摘要: 随着世界能源需求的转型，炼油产品的需求发生较大变化，由“油主化辅”向“化主油辅”转变，契合“双碳”发展目标，炼油技术整体向绿色低碳一体化技术转型。为适应炼油行业对一流技术人才工程能力、创新能力的发展需求，教学团队对《石油炼制工程》课程进行了创新改革。首先，教学团队构建了包含典型炼油工艺、一体化炼油工艺、未来炼厂工艺的三阶教学内容，以炼油行业技术发展问题为导向，开展线上线下混合式教学。其次，团队基于OBE理念，以提高学生的工程能力和创新能力为成果导向，开展了与《化工设计》课程相融合的项目式教学。再次，团队以“弘扬石油精神，提升专业能力，增强职业素养”为目标，在知识传授、能力培养、素养提升三个阶段分别融入思政教育元素。最后，团队采用案例式、项目式、讨论式三种教学方式，构建了“多元化 信息化 开放性”课程考核模式。
Abstract:
With the transformation of global energy demand, the demand for refinery products has undergone significant changes, shifting from “oil-dominated and chemicals-supplemented” to “chemicals-dominated and oil-supplemented”, in line with the “dual-carbon” development goal. As a result, refinery technology is transitioning towards an overall green, low-carbon, and integrated technology. To meet the development needs of the refinery industry for top-tier technical talents with strong engineering and innovative abilities, the teaching team has undertaken innovative reforms in the course of Petroleum Refining Engineering. Firstly, the teaching team has constructed a three-tier teaching content system that includes typical refining processes, integrated refining processes, and future refinery processes, guided by the technological development issues in the refining industry, and has implemented blended online and offline teaching. Secondly, based on the OBE concept, the team has conducted project-based teaching integrated with the Chemical Engineering Design course, aiming to improve students’ engineering and innovative abilities. Thirdly, with the goal of “promoting petroleum spirit, enhancing professional ability, and strengthening professional ethics”, the team has integrated ideological and political education elements into the three stages of knowledge transfer, ability cultivation, and quality improvement. Finally, the team has adopted three teaching methods: case-based, project-based, and discussion-based, and established a “diversified informative open” course assessment model.
1. 引言
随着我国经济的高速发展，工业生产规模和产量不断扩大，二氧化碳的排放量逐年增加，引发温室效应，将对人类社会和生态环境造成严重影响。根据《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》及《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，国家发展改革委、国家能源局印发了《“十四五”现代能源体系规划》的通知，指出炼油行业作为碳排放大户(2020年炼油行业二氧化碳排放量为13.84亿吨)，势必进行绿色低碳转型，炼油工艺将向绿色低碳一体化方向转型 [1] 。
我校化学工程与工艺专业是重庆市特色专业、重庆市一流专业。根据学校“行业性、地方性、开放性、应用型”办学定位及专业“服务行业、面向全国”的办学宗旨，该专业旨在为炼化行业培养具有良好自然、人文、工程素养及创新能力的高素质应用型工程技术人才。《石油炼制工程》作为该专业的特色课程，以“石油化学知识”和“典型炼油工艺原理及流程”为核心内容进行系统授课，培养学生具有能综合运用炼油工艺原理去解决化工生产涉及反应、分离、节能、环保等共性复杂问题的能力和素养。为契合炼化行业对专业培养人才的能力和素养的需要，要根据当前炼油行业的技术变革，对《石油炼制工程》课程的授课内容、教学模式、教学方法、考核方式等进行系列改革。
2. 炼油工艺技术现状分析
随着我国能源需求转型，石油产品的燃料端产品需求将逐步减少，化工端产品需求将大幅增加。契合双碳发展目标，炼化工艺逐渐向“绿色低碳一体化”转型，以最大化生产化工产品为目标 [2] [3] [4] [5] 。炼油工艺和理念将发生众多变化，炼油工艺将采用分子管理理念实现原油高效利用；催化裂化工艺技术逐步向靶向催化裂化转型；着重采用流程模拟技术对催化裂化、催化重整、催化加氢等工艺进行优化，达到节能降碳目的；在炼油工艺中要着重使用换热网络和余热利用新技术，体现能量高效利用 [6] [7] 。为培养符合炼油行业发展需求的高级技术人才，与炼油行业对接的《石油炼制工程》课程的教学势必要进行变革。
3. 教学过程中存在的问题
3.1. 炼油技术推陈出新，学生缺少有效学习炼油工艺的方法
本课程的教学主线是围绕“石油是如何变成石油产品”来展开的。炼化产品从现有的燃料为主向化工产品转变，炼化工艺由简单一体化向集约型一体化转型。加工过程中更注重工艺的绿色化、低碳化和资源高效利用。石油加工理念将发生变化，工艺流程日趋复杂。具有标志性的蒸汽裂解、催化裂化、烷基化、催化重整和加氢裂化等技术至今仍发挥重要作用。学生要在学习传统炼油工艺的基础上，理解新的炼油技术和理念，学习将现有工艺进行合理转型和优化的思维和方法，学生在有限的学时内难以对诸多工艺流程进行有效学习。
3.2. 炼油工艺特色鲜明，学生缺少深入分析流程特征的能力
炼油工艺相较其他化工流程具有原料复杂、产品繁多、工艺复杂的特征，工艺流程的特征直接受反应热力学和动力学特征的影响，为满足低碳、节能、降耗的要求，工艺流程还体现出相应的特征，需要学生综合运用专业知识进行分析。在炼油技术向化工一体化技术转型的时期，更需要综合运用专业知识对化工型炼油厂的反应基础与核心技术进行理解、分析，才能对转型技术进行有效评价和预测。因此，学习本门专业课需要具有非常强的专业知识综合运用能力，而我们的学生在此方面的能力显得不足。
3.3. 石油文化历史悠远，学生缺少对石油精神和专业的认同
石油化工行业专业性强，工作地点一般远离大城市，工作条件比较艰苦，大多数岗位需要倒班，很多学生对该专业的认同度低。对从事石油化工行业工作有抵触情绪，学生心中缺少对石油文化的理解，缺少对石油精神的认同。中国石油文化底蕴深厚，包含了开拓者的艰苦奋斗精神、科技人才的刻苦钻研精神、石油人的坚韧、创新、顽强不屈的精神。中国石油文化的传承是中华民族传统文化的延续，是新时代的工业文化，是中国石油工业继续前行的精神动力。在教学中系统融入石油文化和石油精神，学生在学习专业知识的同时，提升自身精神素养，才能真正成为未来的石油人。
4. 改革举措
4.1. 教学内容重构
炼油工艺向炼化一体化绿色低碳技术转型时期，产品谱系由汽、煤、柴向高质量三烯三苯化学品转变，炼油工艺逐步发生变化，在此背景下对教学内容体系进行梳理，构建三阶教学内容。以石油化学知识和传统典型炼油工艺(常减压蒸馏、催化裂化、催化重整、加氢裂化、清洁石油产品等)为一阶教学内容，是学习所有炼油工艺的基础和核心；通过该过程的学习，让学生初步建立化工工艺流程的思维。以传统炼油工艺为主线，梳理传统炼油工艺在节能降耗、一体化转型方面的工艺变化，形成二阶教学内容，通过学习让学生具有能综合运用前修知识分析化工工艺流程的能力。将以碳氢分子管理理念、循环利用技术、靶向催化裂化为主的未来炼厂工艺作为三阶教学内容，重在培养学生的创新思维和创新能力，具有能初步对工艺流程进行预测和评价的能力。以问题为导向，通过线上线下混合式教学模式对三阶教学内容进行组织实施 [8] [9] 。教学内容的重构及实施见图1。
Figure 1. Reconstruction of teaching content and teaching implementation
图1. 教学内容的重构及实施
4.2. 线上线下混合式教学的实施
针对重构的三阶教学内容，以学生为中心，以问题为导向，采用线上线下混合式教学模式分三阶段进行实施。
第一阶段：针对包含石油组成和物性、石油产品质量、典型炼油工艺及原理等比较基础、易懂的一阶教学内容。课前教师根据课程教学目标设置教学问题，学生以问题为导向，通过微课、慕课平台进行线上自学，完成自学笔记和绘制思维导图。教师在线下引导学生通过翻转课堂、小组讨论对线上学习内容进行梳理，形成炼油工艺的主线，将炼油工艺特征以问题形式提出。
第二阶段：以完成第一阶段学习后提出问题为导向，综合利用前修知识对炼油工艺特征进行分析。能结合炼油工艺原理深入分析炼油工艺特征，重点培养学生综合运用有机化学、化工热力学、反应动力学、单元操作及化工仪表、机械设备等专业知识，去深入分析、理解、设计炼油工艺流程的能力。依托典型炼油工艺，采用案例分析方式对炼油新技术进行学习和分析，培养学生的工程能力；结合国家炼油行业发展趋势，对炼油工艺面临的变化以问题形式提出。
第三阶段：以第二阶段提出问题为导向，通过项目作业的形式，完成对未来炼油工艺的分析和预测。学生运用流程模拟软件对未来炼油工艺进行初步设计，注重节能、降碳、循环利用，提升学生的创新能力。
4.3. 基于OBE理念与《化工设计》课程融合
以学生的工程能力、创新能力为成果导向，与《化工设计》课程融合开展项目式教学。《化工设计》是化工专业的一门课程设计类实践课程，与《石油炼制工程》课程同一学期开课。主要教学目标是能综合运用化工专业知识对某化工工艺进行全流程设计；《化工设计》课程重在对设计规范、标准、方法及设计软件进行学习和运用。该课程的教学目标与《石油炼制工程》课程有机融合后，能依托学生熟悉的工艺开展设计，能加深学生对炼油工艺的理解。依托《化工设计》课程中对流程模拟软件的学习基础，以对炼油某工艺流程的设计或优化作为《化工设计》课程的设计任务，综合运用多种现代设计方法进行初步设计，一是综合运用热力学、动力学、化工单元操作等专业知识对工艺流程进行初步设计，注重学生对专业知识的综合运用，注重学生工程能力的培养。二是在设计过程中融入能体现一体化、节能降碳的创新工艺，设计出能体现炼油工艺特色的工艺流程，注重学生创新能力的培养。
4.4. “两线三段全过程”进行课程思政教学
构建了“两线三段全过程”思政教学模式，见图2。以专业教育为第一主线，思政教育为副线，分别在知识传授、能力培养、素养提高三个阶段将思政教育元素融入教学过程。第一阶段：知识传授——将以弘扬奉献精神、石油精神 [10] [11] 为主的思政元素融入到微课、设置问题、调研资料中，通过在讨论区进行互动，将隐含思政元素的专业内容进行内化。第二阶段：能力培养——以案例教学为主，将思政元素融入到工程案例、科研案例中，通过分组讨论、教师点评，将隐含的工匠精神、科研精神进行传播。第三阶段：素养提升——以项目式教学为主，通过完成项目时对国家形势政策、行业发展趋势、及相关法律法规的调研和查询，强化工程伦理教育和团队合作精神。
Figure 2. The whole process curriculum ideological and political education mode with two-line and three-stage
图2. 两线三段全过程课程思政育人模式
4.5. 教学方法改革
在教学内容进行重构，实施线上线下混合式教学模式的改革过程中，势必要对教学方法进行改革。主要采用了讨论式、案例式、项目式三种教学方式。
案例式教学：基于典型炼油工艺，建立案例库资源。包含以炼油工艺发展和炼油创新技术为主的工程案例、以教师科研项目和学生科技创新为主的科技创新案例，思政元素有机融入到各教学案例中。通过对案例进行分析和讨论，对专业知识进行综合运用，对学生的工程能力和逻辑思维能力进行有效提升。
项目式教学：以炼油工艺或石油产品开发为项目目标，让学生通过查阅文献，进行自主探究和方案设计，通过与《化工设计》课程进行有机融合开展，通过团队合作实施并完成项目任务。师生通过评价环节对知识的运用和拓展进行内化和升华。
在线上线下教学过程中，在案例式和项目式的教学过程中都充分采用了讨论式教学，包括小组间讨论、师生间讨论。通过讨论充分表达自己的想法，加深对知识的理解，加强对知识的综合运用，增强团队合作，碰撞出创新的思维。
4.6. “多元化 + 信息化 + 开放性”课程考核模式
多元化是指考核途径的多样性，包括线上学习任务、课堂检测、讨论参与度、案例分析作业、项目式作业、期末考核等。信息化是指考核是通过线上 + 线下两种渠道完成，考核过程的实施和完成需要通过信息化手段完成。开放性是指考核的内容具有一定的创新性和挑战度，需要学生充分运用所学专业知识和发挥一定的主观能动性才能完成的。
评价成绩构成。总成绩(100%) = 微课学习任务(10%) + 课堂检测(10%) + 讨论参与度(5%) + 案例分析作业(15%) + 项目式作业(10%) + 期末考核(50%)，其中思政考核在各项的比重均控制在10%~15%。
思政元素考核的途径。通过多元化考核途径对思政元素内容进行考核，主要体现在结合专业问题的涉及社会问题、道德问题、三观问题的讨论、辩论及主观性意见的表达上，引导学生树立正确的人生观、世界观和价值观。
4.7. 课程改革成效
该课程的教学效果得到学院同行、学校督导的一致认可。该课程于2023年评为重庆市线上、线下混合式一流课程、校级一流课程、校级应用型特色课程(案例式)。学生的学习热情高涨，对行业和专业的认可度大大提升，对自己的未来有明确规划，更专注于对专业知识的学习，近5年的课程平均成绩稳步提升，近两年的平均成绩为82.6分。近5年班上近80%的同学参与了大学生科技创新项目和学科竞赛，获全国大学生化工设计竞赛国家级一等奖3项、二等奖3项、三等奖20余项，省部级以上奖项40余项，参加科技创新项目30余项、150余人次。学生的科研精神、团队精神、对工程伦理问题的理解都有明显提升。通过参加竞赛对化工专业有重新的认识，很多同学都已成长为化工企业的骨干力量。
5. 改革后反思
《石油炼制工程》课程存在的问题是“双碳”背景下众多与不可再生能源相关课程的一个缩影。该课程为契合时代发展，大胆做出创新改革，取得了一定成效，为同类课程提供可借鉴资源。《石油炼制工程》课程作为专业课程，承担着将所学专业知识综合运用的责任，该课程与《化工设计》课程的深度融合，以炼油工艺为平台，大大增强了学生对化工热力学、化学反应工程、化工分离工程、化工原理等知识的综合运用和对创新技术分析和预测的能力。
线上学习极大地调动了学生学习的积极性和自主性，但会有少数学生没有充分利用在线学习时间，导致后续线下学习环节脱节，需要建立线上学习的互动机制。设立生生互动、师生互动环节，在每一次线上学习过程中，分阶段进入腾讯会议室进行讨论和在线分享，督促学生能有效完成在线学习任务。与《化工设计》课程进行融合时，需要分层次设定成果导向目标，才能凸显OBE理念。设计开放式的项目教学任务，让学生能按照自身的能力完成任务。
基金项目
重庆科技学院本科教育教学改革研究项目，项目编号：202242。