言传身教育心 因材施教育人——记中国石油大学化学工程与环境学院王彧斐教授

■文/于海芳

在2020年度国家自然科学基金优秀青年科学基金评审结果中，中国石油大学有两名青年教师获得资助，其中一位就是王彧斐。

王彧斐，中国石油大学化学工程与环境学院教授，学校青年拔尖人才，主要研究方向为化工过程能量系统综合，工业园区布局优化，能-水网络集成等。截至目前，王彧斐发表国内外期刊论文100余篇，其中以第一作者/通讯作者发表SCI收录论文50篇，授权发明专利2项，软件著作权3项，著有中英文论著3本，并参与编写中英文专著4本。主持各类科研项目10余项。获教育部自然科学二等奖1项，侯德榜化工科学技术奖青年奖，中国系统工程学会过程系统工程专业委员会首届青年科技奖。目前任过程系统工程专业委员会委员，国际会议PRES国际专业委员会委员，在国内外近10个期刊担任编委/青年编委。

图片为王彧斐教授

出生于1986年1月的王彧斐，是个典型的85后。看上去文质彬彬的他，让人很难与博士、教授、博士生导师这三个词联系到一起。

不断优化才能不断成长

王彧斐说，他从小就好像自带优化属性。小时候的他，精力十分充沛，不爱睡觉，他觉得睡觉这段时间应该利用起来，做更“高效”的事。由于爱动脑好总结，王彧斐喜欢在做比较简单的事情时，同时兼顾几件事，他觉得这样省时又高效。随着年纪的增长，他更喜欢从多个视角去看待和观察事物，总在思考如何才能不断优化，提高效率。

求学之路对于王彧斐来说，幸运且顺利。幸运的是，王彧斐在初、高中时，遇到的化学老师都很好。让他印象最深的就是，老师们对待工作认真负责，对待学生一视同仁。他能深刻感受到老师们是真的关心学生的学习与成长，出于对老师的喜爱，王彧斐逐渐喜欢上了化学，因此他的化学成绩在理综里面最好。高考完选专业时，王彧斐很笃定地就想选和化学相关的专业，最终顺利被西安交通大学化学工程专业录取。

本科毕业后，王彧斐直接选择出国读博。他说，当初在选择研究方向时，动机很单纯，就是觉得这个方向适合自己。化工系统集成方向，可以简单理解为让化工系统以最低代价实现最高效生产，核心就是权衡与优化。当王彧斐第一次接触到这个方向时，心中就已经有了答案。

初到异国他乡，仿佛一切归零了。王彧斐说，在刚开始做科研的时候非常吃力。第一年，实际上他只做出了一些较为初步的探索性工作。由于导师Robin Smith的想法很好，再加上导师的鼓励，所以他在学习和工作上进步很大，后来又发表了较好的论文，才使得王彧斐在科研路上有了更加坚定前行的动力。回忆起国外学习生活的日子，王彧斐说，其实国内外的学习环境差别不大。四年的留学经历，对他影响最大的就是开拓了视野，增长了阅历。这也让他在回国后，不论是做科学研究，还是带团队、授课，都充满了自信。

因材施教让教学更有意义

百年大计，教育为本。教育大计，教师为本。王彧斐深知作为一名高校教师，只有自身拥有良好的道德行为才能更好地引导和影响学生。

关于教学，王彧斐每次课前都会全心投入、做足准备，他经常会采用一些新的教学理念和方法。同时，还对学习内容和教学手段进行探索，针对教学内容和教学方法进行改进。如《加热炉》和《化工原理（Ⅰ）》这两门课程都是典型的工科课程，工程性较强，内容复杂枯燥，为了提高学生兴趣，王彧斐调研大量名校课程，找到很多经典实例，并把这些经典实例和课程内容相结合，呈现在PPT中，丰富课程内容，为的就是便于学生理解。针对工程性较强的内容，他还通过对现有文献和企业调研，了解到目前企业相关生产中存在的问题，以及学术界和工业界相应的解决方法和思路，将这些工业实际问题与课程内容相结合，让学生进一步理解各个工程概念。另外，王彧斐还会精选出部分科研成果，与学生探讨这些科研成果的基本思路，锻炼学生的创新思维。

图片为王彧斐与学生合影

经过积累，王彧斐总结了一套专属的育人方法。课堂上，王彧斐会利用点名机会，认识并熟记每一个学生名字。他说，有一部分学生由于缺乏自信，存在感低。如果老师能叫出他们的名字，这是与学生拉近距离的最有效方法。对于学习上有困难的学生，王彧斐经常会在课堂上提醒他们认真听讲，并通过课后作业、测验表现，及时发现学生问题，有针对性地去解决问题。

此外，在教学方法上，王彧斐也进行了改良，多采用学生容易理解的方式进行授课，例如极限分析法、等效变换法等。同时，他还开设了两门课程的网络教学平台，学生可通过网络教学平台下载课程PPT和课程小结，还可以在平台上和老师及其他同学进行学业交流。王彧斐还采用移动端雨课堂的方式进行授课，以随机点名、弹幕、红包答题等方式丰富上课的互动交流，使得学生能够在课堂上更加专心。同时通过雨课堂的签到和正确率统计等功能，了解每个学生的学习状态，为因材施教打下数据基础，使得教学更加有的放矢。课后，在雨课堂上推送当天课程概要、预习纲要以及练习题等，充分调动学生的学习积极性，从而提高教学效果。因此王彧斐所教的课程深受广大学生喜爱，并两次进入全校评教的前10%教师名单。

虽未教授任何硕士生课程，但王彧斐已多次给研究生做前沿讲座和学术人生讲座。在每次前沿讲座中，他都会基于自身课题，从研究生学过的基础知识出发，层层递进到前沿科技，并展望未来发展方向。王彧斐喜欢用优化的概念来启发学生对人生目标以及价值观的思考。价值观是实现人生目标所做的各个事物的权重，而学生们则需要探索属于自己的权重，并根据这个权重管理自己的时间，而这个优化问题中，最大的约束就是时间。通过将人生问题转化成为数学问题，让学生换一个角度思考，并在此时多加引导，从而将思想政治教育融入到讲座内容中。如今，经王彧斐指导或协助指导的硕士研究生都发表过科技论文，所带学生有一半以上发表过SCI论文，所有学生都参加过国内学术会议，所带研究生曾多人次获得国家奖学金。其中，所带的硕士生有一半以上以及协助指导的博士生全部都有出国交流经历。

课堂外的王彧斐和善得更像一个朋友，定期他会与学生进行沟通交流，帮助他们解决学习生活中的困惑，在尊重学生多元个性的基础上，引导他们建立正确的信念。同时他会试着从学生的角度，给予学生一些建议。王彧斐说，作为老师，还是先要和学生成为朋友，只有学生完全地信任老师，才会将心里真实想法告诉老师。让学生能够真正地朝着积极向上的方面改进，哪怕是一点点改变，也是一件非常有意义的事情。

低碳高效发展才是可持续的未来

如今，在国家“双碳“战略下，各地政府都在以生态优先、绿色发展为导向，谋划经济社会绿色转型之路。人类只有一个赖以生存的地球，环境问题是关乎到每一个人的问题。

王彧斐就过程工业生产过程中如何生产才能更节能、更高效，做了一系列问题优化以及新方法的研究。当前，在过程工业生产过程中产生的大量余热，多以废热的形式通过空冷或水冷直接排放到环境中。如何有效地利用这部分热量是提升过程工业能量利用率的关键环节。王彧斐针对工业余热多，余热物流特点及相应复杂温焓特性，围绕当前多种低温余热回收技术，深入探索并合理利用各种热转化设备的方式与组合，以及热转化设备与热源间的匹配，并从质与量两个方面，评价能量的利用效果。为此，王彧斐研发了能量转化设备模型与系统匹配方法。

目前国内外针对余热发电方面的研究，主要是针对单一物流的余热进行研究。然而工业中的余热资源往往产生于多个物流中，形成复合余热，且性质各不相同。针对这一问题，王彧斐根据复合余热资源的温焓特性，提出了工质热夹点方法，根据复合余热与工质所形成夹点的位置，首先以有机朗肯发电为研究对象，制定了有机朗肯工质筛选准则并确定最优操作参数。另外，王彧斐将低温余热系统和循环水系统相结合，考虑将低温余热用于热膜分离过程净化循环水排水，通过优化，可同时减少能耗和新鲜水耗量，大大增加了系统的可持续性。

其次，关于功-热耦合网络优化新方法的开发。目前，对单独网络的研究已较为成熟，但工业能量系统中，功-热之间存在转化、博弈及耦合关系，因此需要针对功-热耦合网络进行研究。王彧斐以冷却器网络优化为研究功-热耦合网络的切入点，研究循环水系统串级改造时，网络拓扑结构对循环水各节点流量及换热负荷的影响，建立了一个新的冷却器网络改造两步法，通过该方法找到制约网络功-热-水性能的瓶颈，并在保证所有换热负荷的前提下，合理配置冷却器串级匹配以减小功及新鲜水的消耗。因此，功-热耦合网络对工业节能有着非常重大的意义。

在冷却器网络优化的基础上，王彧斐提出泵网络这一新概念，用以描述由主-辅泵构成的全新功网络拓扑结构，通过在关键支路上合理配置辅泵，可以有效降低系统泵功的消耗，达到节能降耗的效果。基于泵网络的概念，他系统地研究了冷却器网络与泵网络的耦合关系，提出了两个网络之间协同优化方法，用以关联整个系统各个节点的功、热协调特性，并同时从节能与节水两个方面对系统进行优化配置。同时，创造性地提出了流体机械网络和多回路网络等全新复杂功网络拓扑结构，通过建立超结构模型，优化系统的热交换匹配和功交换，进一步达到节能的目的。王彧斐应用所建立的循环水系统优化方法及开发的软件，对中国石化安庆分公司的炼油I套循环水系统进行了优化，减少冷却水循环量20%，同时节约泵的电耗26%。相关循环水系统功-热耦合网络优化的研究，荣获2017教育部自然科学二等奖（排名第二）。

此外，王彧斐还围绕整个园区功-热耦合系统展开了系统的研究，形成了园区尺度上的功-热耦合系统集成新理论。相比单个装置尺度上的系统集成，以工业园区为尺度的系统存在着更多的优化潜力，然而随着系统边界的扩大，系统内的变量和参数也相应倍增，对于优化算法的要求也变得更加严苛。

王彧斐以采用中间介质的多厂热集成为对象，研究其中的功-热关系。首先，针对多厂热集成问题进行建模，建立了一套新的厂际热集成方法，该方法可优化出具有最优功-热匹配特性的中间介质流量以及相关热集成方案。其次，通过研究中间介质换热的温焓特性及其与装置之间的温焓匹配，王彧斐发现中间介质的温焓特性与装置之间的连接方式有着重要关联。基于这个发现，王彧斐还定义了3种基本连接方式，并开发了相应的多厂热联合夹点辨识方法及解瓶颈策略。相关多厂热集成技术已经应用于中石化茂名分公司。相关多厂热联合和蒸汽系统的协同优化技术以及开发的软件（蒸汽喷射式热泵热力学计算软件），已应用于中石化洛阳分公司，优化了蒸汽的使用并提高了能源利用率。

图片为2021年度侯德榜化工科学技术奖颁奖现场（左二王彧斐）

在相关多厂热集成研究时，王彧斐还发现目前大多园区布局缺乏规划，导致整个园区功耗高，厂际热集成较难实现。王彧斐通过研究目前园区布局的国家标准，基于系统工程的理念发展出了一套厂区布局启发式方法，并结合图论、遗传算法，建立了厂区布局优化策略，可以有效减小园区内输送物流所耗的功，其意义重大。