摘要：化工原理作为化工类专业的基础课程，是联系基础课与专业课的桥梁，化工单元操作实训是化工原理理论课的延伸，在培养人才方面起着至关重要的作用，培养具有创新能力的应用型高层次工程技术人才才能适应社会多元化背景下对于人才的需求。本课程基于“知识、能力、价值塑造”的教学理念，以项目设计为主线，以实践能力培养为目标，通过整合教学内容，优化教学资源，完善评价机制等方式，优化化工单元操作实训的教学改革方案。在项目实践中，实训教学改革提升了学生将理论知识和实践教学联系的能力，培养了学生在工程实践能力方面的高阶思维以及工程素养，可为其他实训教学提供参考。

　　关键词：项目实践；化工单元操作；实训教学；改革与优化

　　0引言

　　化工产品生产智能化的创新发展对人才培养提出了新要求，需要注重知识传授、能力培养以及价值理念的塑造，三者融为一体，贯穿于整个教学过程中，培养具备理论知识和实践能力协同发展的综合型、创新型人才是新时代教育背景下对人才的核心要求[1]。以项目实践为中心驱动化工单元操作实训教学，强调在实践过程中，学生通过项目式教学，主动发现探索问题，完成知识的重构与技能的提升，实现理论、实践一体化，是提高应用型高校人才培养质量行之有效的方法之一。

　　化工原理课程作为衔接化工专业基础课程与专业课程的桥梁，在培养化工工程型人才中起到重要作用。学生对化工原理教材中理论知识的掌握程度、化工单元的实践操作能力、教学理念和教学模式的实践方式，对学生在化工专业工程领域的学习深度和创新能力有很大影响[2-4]。然而，化工原理实训课程中的教学内容传输和实践能力提升脱节、理论知识和实训操作结合不足的问题，限制了化工实训操作对学生工程思维与实践创新能力提升的奠基作用[5-6]。针对上述问题，本课程充分发挥项目实践的优势，开展以项目实践为主线推动化工单元操作实训教学的改革与优化，整合教学内容、教学资源以及考核评价方式对实训课程进行改革，促进学生将理论知识融合于实践的能力，为培养工程型人才奠定基础。

　　1化工单元操作实训课程的难点问题

　　为应对新时代背景下应用型高校对人才培养的新要求，化工单元操作实训教学需解决以下难点问题：

　　(1)如何帮助学生深度理解理论工程知识，提高学习效率。化工原理课程中各操作单元的理论知识内容丰富，传统的教学模式中化工单元操作实训教学主要以常规实验操作为主，教学模式单一，教学过程与教学内容的互动性较差，学生缺乏学习知识与能力培养的统一，难以激发学生的学习动力，实训教学效率较低，不利于学生对知识的内化和吸收，进而达到运用知识解决实际问题的能力。

　　(2)如何培养学生知识多元化与工程化的思维与能力。传统的课堂讲授与实验实训结合不足，学生对化工专业各门课程的联系理解欠缺，化工专业各课程之间的壁垒阻碍了学生创新能力与实践工程化能力的培养，存在理论教学与实训教学、人才培养要求与社会化需求、个性化培养与全面发展脱节的现象，较难契合新时代对于工程型人才培养的要求。

　　(3)如何梯度发挥并体现不同学生的思维能力与创新能力。传统的教学模式中实验内容趋于常规化，主要以课本理论知识的验证为主，学生参与度低，学习积极性差、学习氛围低沉。以及实训操作形式固化，教学评价体系单一，难以区分和激发并培养不同学生的工程思维和创新能力。

　　2化工单元操作实训教学的改革与优化

　　2.1确定课程培养目标，对接人才培养新要求

　　课程是教学中的重点，教学改革的起点和落脚点需在教学安排和设计上体现，课程是实现改革的基础单元[7]。本教学改革依据本校“应用型本科高校”的办学定位、化工专业“厚理论、重实践、具有工程思维能力与创新能力人才”的要求，以学生为中心，教师以教促学，确立具备理论知识、工程问题分析、化工过程设计、开发解决方案和价值塑造等方面的课程目标。

　　2.2重构教学内容，形成理论知识和实践能力一体化的特色教学体系

　　2.2.1融合不同课程的教学内容，促进学科前沿发展

　　依托不同课程的教学内容，整合其交叉内容，聚焦分析化工生产中的工程项目技术指标要求，改造传统实训操作知识结构，培养学生多元化的工程思维能力，拓展实训教学内容的深度和广度。如精馏单元操作，增加完成分离具体物系的工艺设计，从理论知识的物料衡算到设备的工艺选型以及针对过程的理论验算最后完成精馏塔的设计。将化工原理课程关于单元的物料衡算、化学反应工程中的反应器设计、化工过程分析与合成中的过程分析、仪表自动化中仪器设备的选型要素、文献检索关于精馏操作的技术参数等知识融合，形成以学生为中心，以增加学生学习自驱力，以化工项目设计为主线培养学生工程思维与实践能力一体化的特色教学体系。

　　2.2.2融合线上化工操作模拟仿真实训教程，提升学生的工程实践能力

　　以“真实情景的项目式教学”为基础开展教学，开发适合于培养工程实践能力的虚拟仿真实验系统，以设计型实验为引导、项目实践为依托、实现教学目标为载体搭建虚拟仿真实训平台。其虚拟仿真系统包括流动阻力、离心泵特性、过滤常数、传热系数、吸收系数、塔板效率、精馏塔操作、干燥曲线等。构建“项目式实践思维”贯穿于教学中，结合Aspen、Matlab、CAD等化工模拟软件进行案例教学，弥补实验教学周期长、知识更新慢、信息量有限等缺点，更加清晰直观地阐释化工过程。此外，线上线下相结合的教学方式可充实实验教学的教学内容和教学资源，拓展实践教学的教学模式，提高学生对理论知识的掌握程度和工程实践能力，培养学生的创新能力，适应新时代下智能化化工生产的新要求。

　　2.3梯度体现并发挥不同学生的实践创新能力

　　本着充分调动并发挥不同学生的工程实践能力，使项目实践内容多样化和阶梯化。以实践项目为依托，围绕化工单元基本操作、设计与过程优化、实训装置的研制等阶梯式教学内容按照阶梯化教学模式进行教学活动，模拟与实际岗位相匹配的类似的真实项目教学情境和实践要求，对标不同学生的工程能力完善评价体系，客观、真实、全面、综合并全方位地展示每位同学的能力，有效实现教学内容、教学模式、教学活动、评价体系一体化协同发展的模式。

　　3项目实践驱动实训教学改革的具体内容

　　3.1项目实践的层级与框架

　　化工项目实践教学在三年级进行，是学生学习完基础知识和部分绘图工具软件后的综合实训课程。按照应用型本科教学的办学定位和新时代背景下对人才培养的新要求，从提高学生工程思维实践创新能力的角度出发，项目实践包括3个层级：理论知识为基础层，项目设计为载体层，能力锻炼为目标层，进而实现理论知识与实践能力的有机结合与跨越。化工单元操作实训教学要使学生具备下列能力：(1)查阅相关技术资料，结合化工原理的相关理论知识，掌握化工单元操作的基本程序和设计方法；(2)综合运用所学知识、仿真实训平台和模拟流程软件Aspen建立数学模型完成项目设计与分析；(3)培养团队沟通与协作能力；(4)运用工程学术术语和图形结合的形式正确表达设计结果的能力。

　　项目实践作为载体层，承载了教学设计目标，将多课程的相关理论知识融合在一起，实现相关课程间教学内容的有机协同，在项目实践的同时，运用理论知识完成项目设计，锻炼并提升工程实践能力，实现以理论知识为基础层级向工程实践能力层级的跨越。项目设计实践是核心任务，是整个教学目标的载体，具体设计项目要仔细斟酌，设计内容需具备针对性和全面性的特点，符合学生的知识结构和能力结构，而且设计难度应呈阶梯性，可反映不同学生的工程实践能力，同时有利于教学评价体系的完善[8-9]。如在分离乙苯-苯乙烯的精馏塔设计中，其基本计算包括最少理论板数、最小回流比等理论计算，以及根据实际工艺流程涉及的实际理论板数、实际回流比、进料位置、塔顶和塔釜产品与进料流率随理论板数变化的模拟图等基本设计计算，结合仿真模拟软件Aspen模拟回流比和进料热状态对理论板数的影响，借助Aspen流程模拟软件的灵活性和快捷性，清晰直观地理解不同参数变化对精馏操作的影响。在此基础上，求满足产品纯度下的冷凝器和再沸器的热负荷；绘制出精馏塔温度变化曲线和产品组成分布曲线，分析进料位置和理论板数对再沸器热负荷的影响。最后，针对初步设计的精馏塔进行流体力学验算、冷凝器压力、再沸器热负荷等核算，确保精馏塔的实用性。该设计内容的进阶性，可让学生得到不同层级的能力锻炼。

　　项目实践框架主要围绕上述三个层级展开，即基础层，载体层，目标层。基础层是设计的基础，例如工艺流程参数，相关物性数据，设计原则，技术参数等，考查学生对于学科知识的掌握情况。项目实践是核心载体，运用基础知识完成项目设计从而得到工程实践能力的锻炼与提升，实现知识与能力培养一体化。其项目内容是实践载体的灵魂，利用物料衡算、热量衡算等化工单元操作的基本理论知识，进行设备选型，工艺流程选择，完成设备图绘制。通过完成项目实践得到目标层能力的锻炼，包括利用数学建模分析工程问题能力、工程设计能力、软件(如Aspen)模拟计算能力、CAD软件绘图能力、工程术语表达设计思想与结果能力，即应用型本科院校对人才培养新要求。项目设计成果是课程目标的表现，也是设计水平与能力的体现。设计成果包括设计报告和设备图的绘制，设计报告体现学生思维逻辑和文字表达能力，设备图体现学生运用软件绘制图形能力。各层级的关系图如图1所示。

　　3.2项目实践式驱动实训操作改革的教学模式

　　化工单元操作实训课程采用“项目驱动+学生为主+教师以教促学”的模式进行，改变了以往传统的老师讲授、学生按部就班完成操作的被动式教学模式。实施以项目实践为驱动的“理论基础知识+能力锻炼培养”的核心教学内容，构建以“项目驱动+学生主体+教师引导”协同发展的教学活动，促使学生在项目实践中深度理解理论知识，彰显学生在学习中的主角地位，实现了学生实践能力培养与教师教学能力提升的完美融合。

　　化工单元操作实训课程的教学内容分为“项目选题+项目实践+成果展示”等模块化内容。整个项目以应用型本科高校学生就业为导向，项目实践作为载体，以实用性和实践性为准则，将教学内容模块化、分层次、循序渐进式进行教学过程，形成与企业实践相对应的操作情境，促使理论知识全方位渗入到项目实践中，实现项目实践与能力锻炼一体化。项目选题内容既要考虑基础性，又要考虑先进性，还要体现梯度性，同时需兼顾稳定性和普遍性。项目内容在涵盖理论知识的基础上，需补充相关前沿研究进展和实际企业技术指标，内容强调知识向能力的转化，需倾向实用性和高阶性，难易分配合理。

　　项目实践根据选题内容由易到难、由浅到深实施，以教师引导、学生主体的方式进行。项目按照“主线问题、模型建立、流程优化、成果展示”等模块化内容进行整合。促使学生在项目实践过程中运用理论知识解决实际工程问题，培养学生利用数学模型建模、建立方程求解进而达到解决实际问题的能力。其流程为：

　　(1)项目规划阶段。老师根据项目内容布置任务、提出目标和结果要求，以及项目的主线。如在精馏塔设计中，需根据分离要求确定回流比、理论板数、进料位置、冷凝器负荷、再沸器负荷、操作气速等基本参数，以及热负荷随操作参数如进料位置和总理论板数的变化情况，为后续的流程选定提供依据。

　　(2)项目研究阶段。以基础层理论教学中的基本概念、工艺流程、设计技术参数、车间布置等知识为基础，将学生进行分组，共同完成工艺过程进行概念设计，开展数学模型研究，结合流程模拟软件进行模拟实验，对工艺过程进行可行性分析。

　　(3)项目设计阶段。对初步设计方案进行比较，寻找最优设计，完成项目。如在精馏单元操作中，首先通过模型设计理论塔，然后进行建模，最后进行精馏塔优化及节能设计。其优化主要包括，改变精馏塔的塔板数、每次优化一股物流的进料位置、调整其他物流及侧线物流的位置来优化设计结果。

　　(4)项目成果展示。编写设计说明书，除文字信息外，还需包括利用CAD绘图软件绘制的主要设备图，流程模拟软件模拟的工艺流程设计过程，学生分组答辩，PPT汇报整个工艺过程，完成项目成果展示，在此过程中学生进行组内成员互评和不同组之间成果的评价。整个过程如图2所示。

　　3.3完善立体评价体系

　　根据本学校应用型高校的办学定位，侧重学生的实际动手能力，本着理论知识扎实，实践工程创新能力得以提升的培养模式。项目评估是检验项目成效的关键环节，提出注重项目实践过程、项目结果考核和学生实践创新能力评价相结合的评价体系。实践过程考核包括出勤、回答问题、互动环节、答辩等情况，占总成绩的20%。项目结果考核包括项目文字报告，图纸绘制，软件模拟情况等，占总成绩的50%。上述两种过程属于教师评价，由教师给出对学生的成绩评价，占总成绩的70%。实践过程为小组完成，为了尽显公平，增加了学生互评模式，占比30%，根据各占比计算的成绩即为学生的最终成绩。

　　4教学改革特色与成效

　　4.1教学改革特色

　　4.1.1以项目实践驱动+多种计算机操作软件协同促进化工单元操作教学改革

　　通过具体项目实践可完成基础层与目标层和能力层的衔接与锻炼，将理论知识应用于项目设计，实现工程能力锻炼。计算机模拟软件是工程技术与计算机技术相融合的产物，是项目实施过程的综合分析和流程优化的有效途径。如通过Aspen软件对操作单元的流程进行模拟，既可以对工艺过程进行物性计算，也可预测操作参数变化对工艺过程的影响。结合虚拟仿真系统对项目实践的工艺流程模拟，掌握单元操作的基本技能，将其应用于项目实践过程的开发、设计、实际操作中，二者协同促进化工单元操作的教学改革。

　　4.1.2结合现代生产实践方法引入课堂，为推动单元操作解决复杂工程问题奠定基础

　　以提高应用型本科高校学生实践能力培养为切入点，通过现代生产实践引入单元操作实训教学，以完成项目实践为过程，如以合成1,3-丙二醇为例，先了解目前生产不同工艺(如环氧乙烷法、丙烯醛法、葡萄糖生物发酵法)的生产成本以及优缺点，通过选用合适的反应器模型进行实际模型的搭建，利用Aspen流程模拟软件对实际生产过程进行模拟和优化，预测不同操作条件下产量、纯度、能耗及成本等指标，评估经济可行性，从而优化工艺设计。在此基础上，结合实地调研，根据原料来源、生产成本、环保要求及市场需求等综合考虑选择合适的生产工艺。以达到提高产品产量、纯度和经济性的目的，以便满足实际应用的目的。4.1.3学生为主，老师以教促学的模式提升学生的实践能力

　　项目实践作为一次较为全面的初步设计训练，是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是使学生感受工程实际问题复杂性的初次尝试。整个教学过程中，培养和锻炼学生查阅资料、收集数据和选用公式的能力，通过分组讨论，确定工艺流程、选型的主体设备。老师负责兼顾技术的先进性、可行性和经济的合理性，确保设计符合实际要求。学生通过文字描述、PPT演示的方式对设计成果进行汇报，锻炼学生用精炼的语言、简洁的文字对设计成果进行表达和沟通的能力。对于设计成果还需学生运用化工软件CAD或其他绘图软件对设计成果进行展示，锻炼学生绘制复杂工程设备图的能力。整个教学活动中，老师负责监督、审核并提升学生能力，形成学生为主，老师以教促学的教学模式。

　　4.2教学改革成效

　　项目实践的教学过程，将理论知识和实践能力有机结合，并贯彻学生为主，老师以教促学的教学模式完成项目实践的工艺方案设定、流程选定、设备图绘制和说明书编写，将实验操作、仿真实训等教学资源融入实践过程，丰富教学内容、落实教育理念的过程中，助力学生了解化工学科的前沿动态，注重学生科学创新精神和解决实际问题实践能力的培养。同时在实践教学中，将价值塑造、知识传授和实践能力有机融合，拓展实践教学的课程思政内容，通过构建思政案例，将社会责任、科学工匠精神、绿色工程观等理念融入实践教学中，引导学生将个人发展融入到国家发展中。教学改革成效体现为以下几个方面。

　　(1)教学效果良好。在项目实践为主线的教学模式下，课程目标达成度显著提升，学生的积极和主动性明显提高，避免了以往部分学生积极性弱，参与度较差的现象。学生在实际操作过程中，不仅接触理论知识，还反复熟悉实验设备，减弱甚至避免学生对实验装置的陌生感。学生的工程知识、问题分析、项目设计、表达沟通的能力得以提升，在完成实践项目的同时，因为项目的高阶性，可体现不同学生对理论知识的掌握程度和实践能力，学院筛选出具有解决高阶问题的学生，组织学生参与化工创新大赛。

　　(2)学生评价度高。长期以来，化工单元操作实验主要强调对化工原理理论知识的验证，而对解决实际工程问题涉及的过程分析等引导较少，学生对知识的应用能力有限。在项目实践化教学过程中，整个项目实践过程中学生通过分组分工的方式完成项目，课堂活跃度高，学生参与度高，促进营造和谐融洽的学习氛围，学生与教师的互动机会增多，拉近师生距离。线上线下混合的教学模式中，在成绩分布的同时，部分成绩采取学生互评的方式得出，提升学生的参与度，有助于促进团体合作能力的提升，既能调动学生的积极主动性，又能客观体现学生的能力。

　　(3)培养目标得以提升。在整个教学活动中，项目实践类似于课程设计属于三级项目，多课程联合体系属于二级项目，毕业论文和毕业设计归属于一级项目，各级项目相互递进，层层推进，项目实践为学生培养体系里的毕业设计奠定了良好的基础，学生的评价度高，提升了应用型高校的人才培养能力。同时，因为项目实践的实际应用性和对能力要求的层次性和阶梯进阶性，项目实践驱动的化工单元操作实训教学的改革和实施，在提高学生工程计算能力、设计能力和寻求解决问题方案的同时。还有助于加强学生之间的合作精神和沟通能力，对推进应用型人才培养高校的赛教融合、赛学融合具有积极促进作用，有助于提升学生参与化工设计大赛的热情和动力。形成赛教融合、赛学融合多样化的教学模式，教学互动过程中，起到教学相长的效果。

　　5结语

　　为主动适应新时代智能化背景下化工领域对人才培养的实践创新能力要求，本课程深入贯彻理论知识和实践能力一体化的教学理念，构建了以工程项目为主线驱动的化工单元操作实训教学的改革。通过整合重塑教学内容，多方位整合教学资源，包括课本知识和线上操作，完善评价体系等系列内容对化工单元操作实训课程进行改革与实践。教学效果良好，学生的实践能力得以提升，课程内容得以优化。今后将在此基础上，增加实地调研环节，优化化工单元操作体系，整合项目实践内容，深入理解应用型高校的培养育人理念，实施实训教学的思政改革，掌握前沿工程实践实例，编写单元操作指南，不断更新教学模式，以更好地适应新时代背景下对于人才的要求。

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