疫情防控背景下化工材料类专业本科生产实习模式探索.pdf

实验与实践教学762023年4月第40 卷第2 期疫情防控背景下化工材料类专业本科生产实习模式探索石淑先，乔宁，隋刚，张文芝，陈晓农（北京化工大学材料科学与工程学院，北京1 0 0 0 2 9）摘要针对疫情防控期间生产实习存在的问题，北京化工大学材料科学与工程学院生产实习教学团队及时调整教学计划，在原有生产实习基础上，重新构建了适合疫情期间开展的“全数字仿真实习十半实物仿真实训十云端企业实习十专家讲座拓展”的虚实结合四级递进式生产实习模式，实现了实习内容循序渐进、实践训练由浅入深，提高了学生的工程实践能力和创新能力，提升了学生的就业竞争力，降低了疫情对生产实习的影响。所积累的宝贵经验可供同行参考。【关键词疫情；生产实习；仿真实习；化工Investigation of the Practicum Mode for Undergraduates Majoringin Chemical Engineering and Materials during the Time of theEpidemic PreventionShi Shuxian,Qiao Ning,Sui Gang，Zh a n g W e n z h i,Ch e n Xi a o n o n g(College of Materials Science and Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing100029,China)Abstract:Aiming at the problems existing in practicum,the training program was timely modified,andthe practice mode was rebuilt together with full digital simulation training,semi-physical simulationtraining,online practices provided by enterprises,and expert lectures,on the basis of original practicum.This type of instruction is straightforward to complete,progressing from simple to sophisticate in smallsteps,which could increase students capacity for engineering practice and innovation,improve jobcompetitiveness,and reduce the impact caused by epidemic.Peers may be use the appropriate experienceas aguide.Key words:Epidemic;Practicum;Simulation practice;Chemical engineering【作者简介石淑先（1 97 1-），女，副教授，博士。通信作者陈晓农，E-mail：c h e n x n m a i l.b u c t.e d u.c n。*基金项目：北京化工大学2 0 1 8 年本科教育教学改革研究项目（2 0 1 8 BHDJGY09）和一流本科课程建设项目(KC201914,KC202007)。77石淑先，等.疫情防控背景下化工材料类专业本科生产实习模式探索在新工科建设背景下，工程实践能力的培养成为高校工科人才培养的核心内容。生产实习作为实践教学的重要组成部分，对于学生专业实践能力和创新能力的培养而言至关重要。在疫情防控背景下，如何保障师生人身安全，同时保证“停课不停教、停课不停学”I，在“延期开学、如期开课”的要求下保质保量完成教学任务，无疑是高校面临的前所未有的挑战。虽然各高校按照疫情防控要求迅速调整了教学计划，开展了多种形式的线上授课或线上线下混合式教学，但对于生产实习这门实践课程来说，若不能让学生深人企业进行现场实践，教学效果必然大打折扣。为了提高学生理论联系实际的能力，保证生产实习的教学质量，笔者所在的北京化工大学材料科学与工程学院生产实习教学团队在分析常态化疫情防控对生产实习影响的基础上，依托学校计算机教学中心和全生命周期校内工程实训基地，以及中石化北京燕山石化公司、雷诺丽特北京医疗事业部、郑州翱翔医药科技股份有限公司等单位支持的校外实践教育基地，构建了“全数字仿真实习十半实物仿真实训十云端企业实习十专家讲座拓展”的虚实结合四级递进式实践教学新模式。在该模式下，实习内容学习循序渐进，实践训练由浅入深，以期全方位提高学生的实践创新能力，帮助学生树立“大工程观”，使学生坚定发展“绿色化工”“美丽化工”的决心。一、常态化疫情防控背景下生产实习的现状2020年初，新冠肺炎被纳人中华人民共和国传染病防治法规定的乙类传染病范畴，并采取甲类传染病的防控措施进行处置2 。各单位严格落实疫情防控政策，大规模聚集性的生产实习教学活动难以开展3 ，生产实习面临着很多困难。（一）实习单位门难进疫情给企业的生产经营带来了很大的影响，企业不仅要投人大量的人力物力保证职工安全，还要承受原材料涨价、物流受阻等带来的市场冲击和挑战。即使企业在常态化疫情防控期间正常生产，也面临重重困难。一方面，考虑到安全因素，企业对接受学生进厂实习并不积极；另一方面，实习学生人数一般较多，生产现场空间可能无法达到人员间隔的要求。这些困难使企业对待外单位人员进厂实习的审批更加谨慎和严格，导致学生进厂实习的难度加大。（二）实习过程手难动当前化工企业自动化程度越来越高，生产装置趋于大型化、复杂化，化工生产过程控制一般在中央控制室完成。然而，企业的中央控制室具有核心性、特殊性和保密性，一般不允许学生进人并直接动手操作。此外，化工生产过程大多存在易燃易爆、高温高压等特殊工况，生产设备和生产工艺条件严苛，近年来频频发生的化工安全事故更是令人“谈化色变”。在这样的背景下，即使学生到化工企业进行生产实习，也很难深人班组参与生产实践，而是以听技术员讲解生产工艺流程为主、以远距离观看生产装置或者沿参观通道观摩生产车间和设备为辅。生产实习的内涵已经发生很大变化。（三）实习计划难实施新冠病毒的变异，使得疫情呈现出局部突发性的特点，导致实习计划无法提前安排并顺利实施。此外，实习学生人数众多，若发生突发状况，则会影响整体的安排。如2 0 2 0 年9月初下厂实习的前一晚，有学生突然发烧，虽被诊断为普通发热，但慎重起见，我们只能临时取消全班学生的进厂安排，导致现场实习计划无法顺利实施。二、常态化疫情防控背景下生产实习模式的构建与实施面对学生无法深入企业进行生产实习的情况，笔者所在教学团队及时调整教学计划，基于生产实习课程大纲规定的实习内容和要求，构建并实施了适应疫情防控形势的“全数字仿真实习十半实物仿真实训十云端企业实习十专家讲座拓展”的虚实结合四级递进式生产实习模式，很好地完成了生产实习教学任务，保证了实践教学质量，降低了疫情对生产实习效果的影响。实习主要依托校内计算机教学中心和全生命周期校内工程实训基地完成，这就很好地解决了以往生产实习面临的困难。此外，仿真操作培训给学生提供了动78石淑先，等.疫情防控背景下化工材料类专业本科生产实习模式探索手操作生产设备的机会，使学生能够通过虚拟现实感受生产工艺过程和设备工况，达到了与现场实习同样的效果（一）全数字仿真实习全数字仿真实习采用我校吴重光教授开发的PS-2000仿真实习软件。实习第1 周，学生在学校机房的电脑上独立完成“5 十n”个典型石油化工仿真操作，包括2 个单元操作（离心泵、换热器）、3 个系统操作（二元精馏、连续反应、间歇反应)和多个选做操作（加热炉、压缩系统等）4。受疫情影响处于管控状态的学生，则可在私人电脑上完成操作。实习软件从生产操作步骤、工况质量和过程安全三方面自动完成考核评价并给出分数，95 分以上被视为合格。学生在电脑上进行设备的开停车操作，完成物料进出、升温降温、化学反应等工艺过程。仿真实习的生产工况逼真、操作安全，给学生提供了足够多的动手操作机会，能使学生深刻理解化工生产的特殊性，了解从单元操作到系统操作的过程，树立安全观和系统观5 为了让学生更好地做到理论联系实际，提高其运用理论知识解决复杂工程问题的能力，实习指导教师会在仿真实习前开展安全培训，并在讲解工艺原理和操作要领的同时设置不同问题，让学生思考和讨论。此外，学生还可以反复学习“北化在线教育综合平台”上的录播视频，并在实际操作过程中对照检查，以便及时发现问题、分析问题，并最终解决问题。（二）半实物仿真实训虽然全数字仿真实习可以让学生在电脑上进行设备的开停车和事故处理，但是学生缺少对生产装置、生产流程和生产环境的直观感受。为此，北京化工大学引入原北京东方化工厂年产3 0 万吨的丙烯酸甲酯生产工艺技术，建成了一座智能仿真工厂6 。除了管道中物料虚拟和关键设备（酯化反应器、精馏塔、萃取塔、冷凝器、再沸器、离心泵等）等比例缩小之外，仿真工厂的设备安装、仪表与阀门配置、管路连接和分布、生产工艺流程等均与真实工厂一致。实习第2 周，学生在仿真工厂进行半实物仿真实训。学生3 4人一组，按内操和外操进行分工。负责外操的学生戴着安全帽，在纵横交错的生产装置中进行设备调控；负责内操的学生在控制平台上进行系统操作，完成工艺优化和生产控制。双方通过协作，完成丙烯酸甲酯生产及精制流程中的酯化反应、酸回收、醇回收、酯精制等1 0个工段的开停车任务和故障排除7。半实物仿真实训不仅让学生对化工生产过程有了直观的感受，深刻体会了流程作业中“牵一发而动全身”的内涵，增强了宏观驾驭全工艺、大装置的生产操作能力和工程实施能力，而且培养了学生的流程观和全局观，为学生未来从事工程活动奠定了基础。受疫情影响，学生无法深人企业直观感受真实的化工生产过程，因此半实物仿真实训就显得尤为重要。为了保证教学质量、保障实习效果，在学校的大力支持下，教学团队里的乔宁老师在“北化在线教育综合平台”上线了全生命周期校内实训基地导论课（4学时），通过录播方式详细介绍了“丙烯酸甲酯生产及精制”生产装置特点、工艺流程、过程控制，同时结合现代化工发展、化工人才需求以及石油化工企业实行的HSE（H e a lt h、Safety、En v i r o n me n t）管理体系、责任关怀等，开展课程思政，提高学生的工程伦理意识，增强未来工程师的社会担当，实现立德树人目标。通过学习导论课，学生在实训前就明确了学习任务，了解了操作要点。化工生产工艺流程图是石油化工企业最基本的技术文件。看图是学生开始仿真实训的第一步，可以丰富学生对设备和工艺的感性认识8 。指导教师先带学生认识装置区的生产设备、了解生产工艺流程，然后联系实际不断设问，帮助学生回顾有机化学、物理化学和化工原理等相关知识，以使学生在后续的仿真实训过程中能够灵活运用理论知识解决复杂工程问题。接下来，学生以小组（3 4人）为单位进人装置区，根据流程图上的符号和线条，认真细致地了解对应的设备和生产流程；通过扫描关键设备上的二维码观看动画演示，了解设备的详细结构和特点。在完成以上学习任务后，学生开始进人实操阶段。为了强化实79石淑先，等.疫情防控背景下化工材料类专业本科生产实习模式探索践效果9，我们要求学生在仿真实训结束后，进人国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台完成在线开停车考核，考核成绩计人综合评价成绩。（三）云端企业实习虽然半实物仿真实训让学生有了一定的直观感受和动手锻炼的机会，在一定程度上克服了常态化疫情防控给大规模跨城市、跨单位聚集性生产实习带来的困难，解决了实习单位和学校无法满足学生进厂跟班实习要求的问题，但是仿真实习毕竟竞不能完全取代现场实习，特别是计算机仿真培训系统尚难营造体现产品市场态势变化、新品研发与生产销售、企业运行管理制度和企业文化等涉及社会化因素的环境。为了让学生进一步了解工业化生产过程和技术、工程项目运行与管理、生产安全与环境保护等方面存在的实际工程问题，教学团队在实习第3 周，邀请多家与学校有良好合作基础的实习单位（中石化北京燕山石化公司、雷诺丽特北京医疗事业部、郑州翱翔医药科技股份有限公司等）开展线上企业实习。这些企业作为优秀的行业龙头企业，在承担社会责任方面起着很好的表率作用，多年来持续为学生提供进厂实习机会，并积极协助学校开展线上实践教学。企业人员通过讲解生产工艺流程、播放生产线装置视频、直播生产现场工人操作，以及介绍企业管理制度、企业特色文化、经营理念、员工培训内容等，帮助学生了解书本上的知识如何转化为产品、面对不同客户需求如何调整生产工艺条件、实验室的小试和工业化生产存在哪些区别、企业在“碳中和”中如何作为、高校毕业生进人现代企业后如何成长等内容，激发学生爱国、爱校、爱专业的热情，激励学生勇担时代使命。（四）专家讲座化工产业的变革和转型升级，需要一大批能适应新一轮科技革命的复合型工程技术人才。即将走出校门的学生需要了解化工行业和产业的现状与未来发展趋势，了解材料与化工领域的“卡脖子”技术，特别是能够思考某些高度依赖国外原材料或技术的企业受海外疫情等不可抗力因素影响而何去何从。为了让学生明确未来发展方向，坚定投身化工行业的决心，教学团队邀请多名校内外专家开展线上线下主题讲座。例如，我们邀请仿真系统开发专家、全数字仿真实习软件和教材的捐赠者、我校信息科学与工程学院的吴重光教授开设有关“人工智能十石油化工”“人工智能十教育”的讲座；邀请材料专业优秀校友、湖南大学徐翔晖教授讲解“生物医用载体材料”；邀请北京师范大学董永强教授讲解“聚集诱导发光材料”；特别邀请北京燕山石化高科技术有限责任公司的工程师汤明分享燕山石化合成材料研发现状与展望。专家们通过一个个生动的案例，让学生更好地了解我国化学工业从无到有、从小到大、从弱到强的发展历史和辉煌成就，以及如何通过源头创新、革新工艺流程等手段改变核心技术受制于人的现状，从而激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。所列举的案例包括：以“火神山”速度1 2天建起一条熔喷布生产线，缓解医疗卫生物资供应紧张的局面；氢能助力2 0 2 2 年北京“绿色冬奥”，贡献国企力量；我国自主研发“太空舱”用料，助力航天梦的实现；油品升级“六连跳”，助力“首都蓝”；昔日污水库变身湿地公园，践行“绿色化工”“美丽化工”。此外，校外实习单位还专门介绍人才招聘政策，帮助学生了解企业需求，让学生知不足而奋进。（五）生产实习模式构建在上述实习实训内容的基础上，针对化工材料专业的特点，教学团队构建了适合疫情防控期间实施的生产实习新模式（见图1），通过理论指导实践，同时在实践中加深学生对理论的理解。学生通过生产实训提高了工程实践能力，进一步通过专家讲座了解了行业前沿，并把“绿色化工”理念贯穿生产实训过程。在生产实训环节，学生通过全数字仿真实习，在电脑上进行化工流程的开停车和事故处理（内操）；通过半实物仿真实训，在进行内操的同时，还在装置区控制设备开关和阀门调节（外操）；通过云端企业实习，跟随企业工作人员通过内操和外操实现产品的生产（实操）。实习内容循序渐进，实践训练由浅人深。80石淑先，等.疫情防控背景下化工材料类专业本科生产实习模式探索实习内容循序渐进实践训练由浅入深物理化学化工原理内操外操实操了解前沿机械制图材料制备材料加工工艺设计全数字仿真实习半实物仿真实训云端企业实习专家讲座理论学习生产实训专业拓展知识能力价值图1化工材料类专业生产实习模式三、常态化疫情防控背景下生产实习的实施效果虚实结合的四级递进式生产实习模式，实现了实习内容循序渐进、实践训练由浅入深，全方位提高了学生的创新实践能力。实习结束后的问卷调查结果表明，学生对生产实习总体感到满意，其中5 5.2%的学生感到非常满意。此外，98.3%的学生认为实习内容和实习安排合理；所有学生都认识到了安全对化工生产的重要性；学生均认为自已的动手能力和工程实践能力有所提高，其中56.9%的学生认为有很大提高；所有学生认为自已的团队协作能力有提高，其中6 7.2%的学生认为有很大提高；96.6%的学生对化工仿真专家吴重光教授的讲座印象深刻，对吴老先生八十高龄还心系教育事业表示敬佩；8 2.8%的学生对大国工匠精神有了更深的体会；8 9.7%的学生对老一辈化工专家刻苦钻研、求真务实、积极探索的科学精神有了更深的体会；6 3.8%的学生坚定了科技报国的信念。四、总结与展望针对疫情期间学生无法进厂跟班实习的状况，我校材料科学与工程学院构建了“全数字仿真实习十半实物仿真实训十云端企业实习十专家讲座拓展”的虚实结合四级递进式生产实习模式，实施效果良好。校内全数字仿真实习和半实物仿真实训的实施，解决了生产实习中存在的问题，在强化学生工程意识、提高学生动手能力和团队协作合作能力的基础上，提升了学生解决复杂工程问题的能力，培养了学生精益求精的大国工匠精神，实现了知识、能力、价值培养的目标；云端企业实习弥补了疫情期间学生不能进厂实习的缺憾，提高了学生理论联系实际的能力；企业工程师和专家讲座，使学生了解了技术与市场的关系、产品生产和销售的社会属性，了解了行业发展动态和国家重大需求，坚定了服务化工行业、科技报国的决心。疫情期间积累的宝贵经验和教改成果，将赋予生产实习新的内涵，丰富生产实习的途径，并在后疫情时代继续发挥作用。云端企业实习与进厂实习相结合，全数字化仿真实习（内操）、半实物仿真实训（内操十外操)与车间岗位实习（实操)相结合，企业工程师工艺流程讲解与专家讲座相结合，有望形成多维度、多路径交互的生产实习模式。实习内容循序渐进、实践训练由浅人深的生产实习能够加强理论与实践的紧密结合，缩短学校和企业之间的距离，提高学生的工程实践能力和创新能力，最终提升学生的就业竞争力。（责任编辑：李丽妍）参考文献：1 教育部.利用网络平台“停课不停学”EB/OL.(2020-01-29）2 0 2 2-0 6-2 1 J.h t t p:/w w w.m o xwfb/gzdt-gzdt/s5987/202001/t20200129_416993.html.2 国家卫生健康委员会公告2020年第1 号J.中华人民共和国国家卫生健康委员会公报，2 0 2 0(1):1.3 崔芙红，王焕梅，顾永和。疫情期间高职院校化工81石淑先，等.疫情防控背景下化工材料类专业本科生产实习模式探索类专业课程教学实施策略研究J.山东化工，2020,49(16):211-212.4吴重光.化工仿真实习指南M.3版.化学工业出版社，2 0 1 2.5孟洪，张玮，王俊文，等.新工科背景下化工类本科校内实践教学改革探索J.化工高等教育，2 0 2 0，37(4):97-102.任新钢，苏海佳，张婷.基于工程实际的化工类全周期实践教学体系建设J.中国大学教学，2 0 2 0（上接第2 0 页）培养单位的数量总体偏少，难以满足社会对该领域高层次人才的需求。我国安全学科大多设立在理工科院校，各培养单位在师资队伍与平台资源、人才培养能力、科学研究等方面存在较大差异。国内安全学科硕士点的研究集中在安全科学、安全技术、安全系统工程、安全应急管理和职业安全健康等五个方向，学科交叉特性明显。结合安全学科研究生培养的SWOT分析，本文认为未来需从优化安全学科研究方向、保障优秀生源与招生规模、加强安全学科导师队伍建设、改革安全学科研究生课程体系、创设多元的研究生协同创新环境等方面努力，以提升安全学科硕士生培养质量。（责任编辑：李丽妍）参考文献：国国务院安全生产委员会.关于印发国务院安全生产委员会成员单位安全生产工作任务分工的通知EB/OL.2022-04-05.http:/ 孙华山，吴超，刘潜，等.再论在授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录中设立“安全科学与工程”一级学科J.中国安全科学学报，2006,16(10):56-66.3黎军，宋亚峰.教育经济与管理专业硕士研究生培养现状及对策研究J.研究生与学位教育，2 0 1 6(11):46-50.4国家自然科学基金委员会.安全科学与工程学科(10):75-78.7 乔宁，刘骥翔，石淑先，等.基于智能仿真工厂的材料类专业生产实习模式探索.实验室研究与探索，2 0 1 8（2)：2 42-2 45.8 石淑先，乔宁.石油化工生产实习指导M.北京：化学工业出版社，2 0 1 6.9 周绿山，张巧玲，王芬，等。仿真教学在化工实训中的教学策略与实践J.化工管理，2 0 2 2（2）：38-40.发展战略研究报告（2 0 1 5）M.北京：科学出版社，2 0 1 6.5朱燕红，刘建斌，谢海斌，等.基于SWOT浅析高校研究生实践教学基地建设.实验室研究与探索，2017,36(8):247-250.6 赵睿英，高培峰，张继霞.贵重仪器设备开放共享的SWOT分析J.实验室研究与探索，2 0 1 6，3 5(3):282-285.7阳富强，段在鹏.基于协同创新理念的安全科学与工程研究生培养模式探讨J.化工高等教育，2018,35(6):11-14,40.吴超.安全科学基础理论研究及其推广应用的思想模型JI.安全，2 0 2 1，42（1 0）：2 9-3 4.9 李占华，朱艳，姚霞，等.“双一流”建设背景下交又学科研究生培养的探索与启示J.学位与研究生教育，2 0 2 0（4）：1 7-2 3.10汪霞，下清，孙俊华.论学术学位研究生课程体系建设J.学位与研究生教育，2 0 1 5（1 0）：3 0-3 4.11吴超.新时期安全科技的学科结构及专业设置研究J.安全，2 0 2 1，42（8）：3 0-3 6.12范维澄，苗鸿雁，袁亮，等。我国安全科学与工程学科“十四五”发展战略研究J.中国科学基金，2 0 2 1(6):864-870.13黄河，钱丽萍.一流学科指引下的研究生课程体系优化.中国高等教育研究，2 0 2 1（1 9）：44-46.14申超，邢宇.如何建设研究生导师队伍？一基于墨尔本大学的案例考察J.学位与研究生教育，2019(9):72-77.