“三融合”育人模式在管式炉轻烃裂解探究型实验中的具体实践.pdf

作者简介:李庶峰,男,高级实验师,主要研究方向为石油化学.“三融合”育人模式在管式炉轻烃裂解探究型实验中的具体实践李庶峰,李传(中国石油大学(华东)化学工程学院,山东 青岛 )摘要:开展探究型实验项目建设过程中,教师发挥引领作用,将校内外优质资源转换为本科人才培养的资源,推动产教融合、科教融合、学科融合既“三融合”协同育人模式在实验课程中的具体实践.以学生为主体,以科研为导向,以问题为驱动,通过多种教学方式“具体而微”的教学创新应用,提高了课程的高阶性、创新性和挑战性,推动了独具石油化工特色卓越工程师培养模式的改革实践.关键词:探究型实验;育人模式;具体实践;轻烃裂解中图分类号:G S p e c i f i cP r a c t i c eo f“T h r e eF u s i o n”E d u c a t i o nM o d e i nt h eE x p l o r a t o r yE x p e r i m e n t o fT u b u l a rF u r n a c eL i g h tH y d r o c a r b o nC r a c k i n gL iS h u f e n g,L iC h u a n(C o l l e g eo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g,C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m,Q i n g d a o ,S h a n d o n g,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h ep r o c e s s o f c a r r y i n go u t e x p l o r a t i o n o r i e n t e de x p e r i m e n t a l p r o j e c t s,t e a c h e r sp l a yal e a d i n gr o l e i nt r a n s f o r m i n gh i g h q u a l i t yr e s o u r c e s i n s i d ea n do u t s i d e t h es c h o o l i n t or e s o u r c e s t oc u l t i v a t eu n d e r g r a d u a t et a l e n t s,a n dp r o m o t i n gt h e i n t e g r a t i o no f i n d u s t r ya n de d u c a t i o n,s c i e n c ea n de d u c a t i o n,a n dd i s c i p l i n e s i n t h e“t h r e e f u s i o n”c o l l a b o r a t i v e e d u c a t i o nm o d e i n t h e e x p e r i m e n t a l c o u r s e s W i t hs t u d e n t sa st h em a i np a r t,s c i e n t i f i cr e s e a r c ha st h eo r i e n t e d,p r o b l e m d r i v e n,t h r o u g ht h e“s p e c i f i ca n dt i n y”t e a c h i n gi n n o v a t i o na p p l i c a t i o no fv a r i o u st e a c h i n gm e t h o d s,w ei m p r o v e t h eh i g h o r d e r,i n n o v a t i v ea n dc h a l l e n g i n go f t h ec u r r i c u l u m I th a sp r o m o t e dt h er e f o r mp r a c t i c eo f t h e t r a i n i n gm o d eo f e x c e l l e n t e n g i n e e r sw i t hu n i q u ep e t r o c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c s K e y w o r d s:e x p l o r a t o r ye x p e r i m e n t;m o d eo f c u l t i v a t i o n;s p e c i f i cp r a c t i c e;l i g h th y d r o c a r b o nc r a c k i n g 引言“轻烃管式炉裂解实验”是国家级一流专业 化学工程与工艺所属核心课程的实验教学项目.课程以培养知识、能力和素质三位一体的高素质化学工程技术人才为目标.实验项目以产出石油化工中的基本原料“三烯三苯”为目的,关联产品的生产原理、工艺流程及关键设备、生产过程影响因素的选择、产品控制指标及过程的物料衡算和热量衡算方法等,为学生从事化工过程的开发、装置设计以及科学管理打下牢固基础.专业课程实验要求学生有较强的化学工程与工艺专业背景,具备化学和化工原理等基础理论知识以及物理、电工和仪表等相关的基本实验技能.与基础课程实验相比,其流程长、过程复杂、变量多、规模大,学生需要系统规划设计实验的过程和步骤,来培养实操能力、分析问题和解决问题的能力、创新思维能力以及参与科学研究的能力.促进教育链、人才链与产业链、创新链的有机衔接,是当前推动人力资源供给侧结构性改革的迫切要求.为适应本科教育教学改革,创新育人机制,在教学过程开展产教融合、科教融合、学科融合(以下简称“三融合”)协同育人的具体实践.为了探索特色工程文化育人模式的新方式,打造高端化工人才育人平台,赋能化工精英人才成长.项目将提升学生自主设计和探索创新能力、建设成为探究型教学实验为目标.项目的规划和实施中充分考虑通识技能和多学科知识关联的要求,将反应工程、工艺学、动力学、分离工程等课程有机融合,进行理论讲授和实践训练,使学生从方向和不同层面上得到锻炼.“三融合”双创型人才培养模式的探索与实践为提高实验项目的挑战度,强化培养学生探索创新能力,打造实验“金课”,开展了探究型实验项目的建设工作.专业教师以本为本、潜心育人,在项目实践过程中发挥引领作用,将校内外优质资源转换为本科人才培养资源和优势,推动“三融合”协同育人往深里走、往实里走、往可持续发展走,促进独具石油化工特色的文化建设.产教融合方面坚持产业需求与教育的目标导向相统一,推动教学内容与行业企业全方位、全过程的深度合作,改进人才培养供给侧与需求侧的“两张皮”现象,着力提高教师教书育人水平和学生适应行业发展、开拓创新引领未来发展的能力.如何在具体项目实践中细化实施,这就要求教师发挥个人主动性,将自己在油田、炼厂和设计院等单位的研学经历,获得的第一手信息在课堂上展示传授给学生.化工技术日新月异,教材落后于工业技术实属正常,在讲清原理的基础上,教师讲解新技术、新工艺的进展,将最新技术和工艺介绍给同学.化工专业学生在进行“炼化工厂生产实习”、化工设计院交流过程中,了解了企业发展的技术、管理和人员素质等方面的切实需求.比如在胜利炼油厂乙烯车间的访学过程中,掌握了生产工艺实际应用和改进,设备单元的功能开发、生产能耗平衡与再利用、废水废气废油的净化循环使用的绿色工艺概念,认知了实际应用场景以及由此建立起科研方向概念.在具体的实践教学中,具有生产实践经验的教师为学生讲解工艺流程、装置运行、设备选型以及绿色环保、低碳经济等方面的知识,有针对性、可具体化,便于学生切入工业生产或工艺设计的场景中,增强了代入感.学生带着问题和思考,与实验过程相结合,要么自行解决问题,要么向教师咨询并研讨,最终解决问题.教学过程让学生印象深刻,理论指导实践,实践印证理论,丰富了课堂内容,提高了学习兴趣,同时提高了教师的教学水平,使得“产教融合”得以在具体工作中细化完成.科教融合方面如何强化科研育人功能,把“科学研究的密度”转化为“教学创新的浓度”,把科研平台变为人才培养平台,按照学院教学要求引导学生早进课题、早进实验室、早进团队,激发学生的学术志趣,培养学生的批判性思维和创新实践能力.实验装置示意图见图、图.前沿探索图轻烃裂解装置示意图图气体收集装置示意图许多科研课题采用与本实验项目相近似的原理工艺、仪器设备、实验方法.例如:重质油基碳材料的制备及其功能化应用、电极新型炭材料的研制、重质油裂解轻质化制备燃料油、绿色环保废油废液处理、生物质的高温裂解、炉膛内挂片研究表面结焦及高温水热反应的清焦问题等.相关课题组会接收优秀大学生进行创新实验.在课堂教学过程中,让参与“大创实验”的同学介绍和分享研究领域的国内外技术进展,讲解涉及的技术背景、实验方法和仪器设备.在完成本课程后增加了相关理论知识和实践经验的必要积累和储备,进行了相关科研领域的知识拓展,有利于学生们科研素质的提高.可以激发更多学生的研学兴趣,有利于下一阶段去申报创新实验项目,有利于毕业论文阶段提前进入科研状态.学科融合方面如何打破学科专业壁垒,推进多学科的交叉、渗透和融合,把学科融合优势转换为复合型人才培养优势,通过多门学科资源的介入,更好地达成教学目标,并在问题探究过程中全面培养和训练学生的跨学科思维能力和综合素养 .本实验项目涉及的学科多、流程长、过程复杂、可控变量多、操作难度大,设备装置多,工艺单元多.实验学时长达学时,实验装置操作耗时长,比如升温、反应、烧焦、降温阶段的时间分别为 h、h、h、h.充分利用实验操作间隔时间长的特点,在工艺设计原理、高温裂解自由基反应机理、管式炉反应特性、反应动力学计算、装置气密性检验、装置开停工技术要点、双柱塞流量泵使用、A I自动化仪表程序升温和P I D调节参数设定、热电偶分度选择、气相色谱仪分析方法等方面,进行知识的阐发和讲解.实验过程涉及动力学数据采集方法、装置材料的选用、仪表与自动化的专业知识、最优化数学方法的运用等多学科知识,这些需要多方面地积累及应用.教学环节需要做的工作包括:一是学生的课前调研,知识的准备;二是教师在合适的时间节点,进行启发、讲解或回应学生的提问;三是利用课后习题布置任务的形式,在实验报告中设置问题,作为学生成绩评定的依据.高校实验室科学技术这样学生将相关知识联系起来,融会贯通,课堂气氛活跃,学生参与度高.整个实验过程中学生感觉比较充实,感受到一定的学科知识的压力,激发了学习动力,培养了工程运行思维,训练了工程实践经验.由此依托“跨界课堂”、采用多维讲授的形式,实现助推“学科融合”在实验课堂中得以具体实践.“三融合”在实验教学方面的典型化应用 创新规范实验报告的撰写形式实验最终提交的报告分为文献综述、预习报告和正式报告.预习报告右侧纵列部位的三分之一处,预留实验过程现象记录、分析、解决的页面.预习版面记录预习过程疑点、难点和相关扩展知识.包括正常情况及可能出现的非常态情况比如:控温不稳、气密性不足导致的漏气和滴液、采样操作不当等.在实验过程中记录下自己小组发现的现象、遇到的情况、分析问题的过程、处置问题的方法、实验相关的思考或建议等;也可以记录其他小组的相关情况,作为自己以后相关工作的参考和借鉴.实验必须提前进行预习,提前考察实验室.在课余时间进入实验室考察现有装置、试剂等条件.通过查阅资料、参考炼厂实习的内容、课程设计阶段的要求和规范,了解管式炉裂解制烯烃的工艺路线、进行设计所需要的参数等,结合专业发展的国内外进展情况,撰写相关文献综述.实验过程中教师以提问的形式让学生陈述文献综述的内容,作为考核的参考.与“化工工艺课程设计”