化工知识理解
把课程知识整合为对真实过程的理解。
- 理解任务目标与工艺背景
- 理解变量含义、输入输出关系和约束条件
01建设理念
知行合一，在工程实践中培养判断力。
不仅教学生知识，更给学生一个使用知识、产出工程设计的实践平台，并在全过程给予指导和反馈。
- 01
遵循工程规律
引导学生用守恒与平衡检验每一个结果。
- 02
尊重证据
每个数据有来源，每个结论有依据。
- 03
学生为主体
关键决策由学生做出。
- 04
过程可追溯
设计过程完整记录，可审查、可复现。
02育人目标
在完整工程实践中，形成三种核心素养
三种素养对应国家卓越工程师培养要求，也对应工程教育认证中「解决复杂工程问题」的毕业要求。
工程判断能力
在多目标约束下做出有依据的决策。
- 判断模拟结果是否符合物理规律
- 判断设计调整是否有依据
- 判断结论是否有数据支撑
人机协同能力
让智能体成为可靠的工程伙伴。
- 知道何时让智能体检索资料、起草文档
- 知道何时让智能体模拟计算、探索设计空间
- 知道何时让智能体诊断失败、审查结论
03学习过程
六个环节，走完工程设计的完整思维过程
每一步都有智能体指导，每一个关键决策由学生做出。
- 01
任务理解
- 学生
- 明确目标、约束与设计基准
- 智能体
- 引导学生拆解设计任务
- 02
变量分析
- 学生
- 选定关键变量并说明理由
- 智能体
- 追问变量之间的关系
- 03
过程模拟
- 学生
- 提出方案，决定调整方向
- 智能体
- 按学生的方案完成计算
- 04
结果解释
- 学生
- 判断结果是否合理
- 智能体
- 引导学生用物理规律检验结果
- 05
方案形成
- 学生
- 做出取舍，审定结论
- 智能体
- 协助起草文档与图纸
- 06
验证反馈
- 学生
- 回应意见，完成修改
- 智能体
- 独立审查，逐条提出意见
04教学特色
三项教学特色，每一项都有教育理论依据
特色 01
在真实工程情境中学习
以真实工程项目为载体，在做中学
- 项目式学习（Kilpatrick，1918）
- 情境学习（Lave & Wenger，1991）
核心要点
- 学习围绕一个完整的真实问题展开。
- 知识在解决问题的过程中被调用、检验和巩固。
- 学生承担决策，并看到决策的后果。
平台设计
- 项目库
- 工业规模设计项目，目标、约束与取舍来自工程实际。
- 即时后果
- 学生每调整一个变量，平台立即算出它对整个流程的影响。
- 跨课程整合
- 一个项目同时用到热力学、传递、反应、分离和系统工程知识。
特色 02
示范—共作，逐步放手
一对一指导，逐步把决策交给学生
- 认知学徒制（Collins, Brown & Newman，1989）：示范 → 指导 → 支架 → 渐退
核心要点
- 专家先把隐性的思考过程演示出来。
- 学生在支持下逐步承担更多任务。
- 支持随学生能力提升逐步撤出。
平台设计
- 示范模式
- 智能体完整演示一个设计环节，并讲清每一步的理由。
- 共作模式
- 学生主导决策，智能体执行计算、提示风险。
- 关键决策留给学生
- 重要修改先出方案，学生确认后执行。
- 从失败中学习
- 遇到失败时，智能体解释背后的原因，引导学生自己修正。
特色 03
多级反馈与过程性评价
每一步都有反馈，每一次成长都有记录
- 形成性评价（Black & Wiliam，1998）
- 反思性实践（Schön，1983）
核心要点
- 反馈发生在学习过程中，用于改进。
- 反馈具体、有依据、可执行。
- 学生在反思中提升专业判断。
平台设计
- 四级反馈
- 自我检查 → 智能体审阅 → 独立审查 → 教师终评。
- 批注式意见
- 每条意见给出依据和改进方向，以批注形式呈现，学生自主修改。
- 过程记录
- 设计过程完整记录，为教师开展过程性评价提供依据。
05评测成效
可靠的指导，来自可靠的工程能力。
指导学生的智能体，设计质量达到通用智能体的 2.7 倍。
卡安 2.0 综合得分80.6%
通用编码智能体29.6%
- 三项工业规模的化工过程设计：年产 9 万吨二甲醚装置、1,3-丙二醇清洁生产装置、电子级异丙醇生产分厂。
- 每项设计从空白开始，交付完整的模型、衡算、设备计算、图纸、安全环保与技术经济文件。
- 14 个评分要点，每项满分 100 分。独立评审只读交付物，逐条判定并复算。两者使用同一基座大模型。
| 评分要点 | 卡安 2.0 | 通用智能体 |
|---|---|---|
| 全流程贯通 | ||
| 循环收敛 | ||
| 物料守恒 | ||
| 分离设备设计 | ||
| 图纸与模型一致 |
设计任务参照全国大学生化工设计竞赛任务书与评审细则制定，过程模拟由工业级流程模拟软件完成。
06设计案例
一座年产 9 万吨清洁燃料工厂的完整设计
产品：二甲醚，一种清洁燃料和化工原料。学生在卡安 2.0 指导下能够达到的工程设计水平。
- 产品产量
- 90,407吨/年
- 产品纯度
- 99.95%
- 总质量衡算偏差
- 0.19%
- 设备 / 物流
- 14 / 21
工艺+衡算+设备+能量集成+技术经济= 一套完整的工程设计
07项目库
首批 5 个项目，来自真实工业情境
覆盖清洁能源、生物基材料、电子化学品和绿色工艺，这些都是国家发展急需的方向。
- P01
二甲醚装置设计
清洁能源 - P02
1,3-丙二醇清洁生产
生物基材料 - P03
电子级异丙醇生产
电子化学品 - P04
二甲基亚砜清洁生产
绿色工艺 - P05
乙醇-水连续精馏
分离过程基础