产学合作育出塔里木大学美丽的“沙漠之花”

　　产学合作育出塔里木大学美丽的“沙漠之花”

　　——田维亮老师主持教育部产学合作协同育人项目硕果累累

　　2019年12月，塔里木大学田维亮副教授获批教育部产学合作协同育人项目“新工科背景下化工原理实验信息化教学的改革与探索”(项目编号201901022013)，合作企业北京捷冠科技有限公司。该项目旨在建设线上线下教学为主的实验教学平台和网站，及相关课程教案和方法的教学知识体系。通过互联网+教育技术，建设化工原理实验教学资源库，提高学生对化工原理实验的兴趣。通过引入过程考核，引领化工专业实验课程的教学改革，提升实验教学质量和效益。

　　一、项目背景

　　实验教学与理论教学相结合，对培养理工科学生理论联系实际的能力尤为重要。化工原理实验教学是化工原理教学的一部分，结合化工原理课堂教学，有针对性地开设的一系列验证实验、综合性和设计型实验，实现理论教学和实验教学的融合，扩大对课堂教学内容的感性认识，提高学习兴趣，促进对化工单元操作理论知识的理解和掌握，培养理论联系实际的能力和工程素养，通过化工原理的实验教学，不但可以巩固和深化理论知识的学习，而且可以培养分析解决问题的能力、科学的思维方式。

　　化工原理实验教学是化工原理教学的一部分，通过化工原理的实验教学，不但可以巩固和深化理论知识的学习，而且可以培养学生分析解决问题的能力、科学的思维方式等。学生只有通过一定量的实验训练，才能掌握各种实验技能，为将来从事化工相关工作和科学研究打好基础。化学原理实验教学，能巩固和深化理论知识，培养学生理论联系实际的学习方法和从事科学研究的能力，培养科学的思维方法，严谨的科学态度和良好的科学作风。

　　近些年来，现代化工厂逐渐实现自动化和半自动化的生产控制，现场技术工作人员也可以从繁杂的操作中解脱出来，然而对专业技术人员也提出了更高的要求。目前，大型化工厂基本都采用DCS系统中央集中控制，因此除了让技术人员掌握基本的化工单元操作知识外，还需要熟悉计算机DCS系统中央集中控制的相关知识。因此，现代的化工单元操作实验教学也需要跟随社会发展的要求，进行教学改革，化工单元操作仿真教学便成为关注的焦点。

　　目前，在化工原理实验教学中，产生了一些问题：理论教学与实践脱节;实验报告的书写不够重视;学生学习兴趣不高;重理论轻实验的课程安排;实验设备陈旧。以上问题，需要更多的途径去改变目前的教学状态，达到一个教师和学生都满意的效果，真正做到提升学生的综合能力。信息化背景下，教育信息化是当今时代教育改革的必然要求，也是教育现代化的核心特征。信息技术在高等教育领域教学和管理方面的应用不断加深，大大促进了教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。故此，项目组便有了将互联网和信息化技术用于化工专业实践教学的想法，并付诸实践。

　　二、虚拟仿真技术创新教学信息化教学模式

　　虚拟仿真技术在化工原理实验教学中的应用，不仅不用面对高温高压等实际问题以外，而且大大提升了同学们对化工原理实验的兴趣。三维、高逼真度、高交互操作、全程参与式、可提供实时信息反馈与操作指导的化工实验虚拟仿真软件的研发，辅助化工理论教学，在开始实验之前仿真实验可以让同学们进一步熟悉理论知识，除此之外可以预习实验，对之后要做的实验有全面的了解，促进其融会贯通、巩固所学，为进行实际设计与操作大型装置奠定良好基础。开始实操之前教师会对每个实验进行详细的讲解和操作，而且同学们已经通过仿真软件对要进行的实验有了较充分的了解，虚拟仿真技术和化工原理实验实操相辅相成。虚拟仿真软件和现场实操相结合，对所学知识接受更完全、了解更透彻。

　　3D虚拟仿真软件可将复杂的化工操作进行一个逼真的模拟，增加操作的真实感。通过 3D 动画、视频、图片等多媒体技术，能够比较清晰地表现现场路径和设备操作细节，如此提升了学生自学能力、实践操作能力、创新能力、分析、解决问题的能力，更加真实地体验了实际操作的感受，有效激发了学生的学习兴趣，提升了学习效果，使学生能够深刻掌握相关专业知识。虚拟仿真实验室可以将化工生产过程当中的管道、阀门、泵、换热器、反应器等各种单元操作以及完整工艺流程直观的呈现出来，让学生产生身临其境的真实体验感。对于实践环节中比较重要的实习，虚拟仿真装置能逼真地模拟工厂开车、停车、正常运行和各种事故状态。学生采用虚拟仿真软，再现了一个能够亲手操作的虚拟仿真平台，使化工专业的学生在进入工厂之前先有一个感性认识和理解，锻炼学生的动手能力，将学习的理论知识运用于实践当中，进一步巩固、深化已经学过的理论知识。

　　仿真实验可突破时空限制进行大规模的“克隆班”授课，形成高效便捷、形式多样、“线上+线下”结合的教师教学模式，实现了无纸化实验报告，真正进入了云教学时代，同学们可以随时随地进行个性化的自主学习。将虚拟仿真教学等信息化教学方式融入现有的教学模式，推动化工原理实验教学的现代化、高质量、信息化改革。

　　三、产学合作协同育人项目硕果累累

　　1.“传热3D&VR虚拟仿真综合实验项目”获批国家级一流课程

　　2018年，塔里木大学“传热3D&VR虚拟仿真综合实验项目” 2018年参加一流课程评选。当时，全国共有186所高校的766项目参评，最终296个项目入选国家虚拟仿真实验教学项目，涉及23个学科领域，其中化工与制药类申报75项，获批18项。全国化工与制药类获批国家虚拟仿真实验教学项目共计30项。本实验项目成功晋级，为学校相关专业的建设提供了难得的机遇。

　　国家级一流本科课程证书

　　教育部实验空间网站显示，获批国家一流课程在全国10多个省市推广，已被太原科技大学、湖南理工学院、武汉科技大学、重庆文理学院和江汉大学等高校使用。学生评价4.6分(满分5分)，点赞4695次，网站点击浏览量达到4.1万。

　　“传热3D&VR虚拟仿真综合实验项目”截图

　　2.获省部级项目等10余项

　　本团队获省级项目9项，校级项目3项，1人获得新疆自治区和校级“教学能手”荣誉称号，1人入选新疆兵团高等学校优秀青年教师，“兵团英才”1人，兵团中青年科技创新领军人才1人，多次获得优课优酬称号。

　　3.《化工原理实验与单元仿真》教材已印刷5次

　　在学校和学院支持下，田维亮老师组建了化工原理实验教学团队，开发的课程达到了国内先进水平，正在建设和申请国家级虚拟教研室。《化工原理实验与单元仿真》教材已被安徽理工大学、徐州工程学院、电子科技大学成都学院、西昌学院、成都师范学院、河西学院、黔南民族师范学院等全国10多所高校使用，效果良好。

　　4.获专利和软件著作权证书12项

　　化工实验课程已获得软件著作权证书10项，申请国家实用新型专利和发明专利2项，已经推广到其他课程中去，教学效果良好。

　　5.获省级以上奖项40余项

　　项目组老师带领学生参加全国大学生化工实验竞赛，并进入全国总决赛。近年，参与学科竞赛5项，专业2项，覆盖1000多人次，获省级及以上奖项40余项。

　　田维亮老师等指导学生参加比赛获奖

　　四、项目意义与成果借鉴

　　在“智能+”背景下，项目执行期筹建了化工原理实验教学团，以“虚拟仿真”技术和“互联网+教育”模式为实验和实践教学研究载体，构建一个“互联网+”的信息化和现代化全国共享实践平台与方案，构建云教室和云课堂。通过项目实施促进优质课程资源的广泛共享，助力优质教学模式的相互借鉴，形成基层教学组织建设管理的新思路、新方法、新范式，构建新型基层教学组织体系，厚植教师教学成长沃土，加强跨校、跨地域的教研交流，推动互联互通、共建共享。

　　1.解决了课程如何以学生为中心、满足个性化需求，真正实现因材施教的问题：部分实验实行分类教学，创建了闯关式学习模式，学生根据自己的能力水平，进行自由选择，不通过可以再学，直至通过课程。

　　2.理工科课程难度大和抽象难理解，枯燥乏味，针对学生学习兴趣低的难题，本课程解决部分学生学习兴趣低的难题，教学中引入三维动画和工厂的3D立体演示实验过程与原理、手机APP和VR增强现实技术，再现实际生产过程，学习场景更加逼真，解决了教师照本宣科、学生被动接收，课堂教学以单向的知识传递为主、交流互动严重不足、难以真正教学相长的问题，克服理工科学习枯燥乏味的劣势。

　　3.针对实验过程量化考核难的问题，采用信息化和智能化为载体的在线教学辅助教学手段，采用了权重给分制，实时显示成绩，学生能随时掌握学习情况，调整学习状态。通过网络实时显示分数解决了传统学业评价“期末一考定成绩”、实验报告、“60分万岁”、不能真实反映学生能力和水平、无法驱动有效教与学的问题 。

　　4.针对提高实践教学效果难度大的难题，教学引入线上线下混合式的教学模式，操作视频随时呈现，建成了网络云教室，校园、走廊、宿舍等公共空间都是学习空间。

　　5.针对化工复合型人才培养的难题，形成以“基础—专业—设计应用”为主线，将过程设计引入教学，激发学生兴趣，拓宽视野，启迪思维，达成实验教学“目标—过程—评价”的一致性。

　　6.促进中西部优质教育资源的互补，实现南疆高等教育质量的“变轨超车”或“弯道超车”，实现教育公平。

　　7.通过自主研发的一流课程网络平台，实现互动互惠的“克隆班”教学，推动在线开放课程的广泛应用，实现大规模教学。

　　8.实现了课程核心价值观引领，将课程思政引入教学，强化工程理念和工作伦理教育。

　　9.实现了无纸化实验报告，真正进入了云教学时代。

　　教育部产学合作协同育人项目“新工科背景下化工原理实验信息化的探索”具有典型性和代表性，突出了产学合作的新理念、新模式、新成效，成果显著、影响力大、辐射面广，具有示范意义及推广价值。教育部产学合作协同育人项目以产业和技术发展的最新需求推动高校人才培养改革，促进产教融合、产学合作、协同育人，实现了高校人才培养与企业发展合作共赢。(文/李昌奎 田维亮)