数的情况，采用开放式的工艺参数设计和先进的控制软件平台实现工厂数据的真实再现，体现工厂的现场真实状态；具备较为先进的控制手段，可以培养学生“工艺、装备、控制”一体化的综合实践能力，适应现代化工自动化程度高的生产需求。

（4）在线仿真培训考核系统、仿真实训系统能够满足专业学生培养要求和企业员工上岗培训、技能鉴定需要；可以独立运行的虚拟现实（VR）“仿真软件”和“相关化工培训软件系统”，以辅助该装置的实训实习教学、理论教学和初级工艺培训，并能解决同时进行多人大批量培训教学的问题。

（5）对于高温高压、易燃易爆、有毒有害的化工过程，可通过仿真软件来实现实训目的。本着“虚实结合，能实不虚”的原则，利用互联网＋，结合大数据技术，加强了虚拟仿真实验教学资源建设［7］，目前已开发39个虚拟仿真实验项目，结合线下实体操作，可以调动学生的积极性和主动性，培养自主学习能力和加强个性化指导。

近年来的教学实践证明，半实物仿真实习能够显著提高学生的实习热情，能够使学生尽快地熟悉现场装置，改善了实习环节的教学效果。图3所示为部分仿真现场。

图3 与虚拟仿真相结合

通过校内实验实训平台的建设，强化与工业界密切合作，使得实验实训平台能够与工业装置无缝对接，最大限度地还原生产实际，使得学生在实际生产环境、实物仿真环境及数字模拟（虚拟）环境中实践动手能力得到强化，培养学生知识综合能力、系统集成能力、责任担当及安全生产意识、团队协作能力和创新创造精神。2017年4月化工类跨专业综合实验实训平台被评为省级重点建设的化工和精细化工综合实训基地。该平台紧密结合辽宁省产业、行业和企业对化工生产人才的需要，建成了集实习实训、岗前和上岗后培训、职业技能鉴定等功能于一体的高度仿真性培训基地［8］。面向应届毕业生和企业职工开展就业能力和职业技能培训。现已面向校内外开放实训项目44项，同时多次接待兄弟院校参观、访问、学习。

3.2.4 综合创新实验平台

平台依托学校的国家级实验教学示范中心、大学生创新创业基地及校企联盟，辽宁省化工、精细化工、制药、生物、塑编、橡胶、硼镁、环保等产业集群和产业链，大学生校外实践基地。通过教师科研项目及综合工程设计环节，完成大学生创新创业训练项目、专业创新竞赛、学生自主设计实验等。培养学生的研究创新能力和工程创新能力［9］。

该平台主要与科研项目相结合，重视与科学前沿、工程实际和社会应用实践的密切联系。多年来我校组织教师将最新科研成果及应用成果转化为创新性实验项目，并将这些实验项目和内容纳入实验教学体系，推动科研与教学紧密结合，形成良性互动［10］。充分发挥学科前沿技术对培养学生创新精神和工程创新能力的作用，本平台拥有科研成果教学资源化的中试装置：静态混合二氯化磷连续水解新工艺及装置，静态混合苯硝化制取硝基苯成套装置、静态混合乙烯氯化制备二氯乙烷成套装置和DMPP尿素缓释剂合成成套装置。教师的科研成果转化为实训教学资源，用自有知识产权的先进技术启发学生的创新思维，培养学生的创新能力。通过这些中试装置帮助学生建立工程概念、放大设计概念，中试装置的控制系统与现实的生产装置控制系统相类似，建立过程控制的系统意识和安全生产的基本知识［11］。中试装置系统体现工艺、装备、仪表、测试、控制等技术集成化的特点，实现流程实时可控、参数实时可读、状态实时可测的实验实训教学目标，学生可以直观地了解工艺过程、管道、仪表和阀门等典型装置。

利用辽宁省石油化工产业校企联盟，推进校企对口合作育人。通过开展人才培养“三定向”（即定向招生、定向培养、定向就业）、校企共建大型公共实习实训基地和生产性实训基地等，实现高校与企业人才培养深度合作［12］。2013年，我校在化学工程学院设立了“京博班”，校企双方共同制定人才培养计划、构建课程体系，实施校企双元主体培育人才。“京博班”实行“3＋1”的办学模式，前3年在学校学习，最后1年到企业进行顶岗实习，学生真正置身于现代化工生产经营运行的环境中，感受生产管理、劳动纪律、安全环保规章等方面对从业者整体素质的要求，很好地解决了企业实习流于表面的难题。入选京博班的学生毕业后可以直接到山东京博集团控股有限公司就业，学校人才培养方向与企业需求无缝对接［13］。今后要继续广泛开展委托培养、定向培养、订单订制培养，实现人才培养和产业需求之间的无缝对接，提升高校人才培养对辽宁产业结构调整和地方经济发展的贡献度。

4 结 语

化工类跨专业综合实践平台具备多学科交叉和多专业融合的特点，能体现原料选择、原料加工、产品生产、过程控制、装置设计、工艺流程、操作运行、成本核算、环保安全等各生产环节，不但能够满足化工类及各相关专业的实验实训需要，还能为不同专业的学生了解行业相关知识提供条件，可面向我校及省内工科专业和企业单位员工开展实习培训［14］。

学校通过教学资源整合、共享机制，探索构建立体化、多层次、开放式的化工类跨专业综合实践教学平台，采用校企“双导师制”开展项目实训、生产实习和毕业设计，着力培养学生解决复杂工程问题的能力和创新意识。培养学生工程实践和创新能力同时，注重学生的工作态度、团队合作、交流沟通能力的提升［15］。切实提高工科实践教学体系各主要环节（各种形式的实习、教学实验、工程训练、科技活动、课程设计、社会实践、毕业设计等）的教学质量，使我校8个学院的8 000余名学生受益。近3年学生在挑战杯、创新创业等项目获奖人数逐年增加。

我校在跨专业综合实践教学平台建设方面做了有益探索和实践，并将继续推进实践教学体系的建设与完善，利用国家级化工过程装备与控制综合实验教学中心、化工过程虚拟仿真实验教学中心、科研基地和辽宁石油化工产业校企联盟的软硬件条件，将基础实验平台、专业特色实验平台、实习实训平台（跨专业综合实验平台）、综合创新实验平台整合成相互贯通、融为一体的面向产业的化工类跨专业综合实践教学平台［16］。依托此平台，为培养高素质化工类应用型专业人才提供硬件支撑，为面向化工产业、服务地方经济培养更多的工程实践能力突出的应用技术型人才不断探索与研究。