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2019年廣東省教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目

成果名稱：“虛、實(shí)”有機(jī)融合的化工類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐

梁紅，博士、教授、碩士生導(dǎo)師，2019年廣東省教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目

《“虛、實(shí)”有機(jī)融合的化工類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐》成果主持人。2014年獲廣東省教學(xué)名師，2013-2017、2018-2022年教育部化工類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員，2019-2023中國(guó)化工教育協(xié)會(huì)理事，2019-2023廣東省化工與制藥專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)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(zhǎng)期擔(dān)任本科生《化學(xué)工藝學(xué)》、《化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》等課程的教學(xué)，主持國(guó)家“香料紫羅蘭酮合成生產(chǎn)工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”虛擬仿真 “金課”、主持省級(jí)質(zhì)量工程及教學(xué)改革項(xiàng)目10項(xiàng)，作為第一完成人獲廣東省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)2 項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)論文10余篇，主編教材1部，參編1部。主要從事化工與環(huán)境相關(guān)的多相催化基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)、省市科技計(jì)劃項(xiàng)目5項(xiàng)、企業(yè)委托項(xiàng)目2項(xiàng)。在Catalysis Today、APL Materials等刊物上發(fā)表研究論文50余篇。

成果介紹：

項(xiàng)目組從2009年承擔(dān)“化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和方法的探索與實(shí)踐”廣東省教學(xué)改革項(xiàng)目開始，不斷對(duì)實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)過(guò)程中的模式和方法持續(xù)研究，特別是針對(duì)本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)過(guò)程中的作用和有效性落實(shí)不足、虛擬仿真教學(xué)資源缺乏特色的現(xiàn)狀，探索工程人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，開展“虛、實(shí)”有機(jī)融合的解決路徑，提出有效解決方法，取得了明顯的成效。項(xiàng)目以“教育部高等學(xué)校化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”為依托，對(duì)標(biāo)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，在專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，采用“虛、實(shí)”有機(jī)融合的教學(xué)新模式，開發(fā)以項(xiàng)目為主線貫穿專業(yè)教學(xué)全過(guò)程仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建開放共享“二實(shí)一虛”專業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，旨在提高本科生工程能力和創(chuàng)新思維。

一、項(xiàng)目研究的背景與指導(dǎo)思想

2016年4月7日首份《中國(guó)高等教育質(zhì)量報(bào)告》指出，2015年我國(guó)在校生規(guī)模達(dá)3700萬(wàn)人，毛入學(xué)率40%，高于全球平均水平，位居世界第一；工學(xué)占比：大約中國(guó)33%，美國(guó)6%，我國(guó)是工程教育大國(guó)；瑞士洛桑世界經(jīng)濟(jì)論壇公布 “2012-2013全球競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告”中“科學(xué)家和工程師的可用度”指標(biāo)中，中國(guó)在2008年度參與55國(guó)家中位于48位，2013年排名第46位；可見我國(guó)可以稱為工程教育大國(guó)，但不是工程教育強(qiáng)國(guó)，因此提高本科工程教育的質(zhì)量迫在眉睫。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、工程能力，創(chuàng)新思維的有效途徑，針對(duì)目前地方高?；ゎ悓I(yè)實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中面臨的共性問(wèn)題：專業(yè)實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)過(guò)程中的作用和有效性落實(shí)不足、虛擬仿真教學(xué)資源缺乏特色這兩方面的問(wèn)題，探索實(shí)踐教學(xué)開展新模式，通過(guò)采用“虛、實(shí)”有機(jī)融合的解決路徑，及開發(fā)特色虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，豐富虛擬仿真資源，并應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)中，取得了明顯的成效。

二、成果簡(jiǎn)介

1.整合優(yōu)選虛擬資源，開發(fā)虛擬仿真國(guó)家級(jí)“金課”

根據(jù)專業(yè)急需實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合廣東省實(shí)踐教學(xué)基地-廣州百花香料股份有限公司具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝，自主開發(fā)《香料紫羅蘭酮生產(chǎn)工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》，并獲選2018國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“金課”。該生產(chǎn)工藝包含精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)、分離、傳質(zhì)、傳熱等典型過(guò)程和設(shè)備，通過(guò)本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以對(duì)該生產(chǎn)中縮合、精餾、環(huán)化、二次精餾等過(guò)程直接操作；可三維動(dòng)態(tài)觀察分子鍵斷裂、形成過(guò)程，加深對(duì)反應(yīng)原理的認(rèn)識(shí)；學(xué)生可自行設(shè)定不同物料加入量、溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間、真空度等參數(shù)開展生產(chǎn)工藝運(yùn)行，掌握不同參數(shù)對(duì)產(chǎn)品收率的影響規(guī)律，確定最佳工藝條件；完成開車-運(yùn)行-停車過(guò)程后，軟件可對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，虛擬實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)過(guò)程高度契合，內(nèi)容設(shè)計(jì)具有良好的互動(dòng)性和啟發(fā)性，該項(xiàng)目構(gòu)建理論與實(shí)踐高度融合的“現(xiàn)代企業(yè)情景式”教學(xué)環(huán)境，以實(shí)際工藝與三維虛擬仿真工藝虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，拓展教學(xué)深度和廣度，在項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)上具有良好的互動(dòng)性和啟發(fā)性，解決傳統(tǒng)教學(xué)與工程能力培養(yǎng)的矛盾。通過(guò)自行開發(fā)、購(gòu)置和共享基礎(chǔ)化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)32項(xiàng)、專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)26項(xiàng)、實(shí)習(xí)虛擬仿真5項(xiàng)、化工設(shè)計(jì)軟件8個(gè)、分子模擬實(shí)驗(yàn)軟件5個(gè)，形成了較為完整的虛擬仿真資源庫(kù)，通過(guò)建立與專業(yè)實(shí)踐教學(xué)相配套系列虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目76個(gè)，有效地?cái)U(kuò)展了教學(xué)資源。

2.“虛、實(shí)”有機(jī)融合，補(bǔ)充、強(qiáng)化、拓展實(shí)踐教學(xué)

根據(jù)人才培養(yǎng)計(jì)劃將實(shí)踐教學(xué)劃分為“實(shí)驗(yàn)-實(shí)習(xí)-設(shè)計(jì)-創(chuàng)新實(shí)踐”四個(gè)環(huán)節(jié)，教學(xué)中貫徹“能實(shí)不虛、以虛補(bǔ)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)理念，針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容，將“虛、實(shí)”有機(jī)融合到專業(yè)實(shí)踐教學(xué)全過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，采用以“實(shí)”為主、以“虛”為輔，學(xué)生在實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室操作前，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)與課后的復(fù)習(xí)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)，通過(guò)虛擬仿真在分子尺度化學(xué)鍵斷裂與生成的三維動(dòng)態(tài)模擬，讓學(xué)生更好理解微觀的反應(yīng)過(guò)程，加深對(duì)反應(yīng)原理的認(rèn)識(shí)；在專業(yè)實(shí)驗(yàn)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以對(duì)化學(xué)工程領(lǐng)域涉及的“三傳一反”中單元操作及反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行多尺度三維模擬仿真，進(jìn)一步鞏固、加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的理解，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課程的理論基礎(chǔ)及工程思維，達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果通過(guò)虛擬來(lái)互補(bǔ)。在實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，虛擬仿真可身臨其境地進(jìn)行安全生產(chǎn)的培訓(xùn)，事故發(fā)生后的應(yīng)急處理及人員急救的演練；學(xué)生可以通過(guò)自行設(shè)定和優(yōu)化原料配比、溫度、壓力等參數(shù)，對(duì)化工生產(chǎn)工藝進(jìn)行仿真操作；開展研討式教學(xué)并對(duì)學(xué)生實(shí)習(xí)過(guò)程效果給予客觀評(píng)價(jià)；強(qiáng)化學(xué)生的基本工程訓(xùn)練以及對(duì)化工企業(yè)生產(chǎn)、管理架構(gòu)的全局認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，解決學(xué)生對(duì)工業(yè)化設(shè)備操作能力不足的問(wèn)題，達(dá)到實(shí)習(xí)效果通過(guò)虛擬來(lái)強(qiáng)化；在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，借助Aspen plus、Aspen HYSYS、CADworx、Kgtower、Pvelite、SoildWorks軟件和數(shù)據(jù)資源，輔助確定化工生產(chǎn)中工藝技術(shù)路線和流程，進(jìn)行物料衡算、熱量衡算、設(shè)備計(jì)算、設(shè)備選型、車間布置與工廠選址等工作；將學(xué)生的設(shè)計(jì)以3D的效果呈現(xiàn)出來(lái)；通過(guò)虛擬輔助設(shè)計(jì)，可測(cè)試和對(duì)比多條設(shè)計(jì)路線的效果，形成目標(biāo)化工產(chǎn)品生產(chǎn)的全流程可視三維動(dòng)畫；提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，強(qiáng)化學(xué)生工程素質(zhì)，達(dá)到設(shè)計(jì)能力通過(guò)虛擬來(lái)拓展。創(chuàng)新實(shí)踐中通過(guò)將分子模擬仿真、化工工藝仿真、化工設(shè)計(jì)仿真運(yùn)用于本科生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目、專業(yè)競(jìng)賽（化工實(shí)驗(yàn)、化工安全、化工設(shè)計(jì)大賽等）、科技競(jìng)賽（挑戰(zhàn)杯等）中，結(jié)合多種仿真手段實(shí)現(xiàn)對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的提升，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。在鞏固、加強(qiáng)實(shí)際教學(xué)的同時(shí)，通過(guò)虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間和空間的有效延伸，對(duì)實(shí)際教學(xué)起到補(bǔ)充、強(qiáng)化、拓展作用，有效落實(shí)實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)過(guò)程中的作用。

    3.搭建開放共享的“二實(shí)一虛”實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

以廣州大學(xué)國(guó)家高校化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、省節(jié)能環(huán)保精細(xì)化學(xué)品工程中心、省塑料助劑工程中心等國(guó)家、省、市、校、院10個(gè)教學(xué)科研平臺(tái)為基礎(chǔ)，搭建校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)；以廣州市百花香料股份有限公司省級(jí)實(shí)踐教學(xué)基地，及市、校、院級(jí)共28家企業(yè)組成的基地群搭建校外實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)；以省大學(xué)城實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享平臺(tái)、省電子電工虛擬仿真中心、學(xué)院虛擬仿真中心、東方仿真企業(yè)虛擬仿真平臺(tái)等搭建虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，構(gòu)成“二實(shí)一虛”實(shí)踐教學(xué)支撐平臺(tái)。在開放共享的理念下，建立以學(xué)生為中心，全開放的實(shí)驗(yàn)室管理體制，實(shí)現(xiàn)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室開放不限時(shí)間（工作日、節(jié)假日）、不限對(duì)象（涉及校內(nèi)外）、不限形式（包括場(chǎng)地、設(shè)備、人員）、不限內(nèi)容（涵蓋專業(yè)實(shí)驗(yàn)、學(xué)生承擔(dān)的研究課題、各種競(jìng)賽等）的實(shí)驗(yàn)室全開放條件保障機(jī)制。通過(guò)教學(xué)與科研相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)踐等形式多樣、內(nèi)容豐富、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)提供保障，為提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，激發(fā)創(chuàng)新潛能起到良好的支撐作用。

“虛、實(shí)””有機(jī)融合的實(shí)踐教學(xué)人才培養(yǎng)模式實(shí)施圖