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                國家級、省級教學成果獎獲獎成果系列報道之七

                來源:     作者:    編輯:chen    發布時間:2020-06-18 22:44    點擊數: Views

                 

                2019年廣東省教育教學成果獎二等獎獲獎項目

                 

                成果名稱:“虛、實”有機融合的化工類專業實踐教學人才培養模式的創新與實踐

                 

                梁紅,博士、教授、碩士生導師,2019年廣東省教育教學成果獎二等獎獲獎項目

                《“虛、實”有機融合的化工類專業實踐教學人才培養模式的創新與實踐》成果主持人。2014年獲廣東省教學名師,2013-20172018-2022年教育部化工類專業教學指導委員會委員,2019-2023中國化工教育協會理事,2019-2023廣東省化工與制藥專業教學指導委員會副主任委員,《電鍍與涂飾》中文科技核心期刊主編。從教33年,長期擔任本科生《化學工藝學》、《化工專業實驗》等課程的教學,主持國家“香料紫羅蘭酮合成生產工藝虛擬仿真實驗項目”虛擬仿真 “金課”、主持省級質量工程及教學改革項目10項,作為第一完成人獲廣東省教學成果二等獎2 項,發表教學論文10余篇,主編教材1部,參編1部。主要從事化工與環境相關的多相催化基礎與應用研究,主持和參與國家自然科學基金項目5項、省市科技計劃項目5項、企業委托項目2項。在Catalysis TodayAPL Materials等刊物上發表研究論文50余篇。

                 

                 

                成果介紹:

                 

                項目組從2009年承擔“化工專業實驗教學創新人才培養模式和方法的探索與實踐”廣東省教學改革項目開始,不斷對實踐教學在人才培養過程中的模式和方法持續研究,特別是針對本科專業實踐教學在人才培養過程中的作用和有效性落實不足、虛擬仿真教學資源缺乏特色的現狀,探索工程人才培養模式的創新,開展“虛、實”有機融合的解決路徑,提出有效解決方法,取得了明顯的成效。項目以“教育部高等學校化學化工實驗教學示范中心”為依托,對標“卓越工程師教育培養計劃”,在專業實踐教學中,采用“虛、實”有機融合的教學新模式,開發以項目為主線貫穿專業教學全過程仿真實驗項目,構建開放共享“二實一虛”專業實踐教學平臺,旨在提高本科生工程能力和創新思維。

                一、項目研究的背景與指導思想

                201647日首份《中國高等教育質量報告》指出,2015年我國在校生規模達3700萬人,毛入學率40%,高于全球平均水平,位居世界第一;工學占比:大約中國33%,美國6%,我國是工程教育大國;瑞士洛桑世界經濟論壇公布 “2012-2013全球競爭力報告”中“科學家和工程師的可用度”指標中,中國在2008年度參與55國家中位于48位,2013年排名第46位;可見我國可以稱為工程教育大國,但不是工程教育強國,因此提高本科工程教育的質量迫在眉睫。實踐教學是培養學生實踐能力、工程能力,創新思維的有效途徑,針對目前地方高校化工類專業實踐教學在人才培養中面臨的共性問題:專業實踐教學在人才培養過程中的作用和有效性落實不足、虛擬仿真教學資源缺乏特色這兩方面的問題,探索實踐教學開展新模式,通過采用“虛、實”有機融合的解決路徑,及開發特色虛擬仿真實驗,豐富虛擬仿真資源,并應用于實踐教學中,取得了明顯的成效。

                二、成果簡介

                1.整合優選虛擬資源,開發虛擬仿真國家級“金課”

                根據專業急需實驗教學內容,結合廣東省實踐教學基地-廣州百花香料股份有限公司具有知識產權的生產工藝,自主開發《香料紫羅蘭酮生產工藝虛擬仿真實驗》,并獲選2018國家虛擬仿真實驗“金課”。該生產工藝包含精細化工生產過程中反應、分離、傳質、傳熱等典型過程和設備,通過本虛擬仿真實驗,學生可以對該生產中縮合、精餾、環化、二次精餾等過程直接操作;可三維動態觀察分子鍵斷裂、形成過程,加深對反應原理的認識;學生可自行設定不同物料加入量、溫度、壓力、反應時間、真空度等參數開展生產工藝運行,掌握不同參數對產品收率的影響規律,確定最佳工藝條件;完成開車-運行-停車過程后,軟件可對學生實驗過程進行評價,自動生成實驗報告,虛擬實驗與生產過程高度契合,內容設計具有良好的互動性和啟發性,該項目構建理論與實踐高度融合的“現代企業情景式”教學環境,以實際工藝與三維虛擬仿真工藝虛實結合的實驗教學模式,拓展教學深度和廣度,在項目內容設計上具有良好的互動性和啟發性,解決傳統教學與工程能力培養的矛盾。通過自行開發、購置和共享基礎化學虛擬仿真實驗32項、專業虛擬仿真實驗26項、實習虛擬仿真5項、化工設計軟件8個、分子模擬實驗軟件5個,形成了較為完整的虛擬仿真資源庫,通過建立與專業實踐教學相配套系列虛擬仿真實驗項目76個,有效地擴展了教學資源。

                2.“虛、實”有機融合,補充、強化、拓展實踐教學

                根據人才培養計劃將實踐教學劃分為“實驗-實習-設計-創新實踐”四個環節,教學中貫徹“能實不虛、以虛補實、虛實結合”的教學理念,針對不同教學內容,將“虛、實”有機融合到專業實踐教學全過程。在實驗環節,采用以“實”為主、以“虛”為輔,學生在實際進行實驗室操作前,通過虛擬仿真實驗進行課前預習與課后的復習,加深對實驗項目的認識,通過虛擬仿真在分子尺度化學鍵斷裂與生成的三維動態模擬,讓學生更好理解微觀的反應過程,加深對反應原理的認識;在專業實驗中,虛擬仿真實驗可以對化學工程領域涉及的“三傳一反”中單元操作及反應過程進行多尺度三維模擬仿真,進一步鞏固、加深學生對實驗項目的理解,強化實驗課程的理論基礎及工程思維,達到實驗效果通過虛擬來互補。在實習環節,虛擬仿真可身臨其境地進行安全生產的培訓,事故發生后的應急處理及人員急救的演練;學生可以通過自行設定和優化原料配比、溫度、壓力等參數,對化工生產工藝進行仿真操作;開展研討式教學并對學生實習過程效果給予客觀評價;強化學生的基本工程訓練以及對化工企業生產、管理架構的全局認識,培養學生的工程能力,解決學生對工業化設備操作能力不足的問題,達到實習效果通過虛擬來強化;在設計環節,借助Aspen plusAspen HYSYSCADworxKgtowerPveliteSoildWorks軟件和數據資源,輔助確定化工生產中工藝技術路線和流程,進行物料衡算、熱量衡算、設備計算、設備選型、車間布置與工廠選址等工作;將學生的設計以3D的效果呈現出來;通過虛擬輔助設計,可測試和對比多條設計路線的效果,形成目標化工產品生產的全流程可視三維動畫;提高學生的綜合設計能力,強化學生工程素質,達到設計能力通過虛擬來拓展。創新實踐中通過將分子模擬仿真、化工工藝仿真、化工設計仿真運用于本科生的創新實驗項目、創業訓練項目、產學研項目、專業競賽(化工實驗、化工安全、化工設計大賽等)、科技競賽(挑戰杯等)中,結合多種仿真手段實現對創新實踐項目的提升,提高學生解決復雜工程問題的能力,激發學生的創新潛能。在鞏固、加強實際教學的同時,通過虛擬仿真,實現學生學習時間和空間的有效延伸,對實際教學起到補充、強化、拓展作用,有效落實實踐教學在人才培養過程中的作用。

                    3.搭建開放共享的“二實一虛”實踐教學平臺

                以廣州大學國家高校化學化工實驗教學示范中心、省節能環保精細化學品工程中心、省塑料助劑工程中心等國家、省、市、校、院10個教學科研平臺為基礎,搭建校內實踐教學平臺;以廣州市百花香料股份有限公司省級實踐教學基地,及市、校、院級共28家企業組成的基地群搭建校外實踐教學平臺;以省大學城實驗教學資源共享平臺、省電子電工虛擬仿真中心、學院虛擬仿真中心、東方仿真企業虛擬仿真平臺等搭建虛擬仿真實踐教學平臺,構成“二實一虛”實踐教學支撐平臺。在開放共享的理念下,建立以學生為中心,全開放的實驗室管理體制,實現專業實驗室開放不限時間(工作日、節假日)、不限對象(涉及校內外)、不限形式(包括場地、設備、人員)、不限內容(涵蓋專業實驗、學生承擔的研究課題、各種競賽等)的實驗室全開放條件保障機制。通過教學與科研相結合、課內與課外相結合,為學生實驗、實習、設計、創新實踐等形式多樣、內容豐富、虛實結合的實踐教學活動提供保障,為提高學生解決復雜工程問題的能力,激發創新潛能起到良好的支撐作用。

                “虛、實””有機融合的實踐教學人才培養模式實施圖

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