《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》课程思政优秀教学案例

“思政引领下氯乙酸虚拟仿真实验国家级一流本科课程教学案例”  

化学与环境科学学院 庞秀言 边刚

课程名称：《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》

课程性质：必修

授课对象：化学学院全部专业、生命科学学院生物工程专业

教学方式：线上、线下混合

一、课程简介

《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》为首批虚拟仿真实验类国家级一流本科课程，课程以原料制备与输送、氯乙酸合成与分离、尾气回收与处理为主线，将化学基础理论、化工单元操作与设备融入仿真实验。通过课程的实施：可以使学生综合运用化学基础理论、原料产品的物理化学特性以及化学工程知识组织工艺流程的解决实际问题的能力得到提升；在工艺流程优化、原料回收、三废处理的工艺引导中，使学生具备理论联系实际、清洁生产、节能的工程素养；通过工艺背景与化工前辈的创业精神的熏陶,使学生树立爱国家、爱社会、爱学校的意识，并在学习中发扬拼搏精神。

该课程由认识实习与生产实习两大部分组成。认识实习重点介绍氯乙酸反应原理、生产工艺流程、基本化工单元操作、典型设备、物料性质及安全生产知识。生产实习中以乙酸进料、液氯汽化、进料、氯化反应工艺参数调节与控制为目的，侧重氯乙酸安全生产。课程实施过程以学生为中心，采用“引领式”、“探究式”的BOPPPS模式，充分利用课前、课上、课后教学环节，采用线上、线下混合模式完成教学内容。课程教学管理与评价可以精准到课前、课中、课后。在完成知识目标的同时，有效融入思政案例，做到知识目标与育人目标相辅相成。

二、“课程思政”总体设计情况

《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》为虚拟仿真实验类国家级一流本科课程。该课程不但可以通过综合运用基础化学、化学工程基础等知识培养学生解决实际问题的能力。同时，化工前辈的创业精神、理论联系实际崇尚科学的案例、绿色环保的发展理念、过程优化与持续发展的意识等一系列丰富的思政素材可以助力学生工程素养及正确的人生观、价值观的培养。

(1)结合教学内容挖掘化工前辈的创业精神和杰出贡献，激励学生继承前辈的爱国精神、创业精神，培养爱国、爱社会、爱学习、拼搏向上的情操。

(2)结合氯乙酸反应原理、工艺流程的教学，理论联系实际，培养学生的崇尚科学、实事求是的态度

引导学生利用反应动力学知识,确定需要通过传热单元操作,将液氯变为氯气,以便提高反应速度;利用反应热力学知识,根据控温的要求，解释为什么反应需要采用在分程控制下分别通入水蒸汽、冷却水的夹套式釜式反应器;利用有机化学知识，分析从乙酸、氯气到氯乙酸的反应历程（图1）。使学生认识到崇尚科学、理论与实际结合的重要性。

图1 氯乙酸反应原理

(3)绿色环保的发展理念、过程优化、节能与持续发展的意识

在利用吸收氯化氢副产盐酸、原料及中间体的冷凝回流、过滤母液的回收处理、利用位能差值完成氯化液、结晶悬浮液、滤饼的自动输送、为了减少机械能损失而将液氯储罐、液氯汽化器与氯气缓冲罐三个设备进行直线连接的布置等的引导中(图2)，有意识的培养学生绿色化学的发展理念，以及过程优化、节能与持续发展的意识。

图2氯乙酸生产工艺设备立面布置

(4)3D虚拟仿真实验手段应用，丰富了学习方式，激发学习兴趣与积极向上的求学态度

逼真的3D工艺场景、身临其境的效果、适宜自学的任务引领模式（图3），使学生得到了一种全新的体验，感受到了互联网+教育的独特魅力，激发学习兴趣与积极向上的求学态度。

图3 《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》学习场景

三、“课程思政”教学实施思路

化学是一门以实验为基础的科学。作为“国家一流本科专业”的化学专业，肩负着培养拔尖人才与应用型人才的重任。学生已经在《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》等课程中掌握了反应原理、反应热力学、反应动力学基础知识，在《化学工程基础》理论课程中储备了化工传递工程学及化学反应工程基础知识。但是，他们尚不具备综合运用基础化学知识、化工单元操作知识按照化工生产的需要，组织、优化工艺流程的能力。为此，课程教学团队以氯乙酸的合成、分离以及尾气回收为主线，在教学中精心设计实施了《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》。

在教学内容组织上，凸显课程的特点，（1）将反应原理、物料性质、基本化工单元操作与设备、工艺流程、设备布置及安全生产知识融入认识实习部分，学生按照任务引导，对反应原理、工艺流程等工艺知识、氯化反应釜、离心机等设备知识、氯气、氯乙酸、硫磺等危险化学品的使用、急救等安全知识进行学习。（2）生产实习中以乙酸进料、液氯汽化与进料以及氯化反应工艺参数调节与控制为目的，引导学生根据提示进行2D或3D界面现场操作，通过观察仿真系统各参数的变化及反馈，实时进行参数调节，掌握反应温度、压强、氯乙酸含量等参数的变化特点及控制要求。（3）为了保证学习效果，除了同步内嵌在仿真实验软件中的相关知识点、考核试题外，提供了配合检验学生课前预习效果的预习考核试题，以及检验软件学习效果的总结考核试题。

在教学内容的实施上：（1）遵循教学规律，以学生为中心，采用“引领式”、“探究式”的BOPPPS模式进行教学（图4），提高学习效果。（2）强化实验操作，提高工程认知能力。学生单人单机，采用任务引领模式，沉浸于3D场景下进行学习（图5）。新颖、安全的学习方式，提高了学生的学习兴趣，激发了探究心理。（3）教学过程以课程大纲为依据，在完成知识目标的同时，探究适宜的思政案例与切入点，做到知识目标与育人目标相辅相成。实现了政治性与学理性、理论性与实践性、灌输性与启发性、显性教育与隐性教育四个统一。①结合《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》工艺背景，弘扬化工前辈的创业精神和杰出贡献，激励学生爱国家、爱社会、爱学校、爱学习，并在学习中发扬拼搏精神；②结合氯乙酸反应原理、工艺流程、设备布置的教学，培养理论联系实际、崇尚科学、实事求是的态度;③通过工艺流程优化与实施，培养绿色环保、节能、可持续发展的工程理念。④在提高学生的知识与能力水平的同时，通过营造开放的教学环境，以及教师的严谨治学、为人师表的教学态度，对学生进行了职业道德的隐性教育。

图4 “引领式”、“探究式”的教学模式

图5仿真实验操作

四、教学特色与创新

在《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》实施过程，以“立德树人”为根本宗旨，坚持知识目标与育人目标相辅相成，确保“课程承载思政，思政寓于课程”。做到了政治性与学理性、理论性与实践性、灌输性与启发性、显性教育与隐性教育四个统一。

案例1：结合教学内容挖掘化工前辈的创业精神和杰出贡献，提升学生的爱国精神和创新与拼搏意识。

《氯乙酸生产工艺3D虚拟仿真实验》工艺背景为《河北诚信集团有限公司》的氯乙酸工艺（图6）。公司现有员工4800人，是中国最大的氰化物及其衍生物的生产基地之一。公司已通过质量管理体系认证，环境管理体系认证，职业健康安全管理体系认证和KOSHER食品认证,具有进出口经营自主权，产品远销南北美、欧洲、亚洲、澳大利亚、南非等几十个国家和地区，在国际上享有极高的信誉和知名度。《河北诚信集团有限公司》党委书记、总经理褚现英为河北大学化学系82届毕业生（图7），其自担任河北诚信有限责任公司领导以来，将一个亏损160万元、濒临倒闭的小厂，发展成为年销售额已经达到60多亿元，累计上缴税金16亿元的《河北诚信集团有限公司》。褚现英先后获得“专业技术拔尖人才”、“优秀企业家”、“劳动模范”、“有突出贡献的企业家”、“河北省‘百名杰出企业家’”、“全国劳动模范”称号。为了回报社会与母校，公司每年为河北大学化学与环境科学学院提供20余人的为期一周的全程免费实习。为母校毕业生提供多个就业岗位，每年接收河北大学各专业毕业生不低于20余人次。

图6 河北诚信集团有限公司生产设备 图7 褚现英

2.通过理论联系实际，既培养了学生崇尚科学的态度，又提高了其学习兴趣，明确了学习目标。

案例2：引导学生利用反应动力学知识,确定需要通过传热单元操作,将液氯变为氯气,以便提高反应速度（图4）;利用反应热力学知识,根据控温的要求，解释为什么反应需要采用在分程控制下分别通入水蒸汽、冷却水的夹套式釜式反应器;利用有机化学知识，分析从乙酸、氯气到氯乙酸的反应历程。使学生真正认识到理论学习、理论与实际结合的重要性（图8），认识到了化工生产的科学性、严谨性、实践性，病把这种积极情感应用到专业乃至生活中。

图8 学生感想与收获（1）

图8 学生感想与收获（2）

图8 学生感想与收获（3）