新工科、新文科建设优秀案例丨基于“两融合三交叉”的过程装备与控制工程专业实验教学模式探索与实践

案例名称：基于“两融合三交叉”的过程装备与控制工程专业实验教学模式探索与实践

负责人：姚剑飞

所在学院：机电工程学院

一、负责人及团队介绍

1.负责人简介（不超过150字，附负责人照片1张）

姚剑飞，机电工程学院，教授，北京高等学校优秀专业课主讲教师、北京化工大学教学名师，主讲《过程装备控制技术及应用》等本科课程，负责专业实践教学建设及综合改革工作。主持校级教改项目2项，发表教改论文2篇，出版教材1部。获中国石油和化工教育教学优秀成果一等奖、北京市大学生工程实践与创新能力大赛特等奖等教学成果奖10余项。

2.团队介绍（不超过200字，附团队照片1张）

团队由姚剑飞、钱才富、于洪杰、潘鑫、吴志伟5位教师组成，其中教授2名、研究员1名、副教授1名、讲师1名。针对传统专业实验教学对创新人才培养支撑不足的问题，团队开展了基于“科教融合”的专业实验教学模式的探索和建设，构建了专业实验教学体系，并已在专业创新人才培养中实践多年。团队承担了教育部产学合作项目等多项教改项目，研发了多套专业实验装置，已被全国70多所高校使用，引领了全国过程装备与控制工程专业实验建设和改革的方向。团队获得国家级教学成果二等奖、北京市教育教学成果一等奖等教学成果奖项。

二、案例解决的主要问题

（分条罗列，不超过300字）

问题1：过程装备与控制工程专业传统实验教学存在“重设备，弱控制”的现象，实验教学装置侧重机械设备的实验较多，而控制的实验较少。

问题2：专业传统教学实验难以融合优秀的科研成果，导致教学和科研互动性差，学生难以接触学科前沿。

问题3：专业传统实验装置覆盖的课程内容较少，实验功能单一，导致装置空置时间长，利用率较低。

三、改革思路与举措（不超过1000字）

改革思路图

具体举措一：坚持机械与过程和控制学科交叉，合理解决了“重机械、弱控制”的专业实验教学问题

针对传统过程装备与控制工程专业实验装置“重机械、弱控制”的问题，坚持设备与控制相融的设计理念，开发的过程装备与控制工程专业实验装置将传统化工机械换热器、离心泵、压缩机、阀门等设备实验与工艺实验、压力/流量等各种参数控制实验有机融合为一体，构建了具有学科交叉特色的专业教学实验平台，增开了二十余个过程装备与控制相关的实验科目，有效地解决了专业实验中控制类实验偏少的问题，强力支撑了一流专业建设和改革。

具体举措二：将虚拟和实际融合，通过创新设计，有效解决了实验装置功能单一、覆盖教学内容少的问题

针对专业传统实验台覆盖课程教学内容较少的问题，将课程理论知识与专业实验实践相融合，开发了能够覆盖大部分专业教学内容并具有北京化工大学自主知识产权的过程装备与控制工程专业实验装置；通过创新设计，将开发的虚拟仿真软件与实验装置相结合，开设了近40项实验科目，解决了实验设备投资大、实验项目单一、装置利用率低等问题。这些实验装置开设的实验项目能够覆盖《过程设备设计》、《过程流体机械》、《过程装备控制技术及应用》等专业核心课程的大部分教学内容，内容涉及装备、工艺和控制领域相关知识。通过开发融合过程设备与过程参数控制、从而提高了学生参与性，丰富了实验内容的多样性，有利于加强学生动手实践能力、创新意识和科研素质的培养，有效地支撑了专业核心课程的一流课程建设。

具体举措三：将科研与教学融合，显著提升了专业实验的前沿性和创新人才培养力度  

将高金吉院士团队的先进科研成果应用于实验装置的设计中，提高了实验装置的先进性和综合性。在实验内容方面，基于高金吉院士团队负责的国家973项目和国家自然基金重点项目的部分科研成果设计的实验装置以及开发的实验教学科目，将传统经典的教学内容与先进的科研成果相融合，大大提高了教学实验的前沿性，使学生能够接触一些前沿的科研成果；开设验证型、设计型、研究型实验，学生可以自己选择或设计实验方案，强化了实验教学与科研的互动，显著的提高了专业实验教学水平，大大拓宽了专业内涵，高效支撑了创新人才的培养。

四、特色及创新点

（分条罗列，不超过800字）

（1）开发了“科教融合”的过程装备与控制工程专业教学实验装置

将高金吉院士团队的前沿科研成果与先进的测试控制技术相结合，研制了多套过程装备与控制工程专业综合实验教学装置，出版了实验教材，开设了蕴含最新科研成果的教学实验内容，针对性的解决了传统专业实验教学和科研互动性差的问题，提高了实验教学的前沿性，提升了学生动手实践能力、创新意识和科研素质，为过程装备与控制工程专业获批国家一流专业建设点、首批获得“卓越工程师人才培养计划”建设点，并3次通过专业工程认证，提供了有力支撑。

    （2）建立了具有学科交叉特色的过程装备与控制工程专业实验教学体系

过程装备与控制工程专业实验教学，坚持“巩固理论知识、提高动手能力、强化创新意识、培养科研素质”的实验教学理念，建立了覆盖专业核心课程的实验教学体系，开发了融合过程工艺、设备与参数控制的集成验证型、设计型和研究型实验项目，使得原有不到10个机械类专业实验项目发展到超过40个、内容涉及机械、工艺和控制的综合实验项目，编写了专业实验教程和仿真程序，有力的支撑了专业核心课程的一流课程建设。

（3）构建了课程实验、创新实验、学科竞赛“三位一体”的创新人才培养模式

将优秀科研成果与专业实验相融合，将开发的虚拟仿真软件与实验装置相结合，构建了“科教融合、虚实融合”的“两融合”专业实验平台。提出的仿真演练与实际操作相结合的实验教学模式，解决了因疫情等原因无法现场授课的难题；同时，学生在实验课之前进行实验仿真，进一步理解实验原理、熟悉实验过程、掌握实验技能、加深实验印象，可更加高效的完成实验课程。学生经过在该框架下的多层次创新训练，显著提升了实践能力，提高了学习热情和创新意识，积极参加各类创新大赛并获奖。

五、实践效果及推广应用

实践效果（不超过200字，可附相关图片）：

案例实现了机械与过程和控制知识的交叉、教学与科研的融合、虚拟与实际的融合，解决了专业教学实验“弱控制、少科研、偏覆盖”的问题，提高了学生学习兴趣和创新热情，教学效果显著提升。在专业实验平台的支撑下，学生积极参加创新实践竞赛，获得了全国大学生电子设计竞赛全国一等奖、中国大学生机械工程创新创意大赛三等奖、北京市大学生工程实践与创新能力大赛特等奖等奖项。学生的专业知识拓展到了涉及机械、工艺、测试及控制等多领域知识，就业领域拓宽到了石油化工、能源、航空航天、冶金、轻工、制药、环保等多个行业，毕业生受到社会和用人单位的广泛认可。

推广应用（不超过200字，可附相关图片）：

（1）研制的科教融合的实验装置等教学资源产生了引领和辐射示范效应

    研制的专业实验装置功能丰富、综合性强、性能先进，受到了普遍好评，获得了中国高等教育学会主办的第六届全国高等学校教师自制实验教学仪器设备创新大赛三等奖，已被国内70余所高校采用，引领了全国过程装备与控制工程专业实验建设和改革的方向。

    （2）构建的“两融合三交叉”的实验教学模式发挥了重要支撑作用

    案例已在北京化工大学过程装备与控制工程专业的本科实验教学中应用多年，教学效果显著。获得了由中国石油和化工教育教学优秀成果一等奖，全国机械类课程教学研讨会最佳案例奖等奖项。有力支撑了过装专业首批获得“卓越工程师人才培养计划”建设点，首批获得国家一流专业建设点，并3次通过专业工程认证；《过程设备设计》获批国家级一流课程、《过程装备控制技术及应用》获批北京市优质本科课程、《过程流体机械》获批校级一流课程。

（3）依托“两融合三交叉”的专业实验平台，学生得到了有效的实践锻炼，提升了科研创新素养

    以专业实验平台为依托，学生积极参加创新竞赛，获得了全国大学生电子设计竞赛全国一等奖1项、全国大学生过程装备实践与创新大赛一等奖1项、全国大学生工程训练综合能力竞赛二等奖1项、中国大学生机械工程创新创意大赛二等和三等奖各1项，以及多项省部级大赛奖项。