基于工程教育专业认证的化工专业实践教学研究

荣俊锋，武成利，张晔，李伏虎，吴姗姗，王金明，陈明功，刘铭

（安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001）

我国开展工程教育专业认证是为了完善中国工程教育的质量监控体系，推动高校工程教育改革，提高工程教育质量[1]。专业认证既是过程，又是结论。作为过程，它对专业的教育质量进行评估，并促使专业不断提高教育质量；作为结论，它向公众提供专业教育质量的权威判断，引导并促进高校学科专业的教学改革、建设和管理[2]。

安徽理工大学化学工程与工艺专业以安徽省现代煤化加工技术研究院、安徽省煤炭资源综合利用工程技术研究中心为依托，以工程教育专业认证为契机，不断完善专业实践教学，积极探索工程人才培养新途径[3-4]。

1 专业认证对实践环节的要求

1.1 注重学生工程实践能力提升

化学工程与工艺专业工程特色显著，教学目标是使学生通过对化学反应、化工单元操作、化工过程与设备、工艺过程系统模拟优化等知识的学习，具备化工相关工艺过程的设计、优化与管理能力。专业认证要求毕业生应具有解决复杂工程问题的能力，能够针对煤化工、石油化工、精细化工、天然气化工、环境化工以及能源化工等领域的复杂工程问题提出解决方案，设计满足需求的单元装置及工艺流程，且设计环节中体现创新意识，同时考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。

按照《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020 年）》要求，本着教育必须与生产实践相结合的宗旨[5]，结合安徽省经济社会发展实际，我校以“立足安徽，服务地方”致力于煤炭城市全面转型，注重校企联合培养学生，促进教学、科研、生产三结合，全力打造“安徽省卓越工程师计划”专业和“安徽省综合改革试点”专业。

经过30 多年的发展，安徽理工大学化学工程与工艺专业实践教学环节除设有化工专业必须开设的化工热力学、化学反应工程、化工原理等相关专业实验外，还形成了煤化工领域特色实验项目。这些特色实验拓展了煤化工方面专业技术知识，注重培养学生掌握现代煤化工方面的新标准、新理论及生产企业加工技术的发展趋势，着重强调安全、环保意识以及宽阔、前瞻性的专业视野。

1.2 注重学生创新思维培养

我校广泛动员学生积极申报“大学生创新创业训练计划项目”，参与老师科研项目。积极鼓励引导学生参加“化工设计大赛”“挑战杯”“大学生节能减排竞赛”等各类比赛。同时，邀请校内外专家、学者开设学术专题与讲座，对大学生科学研究、创新实验和学科竞赛等进行系统培训。将学生创新意识、创新能力培养贯穿到整个培养过程中，使学生具备对相关科学问题总结、判断的能力，并能根据相关专业知识和科学思维方法，用科学的态度来处理和解决问题。

1.3 强化学生全球化专业视野和思维

工程教育专业认证以应用型人才为培养目标，倡导“厚基础、宽口径、强实践、重创新”，强化专业教育，突出专业性、应用性。我校化学工程与工艺专业培养目标定位为：培养具有人文社会科学素养和扎实的数理化基础知识，掌握化工生产过程和设备的基本原理、设计方法和管理知识，并能在煤化工、石油化工、能源、环保、材料、医药和轻工等相关行业从事化工生产技术管理、科学研究、工程设计、生产运行、技术开发和产品营销等工作，具有国际视野和团队精神、求实创新能力和工程实践能力的应用型工程技术人才。

2 构建化工专业实践教学体系

实践教学体系打破了传统教学的局限性，让学生能真正动手操作，提高学习趣味性，化被动为主动，提高学生发现、分析、解决问题的本领，有利于学生掌握理论知识，构建基础知识框架，加深理解，培养学生素质能力、逻辑思维、想象力和创造力等[6]。在化工类专业方面，学生的创新实践动手能力是评定工科学生工程应用能力的一个重要指标。实践教学环节重在培养综合素质人才，我校化工专业实践教学分为四大模块：实验、实习、实训、设计[7]，如图1 所示。学生通过实践教学活动，提高创新能力、工程实践能力、工程设计能力。以学生为中心，以实践为前提，基于专业基础知识和专业知识，努力培养学生工程实践能力，知识深度融合综合利用能力，启发学生积极思考，锻炼创新、创造思维。打造胜任新工艺开发设计、产品研究、具备一定科研实践素质的工程实用性高技术人才。本专业实践教学以解决化工、煤化工、石油化工、能源、环保、材料、医药和轻工等领域的复杂工程问题为目标，构建了独特的实践教学体系。

图1 化工专业实践教学体系

2.1 实验环节

采取基础实验、专业基础实验、专业实验三层次实验教学体系。基础实验注重学生的基本实验技能的培养及主要仪器设备使用方法的训练；专业基础实验注重培养学生综合运用所学理论知识解决问题的能力；专业实验注重研究性，锻炼学生发现、解决问题的能力，使其掌握科学研究的一般程序和方法，培养其协作、科学研究的综合素养。目前，安徽理工大学化学工程学院正努力构建“能力核心、行业结合、项目驱动”的化工实验课程教学体系，对实验新模式的探索与实践进行不断尝试[8]。

2.2 实习环节

金工实习在学校工程实训中心完成，使学生了解机械加工生产过程，培养学生的工程意识、动手能力、创新精神，提高综合素质，拓宽知识视野，使学生养成热爱劳动和理论联系实际的工作作风。认识实习主要采取工厂参观形式进行，加强学生对专业的了解，理解化工企业的生产全过程，系统了解企业的工艺流程、厂房规模、各化工单元设备与装置的原理与操作等。生产实习和毕业实习主要集中在中石化南京分公司、中石化安庆分公司、上海宝钢集团等校外实习基地完成。通过校企联合，将学生选派到一线岗位，熟悉化工生产、组织管理及设备操作方法，进行现场操作，培养其工程设计能力及一定的科研创新能力。各个实习过程中贯穿安全、环保及可持续发展意识，注重学生能力培养及素质培养。

2.3 实训环节

虚拟仿真实验和实物仿真实践在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。安徽理工大学化学工程学院化学化工实验教学中心于2014 年筹建，2015年建成化工仿真实训室，又在2019 年对仿真实训室进行全面升级。目前该中心拥有煤制甲醇生产工艺仿真、乙酸乙酯生产工艺3D 虚拟现实仿真、Aspen Plus 通用流程模拟等仿真软件。仿真模型室拥有甲醇制烯烃模拟实训装置和醋酸生产模拟实训装置，同时拥有乙酸乙酯生产及水解半实物仿真实践平台，能实现三位一体实训教学，即仿真软件—仿真模型—半实物仿真实践平台。仿真软件可以使学生在图文并茂的DCS 画面上尝试不同的工艺流程操作，通过改变操作参数，寻求最佳工艺路线和工艺条件。仿真模型可以使学生对整体工艺有更直观、系统、全面的理解，克服认识实习只能看到工艺过程局部的弊端。半实物仿真实践平台可以让学生亲身试车操作，培养其严谨认真的职业素养[8]。

2.4 设计环节

课程设计主要使学生熟悉单元设备如换热器、精馏塔、吸收塔等设计方法，不同化工设备设计计算及选型，化工工艺设计、化工设备的车间布置、公用工程、过程控制等。毕业设计采用“选题—查阅文献资料—确定设计方案—设计计算及方案实施—分析总结—设计图纸及设计报告—答辩—教师点评—评分、评等级”的流程。注重培养学生综合运用所学理论知识、专业知识来解决实践问题，全面提高毕业生素质及创新能力。通过毕业设计，学生能综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练，积极探索毕业设计、毕业论文和研究报告等多种形式的毕业设计改革方案[9]。

3 基于工程教育专业认证的化工专业实践教学改革

基于工程教育认证的三项理念，我院对化学工程与工艺专业的实践教学体系改革进行了探索研究。“以学生为中心”是目的；“以成果为导向”是方向；“持续改进质量”是核心，从而达到我国工程教育质量与国际实质等效，培养的学生得到国际认可，最终实现工程教育的目的[10]。

3.1 以学生为中心，不断强化实验室安全教育

树立风险防范意识，实验室安全检查常态化，学院每月有一次常态化实验室安全大检查。各专业实验室每周五下午有一次例行实验室安全检查。另外，专业实验开始之前要对全体学生进行安全培训。毕业论文（设计）期间加强实验室安全巡查力度，重点检查危险化学品领用、使用等环节，实验室用气、用水、用电安全，以及危险实验通风状况等。对实验室存在的一些安全隐患定期排查，及时上报，及时解决。开展形式多样的安全知识技能培训。建立实验室准入制度。

3.2 以成果为导向，注重创新能力培养

树立成果导向的教育理念，是工程教育改革的正确方向，也是实践教学改革的行动指南。依托教学与科研互动，将技术先进、工程特色鲜明的科研项目及时引入实践教学环节，丰富专业实验内涵，为开展探索性、研究性专业实验教学奠定基础。积极推进“自主性、研究性、探究式、合作式”教学模式，激发学生潜能。不断更新实验手段，推动科学技术创新，促进能力培养。

3.3 以持续质量改进为目标，建立切实可行的持续改进机制

持续质量改进在工程教育认证中具有核心地位，是衡量一个专业能否培养社会发展需要工程技术人才的重要因素。工程教育认证要求建立一种有效的持续改进机制，从而能够持续改进培养目标，保障其与社会发展需求相符合；持续改进毕业要求，保障其与培养目标相符合；持续改进教学活动，保障其与毕业要求相符合。建立持久的实践环节评价机制，师师之间互评，学生评价教师，通过纵向、横向之间的反复对比，不断优化每一个实践教学环节，力争每一环节都做到极致。结合最新科研动态，有计划地完善、更新每一专业实践环节。

3.4 建立并完善虚拟仿真与实物仿真实践教学基地，强化工程实践的专业特色

化工属于高危行业，学生到工厂实习实训较困难，而且效果不理想，实践教学质量受到影响。尤其是近几年，招生数量的增加为相关单位接收学生实习带来了很大的压力[11-12]。虚拟仿真实验和实物仿真实践在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用。

我校于2016年提出了基于化工产业链实物仿真工程实践平台建设规划——乙酸乙酯生产及水解实物仿真工程实践平台（该工艺平台涵盖多种化工操作单元，整套系统包含釜式反应、酯化反应、过滤分离、中和反应、萃取精馏、传热、流体输送等），注重学生动手能力和再创造能力的提升。工程化布局设计，动、静设备合理分区布置。基于现场触摸化集成控制和远程监控操作控制，具有数据云存储功能。基于3D技术，具备完整的实物操作流程，实现自主化学习、评测效果。既可满足酯化反应乙酸乙酯间歇生产、教学使用，又可满足催化水解乙酸乙酯间歇生产、教学使用。整个实践平台原料循环使用，废物排放少，对高等院校的实训教学具有重要意义。图2 为乙酸乙酯生产及水解实物仿真工程实践平台。

图2 乙酸乙酯生产及水解实物仿真工程实践平台

工程教育专业认证以学生为中心，以学生的要求及培养目标为主，用目标来衡量和推进教育教学工作。根据我校化学工程与工艺专业的培养目标，围绕化学工程与工艺专业的工程教育专业认证要求，本专业在继承原有煤化工专业特色的基础上，强化工程实践能力培养，拓展学生的国际化视野，促进学生创新创业能力的提高，从而进一步提升学生的综合素质。近几年，实践教学改革取得了良好的效果[13-15]。

化工仿真课程大大激发了学生的学习兴趣，学生可以在图文并茂的DCS画面上尝试不同的工艺流程操作，任意改变操作参数，以寻求最佳工艺路线和工艺条件。为了达到较好的仿真效果，学生可由基本的化工单元操作开始，经化工过程稳态模拟、化工过程动态模拟、化工过程先进控制，最后进行化工过程实时优化模拟。虚拟仿真实验教学中心根据化学工程与工艺专业特点和人才能力培养需求，构建了完整的虚拟仿真实验教学体系，与真实实验教学资源相互结合，相互补充。基于虚拟现实技术，学生和老师可以在高度仿真虚拟场景中进行学习、授课、考核等，从而进一步拓展了实验教学资源，完善了实验教学体系。该虚拟仿真实验教学中心涵盖煤化工、精细化工产业链。

与其他实验室一样，化工仿真实验室实行开放式管理。实验室对学生的开放可以通过下列方式进行：①学生可参与基础实验、设计性实验、研究性实验等；②学生可参加教师科研课题；③学生可自立科研创新课题；④学生可自行组织课外兴趣小组,进行自主学习锻炼等。从预习到复习，从课内到课外，可满足不同层次学生的需要，必要时可配备一定数量的指导教师和实验技术人员参与，真正做到因材施教。

4 结束语

我国正处于经济发展模式转变和提升关键时期，对工程技术人才知识能力提出了更高要求。加强专业实践教学，是实现人才培养目标的内在要求，工程教育必须转换思路，提高认识，注重培养学生实践能力、创新思维和解决工程实际问题的能力。以“工程教育专业认证”为契机，深入对专业实践教学进行改革，建立完善专业实践教学体系，优化实践教学资源配置，加大实践教学和师资队伍建设投入，最终全面提高该专业实践教学质量，培养符合社会需求的优秀工程技术人才[16]。安徽理工大学化学工程与工艺专业正以工程教育专业认证为契机，进一步加强专业实践教学环节建设，深化实践教学改革，不断推动实践教学环节教学水平和质量，不断健全和完善专业教育体系，稳步、协调推进专业实践教学建设[17-18]。