虚实结合的煤化工专业生产实习的教学改革与实践*

孙 章，谢全安，陈红萍，孙晓然

(华北理工大学化学工程学院，河北 唐山 063210)

生产实习是高校工科专业培养过程中必不可少的实践教学环节，是锻炼学生工程实践能力和增强创新意识的重要途径。然而，对于化学工程与工艺专业而言，由于化工实际生产过程存在高温、高压、有毒环境，具有高危性及不可控性等特征，化工实习教学面临着“实习基地不稳地、实习内容不全面、实习深度不透彻”等多重难题，如何稳定提高生产实习的教学质量和快速改进实践教学效果，一直是众多地方工科院校实践教学改革的热点课题。

近年来，由于互联网数字技术的迅猛发展，以及各级教育管理部门的广泛倡导，虚拟仿真实验和实训逐渐成为高校实践教学的重要组成部分，虚拟仿真实验和实训具有内容层次丰富、安全环保绿色、教学效果显著、运行成本低廉等优点[5]，是地方特色高校提升实践教学质量的重要途径。我校于2014年设立了“化工虚拟仿真实验教学中心”[9]，建设以煤化工为特色的虚拟仿真实践教学平台，本文借助于本中心以焦化为核心的虚拟和半实物仿真工艺，探索新型教学模式，以培养具有工程素养和创新思维的应用型人才为目标，在教学内容、实践环节、考核方式等方面进行“三阶段教学模式”改革。经过几届化工专业学生的实践，我们的“三阶段”教改实践显著提升了我校工程实践教学的层次，多方面锻炼了学生的化工实践能力，增强了学生的工程素养，有利于培养高质量的创新型化工技术人才。

1 目前化工生产实习面临的困难

(1)煤化工实习基地难找

河北是焦化生产大省，焦化企业很多，但是愿意接纳实习的工厂较少，因为焦化生产是连续性工艺，焦炉一天都不能停，焦化企业本身担负着生产重任，大批本科学生入厂实习既影响生产工作又带来安全隐患，导致焦化企业不太愿意接待高校学生进行生产实习，所以生产实习难以得到企业的接纳和配合。多年以前，工厂允许学生进行顶岗实习，分组进入车间、熟悉流程、了解设备，并且能与技术人员实时请教，然而近年来焦化企业的生产安全管理逐步正规化和严格化，为了保证安全生产，焦化企业已不再接纳临时实习人员。因此，本科学生接触工厂生产现场的实习机会越来越少。

(2)实习内容走马观花

现代煤化工具有高度集成、连续生产、自动运行等特点，焦化企业又具有易燃爆、高温压、有毒害的高危属性。考虑安全因素，学生进入工厂后首先在会议室听取生产工艺流程讲解，再由技术人员在生产现场外围观摩，严禁动手操作。所以，学生无法亲身体验焦化工段的开停车以及生产事故处理，缺乏锻炼动手能力的机会，分析和处理生产中出现问题的训练为零。这样的实习内容逐渐沦为形式化，根本达不到提高学生工程实践能力和创新思维的目的，实习的效果较差，成为形式大于内容的走马观花式的实习。

(3)学生实习热情不高

生产实习是一门实践性很强的课程，但大部分学生对生产实习的目的和意义认识不足，在实习过程中缺乏主观能动性。学生度过初入工厂的新鲜感后，就会被动地听技术人员的讲解和随机浏览，以致实习热情不高。焦化企业中有很多易燃、易爆、高温、有害的生产装置，具有一定的危险性，而且有一定的异味，部分学生存在恐惧心理和抵触情绪，不愿深入了解生产实习，也影响了生产实习的效果。

针对以上长期困扰我校化工生产实习教学的难题，改观实践教学现状，迫切需要引入先进的教学资源和教学手段，进行化工专业生产实习方式的创新和改革，推进实习内容的广度和深度，着力提高生产实习的教学质量。我们将本校的“化工虚拟仿真实验教学中心”的煤化工虚拟和半实物仿真工艺资源引入生产实习内容，在教学内容、实践环节、考核方式等方面探索了“三阶段教学模式”的改革与实践，激发学生学习热情和锻炼学生实践能力。

2 教学改革实践与探讨

(1)仿真实训资源建设

2014年，本校建立化工虚拟仿真实验教学中心，为了突出本校化工专业的煤化工特色，我们首先和商业公司合作共同开发了一套配煤炼焦三维虚拟仿真工艺实训软件(见图1)，将卸煤、配煤、装煤、炼焦、推焦等炼焦车间的各个工段以三维虚拟场景呈现；然后又购置了甲醇生产三维虚拟仿真工艺实训软件(图2)，开展安全教育和仿真操作实训，最后购买了可视化煤气净化工艺玻璃仿真装置(图3)，把煤气净化的鼓冷、脱硫、脱氨、脱苯、蒸苯等工段流程以玻璃仿真模型呈现，实现主体设备和管线的可视化。目前，我们已建成以配煤-炼焦-煤气净化-甲醇为产业链的煤焦化仿真实训系统。

图1 配煤炼焦三维虚拟仿真工艺截图Fig.1 The screenshots of 3D virtual simulation coal blending and coking process

图2 甲醇生产三维虚拟仿真工艺截图Fig.2 The screenshots of 3D virtual simulation methanol production process

图3 可视化煤气净化工艺仿真装置Fig.3 Visual simulation device for the purification process of coke-oven gas

(2)仿真实训内容规划

本专业的生产实习两周分为校内实习和校外实习，改革前的校内实习主要以参观40 kg实验焦炉和煤气化合成氨工艺微型模型为主，内容较少，学生的积极性不高，而且与校外实习的生产工艺相关性较差。为了提高实习效果，提高学生的学校兴趣和积极性，将本校的“化工虚拟仿真实验教学中心”的仿真实训系统(配煤炼焦三维虚拟仿真软件、甲醇工艺三维虚拟仿真软件、可视化焦炉煤气净化实训装置)引入生产实习教学，调整后的实习安排如表1所示。调整后的校内实习教学内容新颖，与校外工厂实习内容结合更紧密，将工厂实践和仿真实训相互融合与拓展，调动学生的积极性，教学效果显著改善。

表1 化工生产实习安排Table 1 Arrangement of chemical production practice

(3)教学模式的改革

为了提高学生工程与创新能力，适应现代煤化工发展对应用型人才的需求，创新“虚实结合”的化工生产实习模式(图4)，以焦化工艺过程为核心的实践内容分为三阶段进行。

图4 三阶段“虚实结合”的实习教学模式Fig.4 Three-stage practice teaching mode with “virtual-real combination”

第一阶段为仿真软件实训。以焦化和甲醇工艺虚拟仿真实训教学平台为基础，以逼真的三维场景和生动的角色情节设计，让学生对迅速的对焦化生产的安全要求和工艺技术有更深刻的理解。从安全教育入手，再逐渐深入到工艺、仪表、设备等专业的知识和技能，通过故事情节，触发学习的任务(即知识点)，从而完成认识、实习和考核等多重任务。通过虚拟仿真实训过程，锻炼学生分析问题并提出解决方案的能力，引导学生发散思维、勇于创新。

第二阶段为仿真模型操作。依托可视化煤气净化仿真装置，开设鼓冷、脱硫、脱氨、脱苯、蒸苯五个工段的实验操作，模拟焦炉煤气净化的全过程，让学生进行动手实操，观察料液在管线和设备中的流动状态，透彻理解煤气净化工艺过程。通过半实物仿真实训过程，锻炼学生的动手实操技能，强化学生的煤化工生产概念，加深学生的工程思维认知。

第三层为工厂现场实习。在生产实习基地，由企业安排一些工程师或技术员讲授有关的安全知识和各个工段的生产工艺等，然后分组参观备煤、焦化、净化、甲醇和精苯车间，技术员现场讲解工艺和现场解答，使学生全面了解煤化工产业链的生产过程、企业的管理措施与市场状况。通过工厂实践过程，使学生巩固课堂所学的理论知识，树立煤化工生产的工程意识，具备一定的工程素养。

通过三阶段“虚实结合”的实习教学，调动了学生的积极性，激发了学生的创造性，不仅锻炼了学生的动手技能，而且增强了学生的工程素养，从而培养学生的创新思维。

(4)考核机制的改革

传统的实习考核主要以实习表现和实习报告为主，改革前本专业生产实习考核增加了实习记录环节，考核学生实习过程的学习认真程度，但是仍然不能全面评价学生对实习过程的掌握程度。因此，我们将仿真实训引入实习教学内容后，增加回答问题、动手操作、实习测试等考核环节(表2)，考评学生对实习内容的掌握程度，杜绝学生走马观花式的实习思想。通过实习表现、实习记录、回答问题、动手操作、实习测试、实习报告六环节考核模式改革，综合评价学生对“虚实结合”的煤化工生产过程的理解程度，将过程考核与终端考核相结合全面评估学生对生产实习的认知，达成提升学生实践能力和工程意识的目标。

表2 化工生产实习考核模式Table 2 Assessment mode of chemical production practice

3 结 语

生产实习是培养学生工程实践能力的必不可少实践教学环节，将仿真实训引入实习过程，开展三阶段“虚实结合”的实习教学模式改革，通过我校化工专业2014-2016级学生的实践证明，本次教学改革收效显著，三阶段的教学模式强烈的激发了学生的兴趣，调动学生的主观能动性，训练了学生的动手技能。学生的实践认知、工程意识和创新思维等多方面素质得到了提升。然而，生产实习教学改革是一项与时俱进的任务，我们将不断完善实习内容和考核体系与质量监控体系，建设多样化的实习基地和煤化工仿真工艺，培养真正的适应社会快速发展需求的应用复合型人才。