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国家级、省级教学成果奖获奖成果系列报道之七

来源:     编辑:    编辑:chen    发布时间:2020-06-18 22:44    点击数: Views

 

2019年广东省教育教学成果奖二等奖获奖项目

 

成果名称:“虚、实”有机融合的化工类专业实践教学人才培养模式的创新与实践

 

梁红,博士、教授、硕士生导师,2019年广东省教育教学成果奖二等奖获奖项目

《“虚、实”有机融合的化工类专业实践教学人才培养模式的创新与实践》成果主持人。2014年获广东省教学名师,2013-20172018-2022年教育部化工类专业教学引导委员会委员,2019-2023中国化工教育协会理事,2019-2023广东省化工与制药专业教学引导委员会副主任委员,《电镀与涂饰》中文科技核心期刊主编。从教33年,长期担任本科生《化学工艺学》、《化工专业实验》等课程的教学,主持国家“香料紫罗兰酮合成生产工艺虚拟仿真实验项目”虚拟仿真 “金课”、主持省级质量工程及教学改革项目10项,作为第一完成人获广东省教学成果二等奖2 项,发表教学论文10余篇,主编教材1部,参编1部。主要从事化工与环境相关的多相催化基础与应用研究,主持和参与国家自然科学基金项目5项、省市科技计划项目5项、企业委托项目2项。在Catalysis TodayAPL Materials等刊物上发表研究论文50余篇。

 

 

成果先容:

 

项目组从2009年承担“化工专业实验教学创新人才培养模式和方法的探索与实践”广东省教学改革项目开始,不断对实践教学在人才培养过程中的模式和方法持续研究,特别是针对本科专业实践教学在人才培养过程中的作用和有效性落实不足、虚拟仿真教学资源缺乏特色的现状,探索工程人才培养模式的创新,开展“虚、实”有机融合的解决路径,提出有效解决方法,取得了明显的成效。项目以“教育部高等学校化学化工实验教学示范中心”为依托,对标“卓越工程师教育培养计划”,在专业实践教学中,采用“虚、实”有机融合的教学新模式,开发以项目为主线贯穿专业教学全过程仿真实验项目,构建开放共享“二实一虚”专业实践教学平台,旨在提高本科生工程能力和创新思维。

一、项目研究的背景与引导思想

201647日首份《中国高等教育质量报告》指出,2015年我国在校生规模达3700万人,毛入学率40%,高于全球平均水平,位居世界第一;工学占比:大约中国33%,美国6%,我国是工程教育大国;瑞士洛桑世界经济论坛公布 “2012-2013全球竞争力报告”中“科学家和工程师的可用度”指标中,中国在2008年度参与55国家中位于48位,2013年排名第46位;可见我国可以称为工程教育大国,但不是工程教育强国,因此提高本科工程教育的质量迫在眉睫。实践教学是培养学生实践能力、工程能力,创新思维的有效途径,针对目前地方高校化工类专业实践教学在人才培养中面临的共性问题:专业实践教学在人才培养过程中的作用和有效性落实不足、虚拟仿真教学资源缺乏特色这两方面的问题,探索实践教学开展新模式,通过采用“虚、实”有机融合的解决路径,及开发特色虚拟仿真实验,丰富虚拟仿真资源,并应用于实践教学中,取得了明显的成效。

二、成果概况

1.整合优选虚拟资源,开发虚拟仿真国家级“金课”

根据专业急需实验教学内容,结合广东省实践教学基地-广州百花香料股份有限企业具有常识产权的生产工艺,自主开发《香料紫罗兰酮生产工艺虚拟仿真实验》,并获选2018国家虚拟仿真实验“金课”。该生产工艺包含精细化工生产过程中反应、分离、传质、传热等典型过程和设备,通过本虚拟仿真实验,学生可以对该生产中缩合、精馏、环化、二次精馏等过程直接操作;可三维动态观察分子键断裂、形成过程,加深对反应原理的认识;学生可自行设定不同物料加入量、温度、压力、反应时间、真空度等参数开展生产工艺运行,掌握不同参数对产品收率的影响规律,确定最佳工艺条件;完成开车-运行-停车过程后,App可对学生实验过程进行评价,自动生成实验报告,虚拟实验与生产过程高度契合,内容设计具有良好的互动性和启发性,该项目构建理论与实践高度融合的“现代企业情景式”教学环境,以实际工艺与三维虚拟仿真工艺虚实结合的实验教学模式,拓展教学深度和广度,在项目内容设计上具有良好的互动性和启发性,解决传统教学与工程能力培养的矛盾。通过自行开发、购置和共享基础化学虚拟仿真实验32项、专业虚拟仿真实验26项、实习虚拟仿真5项、化工设计App8个、分子模拟实验App5个,形成了较为完整的虚拟仿真资源库,通过建立与专业实践教学相配套系列虚拟仿真实验项目76个,有效地扩展了教学资源。

2.“虚、实”有机融合,补充、强化、拓展实践教学

根据人才培养计划将实践教学划分为“实验-实习-设计-创新实践”四个环节,教学中贯彻“能实不虚、以虚补实、虚实结合”的教学理念,针对不同教学内容,将“虚、实”有机融合到专业实践教学全过程。在实验环节,采用以“实”为主、以“虚”为辅,学生在实际进行实验室操作前,通过虚拟仿真实验进行课前预习与课后的复习,加深对实验项目的认识,通过虚拟仿真在分子尺度化学键断裂与生成的三维动态模拟,让学生更好理解微观的反应过程,加深对反应原理的认识;在专业实验中,虚拟仿真实验可以对化学工程领域涉及的“三传一反”中单元操作及反应过程进行多尺度三维模拟仿真,进一步巩固、加深学生对实验项目的理解,强化实验课程的理论基础及工程思维,达到实验效果通过虚拟来互补。在实习环节,虚拟仿真可身临其境地进行安全生产的培训,事故发生后的应急处理及人员急救的演练;学生可以通过自行设定和优化原料配比、温度、压力等参数,对化工生产工艺进行仿真操作;开展研讨式教学并对学生实习过程效果给予客观评价;强化学生的基本工程训练以及对化工企业生产、管理架构的全局认识,培养学生的工程能力,解决学生对工业化设备操作能力不足的问题,达到实习效果通过虚拟来强化;在设计环节,借助Aspen plusAspen HYSYSCADworxKgtowerPveliteSoildWorksApp和数据资源,辅助确定化工生产中工艺技术路线和流程,进行物料衡算、热量衡算、设备计算、设备选型、车间布置与工厂选址等工作;将学生的设计以3D的效果呈现出来;通过虚拟辅助设计,可测试和对比多条设计路线的效果,形成目标化工产品生产的全流程可视三维动画;提高学生的综合设计能力,强化学生工程素质,达到设计能力通过虚拟来拓展。创新实践中通过将分子模拟仿真、化工工艺仿真、化工设计仿真运用于本科生的创新实验项目、创业训练项目、产学研项目、专业竞赛(化工实验、化工安全、化工设计大赛等)、科技竞赛(挑战杯等)中,结合多种仿真手段实现对创新实践项目的提升,提高学生解决复杂工程问题的能力,激发学生的创新潜能。在巩固、加强实际教学的同时,通过虚拟仿真,实现学生学习时间和空间的有效延伸,对实际教学起到补充、强化、拓展作用,有效落实实践教学在人才培养过程中的作用。

    3.搭建开放共享的“二实一虚”实践教学平台

www.ju111.net-九州ju111手机登录国家高校化学化工实验教学示范中心、省节能环保精细化学品工程中心、省塑料助剂工程中心等国家、省、市、校、院10个教学科研平台为基础,搭建校内实践教学平台;以广州市百花香料股份有限企业省级实践教学基地,及市、校、院级共28家企业组成的基地群搭建校外实践教学平台;以省大学城实验教学资源共享平台、省电子电工虚拟仿真中心、学院虚拟仿真中心、东方仿真企业虚拟仿真平台等搭建虚拟仿真实践教学平台,构成“二实一虚”实践教学支撑平台。在开放共享的理念下,建立以学生为中心,全开放的实验室管理体制,实现专业实验室开放不限时间(工作日、节假日)、不限对象(涉及校内外)、不限形式(包括场地、设备、人员)、不限内容(涵盖专业实验、学生承担的研究课题、各种竞赛等)的实验室全开放条件保障机制。通过教学与科研相结合、课内与课外相结合,为学生实验、实习、设计、创新实践等形式多样、内容丰富、虚实结合的实践教学活动提供保障,为提高学生解决复杂工程问题的能力,激发创新潜能起到良好的支撑作用。

“虚、实””有机融合的实践教学人才培养模式实施图

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