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國家級、省級教學成果獎獲獎成果系列報道之七

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

 

2019年广东省教育教學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養模式的创新与实践

 

梁紅,博士、教授、碩士生導師,2019年广东省教育教學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養模式的创新与实践》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,《電鍍與塗飾》中文科技核心期刊主編。從教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項,作爲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年承担“化工专业实验教学创新人才培養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養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養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,探索工程人才培養模式的创新,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、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%,我国是工程教育大国;瑞士洛桑世界经济论坛公布 “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養中面临的共性问题:专业实践教学在人才培養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産權的生産工藝,自主開發《香料紫羅蘭酮生産工藝虛擬仿真實驗》,並獲選2018國家虛擬仿真實驗“金課”。該生産工藝包含精細化工生産過程中反應、分離、傳質、傳熱等典型過程和設備,通過本虛擬仿真實驗,學生可以對該生産中縮合、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産工藝運行,掌握不同參數對産品收率的影響規律,確定最佳工藝條件;完成開車-運行-停車過程後,軟件可對學生實驗過程進行評價,自動生成實驗報告,虛擬實驗與生産過程高度契合,內容設計具有良好的互動性和啓發性,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啓發性,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,形成了較爲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

根据人才培養计划将实践教学划分为“实验-實習-設計-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。在實習环节,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實習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,达到實習效果通过虚拟来强化;在設計环节,借助Aspen plusAspen HYSYSCADworxKgtowerPveliteSoildWorks软件和数据资源,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;将学生的設計以3D的效果呈现出来;通过虚拟辅助設計,可测试和对比多条設計路线的效果,形成目标化工产品生产的全流程可视三维动画;提高学生的综合設計能力,强化学生工程素质,达到設計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、化工設計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、化工設計大赛等)、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養过程中的作用。

    3.搭建開放共享的“二實一虛”實踐教學平台

以廣州大學國家高校化學化工實驗教學示範中心、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個教學科研平台爲基礎,搭建校內實踐教學平台;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、實習、設計、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養模式实施图

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