基于产教深度融合的化工过程模拟教学模式

秦洪庆，丁 丽，王英龙，赵伯霖

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

0 引言

当今时代飞速发展，传统教学模式满足不了时代发展要求，对于人才的培养要与时俱进。“十四五”规划中明确提出“推进产学研深度融合，支持企业牵头组建创新联合体，承担国家重大科技项目”。产教融合的目标是培养高素质创新人才和高质量产业人才，促进人才与产业融合发展的关键是规划引领和政策创新。通过推行产教融合，教师与企业工程师能够共同调整和完善专业培养目标，探索多样化的人才培养模式。深化产教融合，能够推动教育优先发展、人才引领发展、产业创新发展，实现产业发展新动能[1-3]。

刘洋[4]指出产教融合下将高校特色优势课程与企业中对口专业对接将会极大促进知识应用和产业发展，是未来高等教育建设的重要方向。许伟红[5]以校企共建专业学院为例，阐述校企深化合作的育人思路，提出在完成基地共建的基础上，校企双方可以在“师资共享” “认证一体”和“招生就业联动”等方面推动学校人才培养与企业需求无缝对接。朱光婷[6]在探究基础理论课与实践一体化教学之间的关系时，指出传统教学过程在教学方法、教学内容等方面存在着许多问题，提出了将实践与教学进行一体化的具体措施。

案例教学是一种理论知识与工程实践相结合的教学模式，主要通过各种知识与工程实践经验的碰撞来达到启发学生思维的目的[7]。案例教学能够兼顾理论教学和实践教学，并将二者结合起来，达到知行合一的效果。通过运用化工过程模拟案例进行案例教学，能够提高学生的学习兴趣，提升教学效果[8]。经过不断发展，案例教学已经在全世界得到普遍的接受，并对世界范围内的教学行业产生了深远影响。

目前，产教融合已经受到了高校广泛的认可，但仍处于起步阶段，主要存在的问题有以下几个方面：机制不健全，各部门分工不明确；培养路线不清晰，培养过程缺乏具体的校企合作措施；缺乏完善的监督评价机制，产教融合建设缓慢。目前国内的案例库建设还处于初级阶段，对于化工过程模拟案例库的建设还不完善[9]，因此，建立需求引领、开放互动、革故鼎新、虚实结合的化工过程模拟案例库对研究生教育具有重要意义。

深化产教融合是推动教育优先发展、人才引领发展、产业创新发展的战略性举措。本文探讨了化工过程模拟课程中“校企合作，深度优化、虚实结合，共建共享”双线混融、知行合一新教学模式，同时预估了产教融合应用在化工过程模拟教学中的成效，力求培养出善于思辨分析和综合分析的化工类专业人才，课程教学关系图如图1所示。

图1 产教融合背景下化工过程模拟课程教学关系图

由图1可知，化工过程模拟课程依托学校和合作企业平台，实行校内校外双师制，教师与企业工程师共同制定、完善专业培养目标，实现理论知识和实践能力的多层次培养。学校搭建化工单元实训室并与合作企业创建青科-新华实训基地提升学生实践能力。统筹共性资源与教学信息搭建共建共享平台。同时，合作企业深化学校化工过程模拟教学，以师徒教学方式将理论落脚在实际生产工艺问题上，以化工过程模拟为手段解决实际工程问题。此外，搭建仿真模拟软件平台对实际生产项目进行仿真实训，强化产教融合。

1 化工过程模拟课程教学的产教融合新模式

化工过程模拟以工艺过程原理为基础，通过先进的计算机软件，进行化工过程的热量衡算、能量分析、物料衡算、工艺危害性分析以及过程方案的选择与优化[10]。不仅涉及化工原理、化工热力学、分离工程等多学科的内容，而且深化了各学科之间的联系，突出培养学生的理论能力与工程素养。Aspen Plus是一款大型的化工过程模拟软件，有着庞大的物性数据库，还有多种多样的化工单元模型，能够组成各种化工生产中的流程，具有界面简单易懂、计算效率高且结果精确等优点，能够激发学生在化工过程模拟方面的兴趣，让学生得到实践训练，为化工过程模拟教学提供了完整且广阔的平台，广泛应用于大型化工企业和高校教学工作中。

化工过程模拟是化学工程与技术专业中一门重要的课程，同时也是一门理论联系实践、侧重学生综合能力培养的重要课程。产教融合构建学创一体的教学模式使学生掌握基础理论知识的同时阅读大量英文文献，从而大大扩展了学生的视野。此外，通过建设联合互培基地和开放交流平台优化资源配置，结合“校企合作，深度优化”、“虚实结合，共建共享”、“双线混融，知行合一”的方式构建化工过程模拟课程教学的产教融合新模式，如图2所示。

图2 基于产教融合的化工过程模拟课程新模式

由图2可知，基于产教融合的化工过程模拟课程新模式实现培养方案共同制定、教学团队共同培养、实训条件共同建设、教学资源共建共享、培养质量共同管理、校企文化相互融通，形成课程模块化、内容项目化、学分分段化、技能实战化、育人一体化的人才培养特色，强化工学结合，理实一体。让学生较好地掌握行业发展动向，是完善化工过程模拟课程的关键。

1.1 校企合作，深度优化

积极对接企业合作，结合化工模拟教学与企业中实际工程案例的具体内容，在课程教学大纲的基础上，根据实际情况丰富教学内容，结合实际工程案例共同组织制定教学计划进度、开发优质教学内容与实践案例、完成教案、设计教学课件等具体教学文件，增加化工过程模拟课程相应知识点，深度优化课程内容。课程改革重点加强学生使用系统工程的理论与思想来探寻化工过程的开发、设计，从而确定生产操作的优化与控制的最佳方案，掌握单元操作的基本原理并灵活运用。依托青科大-新华制药化学工程与技术研究生联合培养基地与新华制药开展校企合作，对接企业需要培养应用型人才，强化学生的实践能力，实现多维度、多角度、多环节的校企合作新模式。基于校企合作将实际生产过程中遇到的典型案例运用到教学环节中，例如回收制药废水中四氢呋喃的工艺设计，从理论知识、实验操作、工艺设计、仿真模拟及设备选型等方面对学生全方位培养。

1.2 虚实结合，共建共享

化工过程模拟课程的综合性较强，培养学生具有一定的工程意识和专业技能，单一的课堂授课无法满足教学需求。通过整合学校企业各自优势，按照虚实结合的原则构建高度仿真的虚拟实验环境，提供可靠、安全和经济的实验项目，形成独具特色的“一体化、多层次、模块化、重开放”的虚拟仿真实验教学体系，如图3所示。

图3 化工三大刊单元分离操作文献数据分布图

以过程模拟中的分离操作单元为例，统计化工三大刊分离操作单元文献数据分布来建立分离单元操作案例库，如表1所示。

表1 化工过程模拟分离单元操作案例库

另外，采用一些典型操作案例作为教学内容的一部分，如图4所示，基于文献数据库拓宽学生的视野，结合产教融合培养模式，有利于学生综合能力的培养。

图4 化工过程模拟分离单元操作案例网格图

1.3 双线混融，知行合一

化工过程模拟课程涉及大量的理论知识，将化工过程模拟课程和工程实际相结合，在教学中引入实际生产案例，强化学生工程思维，了解工程实践中的复杂性和多样性，培养学生分析问题和解决实际问题的能力。依托生态化工省部共建协同创新中心与山东新华制药股份有限公司、淄博新华-百利高制药有限责任公司等单位建立合作关系，参与企业的工艺开发、流程设计及开车运行，从而全面培养学生的工程意识和工程能力。带领学生与企业联合开发安乃近气流废气净化回收处理技术、高效节能TMP高氨氮废水资源化处理技术、载咖啡因活性炭再生处理技术等技术，提高学生的专业素质与实践能力。在实际生产中培养学生理论结合实际的能力和不怕困难的精神，鼓励学生勇于打破技术壁垒，力求创新，增强责任担当及未来社会使命感，强化学生的家国情怀、国际视野、生态意识和工程伦理意识。

2 化工过程模拟教学中的具体方法

在产教融合的背景下实行化工过程模拟教学改革，将化工过程模拟课程与企业典型案例有效融合，做到团结互助、课堂延伸、实训仿真等。产教融合大大加强了高校与企业的交流，实现企业与高校的相互赋能、共创共赢，实现高校教育和企业现代化发展。同时，通过对化工过程模拟课程的更新优化，建设满足产业发展需要的实用型课程，促进优质教学资源共享，实现理论课程与实践教育的均衡发展。

2.1 案例教学法

案例教学是一种以学生为主体，引导学习者进入科学探索和反思的学习过程的教学方法，它能够把理论教学和实践教学有效地衔接起来，具有传统教学无法比拟的优势。目前适合我省专业学位研究生教育的案例库建设尚不完善，为适应需要，提高教学水平，建立并推广一个完善的本土化教学案例库教学模式已成为当务之急[11]。

建立化工过程模拟教学案例库是将理论与实践结合的有力举措，因此，对化工过程模拟课程进行案例引领下的知行合一教学改革势在必行。化工过程模拟是一门综合性强的课程，知识跨度大且工程实践性强，与工程生产活动有着密切的联系。这些特点为化工过程模拟课程进行案例教学的改革奠定了基础。

2.2 团结互助法

将企业的虚拟仿真与课堂教学相结合，例如，由于化工过程风险评估存在多样性、复杂性的特点，需要小组成员进行互动确定动态控制策略，从而预测精馏塔故障。团队及时交流不仅提高了成员的沟通能力，又能在意见与分歧中提高团队协作能力，充分认识到化工生产过程中不同岗位之间的团结协作重要性，化工过程模拟风险评估教学案例见图5。

图5 化工过程模拟风险评估教学案例

2.3 课堂延伸法

课程教学与企业融合能够弥补化工过程模拟只停留在理论上的短板。以企业实际问题与工艺流程为导向，将课程内容进行重新整合，突出了教学过程的实践性、开放性和职业性。例如，山东新华生产解热镇痛药原料药某车间，存在一股含咖啡因的氯仿母液，导致咖啡因浪费严重，因此亟需开发一种咖啡因回收再利用的技术方案。通过校企合作的方式，学生以企业生产数据为依据，设计出咖啡因的氯仿汽提高效回收方案，经过试验验证后，再经过Aspen plus进行仿真模拟，得到其回收方案的各个设计参数，通过设计图纸、撰写可行性报告等为企业提供技术支持，从而培养学生的工程实践能力。

2.4 实训仿真法

以化工原理基础实验乙醇-水为例，采用一套与现场生产装置逼真的实习仿真教学系统如图6所示。

图6 现场装置与虚拟仿真教学系统虚实结合双向联动

图6实现了现场装置与虚拟仿真教学系统虚实结合双向联动，让学生不出校门就能了解实际生产装置，并能亲自动手进行反复操作，使学生既能对生产实际有一个很好的认识，又能亲自动手提高专业应用技能，将所学专业知识与实际生产紧密地结合在一起，使学生更全面、具体和深入地了解不同的生产单元[12]。

3 结语

从当前形势来看，进行教学体制改革是必然的，在校企合作背景下进行化工过程模拟教学，充分发挥企业和学校之间的共同优势。以深化产教融合为背景，强化实践教学，培养硕士研究生独立解决化工行业实际问题的能力。高校与企业共同制定具体的培养方案，将企业实际生产工艺和授课内容相融合，引导学生形成理论联系实践的思维方式。建立化工过程模拟的教学案例库，能够帮助学生分析和解决实际问题。能够训练学生解决复杂工程问题的能力，引导学生将专业知识和化工过程模拟技能相结合，从而解决实际存在的工程问题，真正提高教学效果，有利于培养化工领域的专业人才。

生活在高速发展的信息时代，需要的是有思想的创新型人才。单纯的教学模式已经无法满足要求，取而代之的是整合多方资源的多维教学模式。经过多年实践发展，伴随产教融合逐渐深入，逐步建立联合培养基地及科研平台，加强产学研用的良性循环。激发研究生对工程实践问题的思考进而提高其解决实际问题的能力，使课堂教授-软件操作-基地实践有机结合，培养出“创新型+应用型”的硕士研究生。