言傳身教育心 因材施教育人
——記中國(guó)石油大學(xué)化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院王彧斐教授

■文/于海芳

在2020年度國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金評(píng)審結(jié)果中，中國(guó)石油大學(xué)有兩名青年教師獲得資助，其中一位就是王彧斐。

王彧斐，中國(guó)石油大學(xué)化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院教授，學(xué)校青年拔尖人才，主要研究方向?yàn)榛み^(guò)程能量系統(tǒng)綜合，工業(yè)園區(qū)布局優(yōu)化，能-水網(wǎng)絡(luò)集成等。截至目前，王彧斐發(fā)表國(guó)內(nèi)外期刊論文100余篇，其中以第一作者/通訊作者發(fā)表SCI收錄論文50篇，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)，軟件著作權(quán)3項(xiàng)，著有中英文論著3本，并參與編寫(xiě)中英文專(zhuān)著4本。主持各類(lèi)科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。獲教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)青年獎(jiǎng)，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)過(guò)程系統(tǒng)工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)首屆青年科技獎(jiǎng)。目前任過(guò)程系統(tǒng)工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員，國(guó)際會(huì)議PRES國(guó)際專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員，在國(guó)內(nèi)外近10個(gè)期刊擔(dān)任編委/青年編委。

圖片為王彧斐教授

出生于1986年1月的王彧斐，是個(gè)典型的85后?？瓷先ノ馁|(zhì)彬彬的他，讓人很難與博士、教授、博士生導(dǎo)師這三個(gè)詞聯(lián)系到一起。

不斷優(yōu)化才能不斷成長(zhǎng)

王彧斐說(shuō)，他從小就好像自帶優(yōu)化屬性。小時(shí)候的他，精力十分充沛，不愛(ài)睡覺(jué)，他覺(jué)得睡覺(jué)這段時(shí)間應(yīng)該利用起來(lái)，做更“高效”的事。由于愛(ài)動(dòng)腦好總結(jié)，王彧斐喜歡在做比較簡(jiǎn)單的事情時(shí)，同時(shí)兼顧幾件事，他覺(jué)得這樣省時(shí)又高效。隨著年紀(jì)的增長(zhǎng)，他更喜歡從多個(gè)視角去看待和觀察事物，總在思考如何才能不斷優(yōu)化，提高效率。

求學(xué)之路對(duì)于王彧斐來(lái)說(shuō)，幸運(yùn)且順利。幸運(yùn)的是，王彧斐在初、高中時(shí)，遇到的化學(xué)老師都很好。讓他印象最深的就是，老師們對(duì)待工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，對(duì)待學(xué)生一視同仁。他能深刻感受到老師們是真的關(guān)心學(xué)生的學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)，出于對(duì)老師的喜愛(ài)，王彧斐逐漸喜歡上了化學(xué)，因此他的化學(xué)成績(jī)?cè)诶砭C里面最好。高考完選專(zhuān)業(yè)時(shí)，王彧斐很篤定地就想選和化學(xué)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)，最終順利被西安交通大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)錄取。

本科畢業(yè)后，王彧斐直接選擇出國(guó)讀博。他說(shuō)，當(dāng)初在選擇研究方向時(shí)，動(dòng)機(jī)很單純，就是覺(jué)得這個(gè)方向適合自己。化工系統(tǒng)集成方向，可以簡(jiǎn)單理解為讓化工系統(tǒng)以最低代價(jià)實(shí)現(xiàn)最高效生產(chǎn)，核心就是權(quán)衡與優(yōu)化。當(dāng)王彧斐第一次接觸到這個(gè)方向時(shí)，心中就已經(jīng)有了答案。

初到異國(guó)他鄉(xiāng)，仿佛一切歸零了。王彧斐說(shuō)，在剛開(kāi)始做科研的時(shí)候非常吃力。第一年，實(shí)際上他只做出了一些較為初步的探索性工作。由于導(dǎo)師Robin Smith的想法很好，再加上導(dǎo)師的鼓勵(lì)，所以他在學(xué)習(xí)和工作上進(jìn)步很大，后來(lái)又發(fā)表了較好的論文，才使得王彧斐在科研路上有了更加堅(jiān)定前行的動(dòng)力?；貞浧饑?guó)外學(xué)習(xí)生活的日子，王彧斐說(shuō)，其實(shí)國(guó)內(nèi)外的學(xué)習(xí)環(huán)境差別不大。四年的留學(xué)經(jīng)歷，對(duì)他影響最大的就是開(kāi)拓了視野，增長(zhǎng)了閱歷。這也讓他在回國(guó)后，不論是做科學(xué)研究，還是帶團(tuán)隊(duì)、授課，都充滿了自信。

因材施教讓教學(xué)更有意義

百年大計(jì)，教育為本。教育大計(jì)，教師為本。王彧斐深知作為一名高校教師，只有自身?yè)碛辛己玫牡赖滦袨椴拍芨玫匾龑?dǎo)和影響學(xué)生。

關(guān)于教學(xué)，王彧斐每次課前都會(huì)全心投入、做足準(zhǔn)備，他經(jīng)常會(huì)采用一些新的教學(xué)理念和方法。同時(shí)，還對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)手段進(jìn)行探索，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)。如《加熱爐》和《化工原理（Ⅰ）》這兩門(mén)課程都是典型的工科課程，工程性較強(qiáng)，內(nèi)容復(fù)雜枯燥，為了提高學(xué)生興趣，王彧斐調(diào)研大量名校課程，找到很多經(jīng)典實(shí)例，并把這些經(jīng)典實(shí)例和課程內(nèi)容相結(jié)合，呈現(xiàn)在PPT中，豐富課程內(nèi)容，為的就是便于學(xué)生理解。針對(duì)工程性較強(qiáng)的內(nèi)容，他還通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)和企業(yè)調(diào)研，了解到目前企業(yè)相關(guān)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，以及學(xué)術(shù)界和工業(yè)界相應(yīng)的解決方法和思路，將這些工業(yè)實(shí)際問(wèn)題與課程內(nèi)容相結(jié)合，讓學(xué)生進(jìn)一步理解各個(gè)工程概念。另外，王彧斐還會(huì)精選出部分科研成果，與學(xué)生探討這些科研成果的基本思路，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維。

圖片為王彧斐與學(xué)生合影

經(jīng)過(guò)積累，王彧斐總結(jié)了一套專(zhuān)屬的育人方法。課堂上，王彧斐會(huì)利用點(diǎn)名機(jī)會(huì)，認(rèn)識(shí)并熟記每一個(gè)學(xué)生名字。他說(shuō)，有一部分學(xué)生由于缺乏自信，存在感低。如果老師能叫出他們的名字，這是與學(xué)生拉近距離的最有效方法。對(duì)于學(xué)習(xí)上有困難的學(xué)生，王彧斐經(jīng)常會(huì)在課堂上提醒他們認(rèn)真聽(tīng)講，并通過(guò)課后作業(yè)、測(cè)驗(yàn)表現(xiàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生問(wèn)題，有針對(duì)性地去解決問(wèn)題。

此外，在教學(xué)方法上，王彧斐也進(jìn)行了改良，多采用學(xué)生容易理解的方式進(jìn)行授課，例如極限分析法、等效變換法等。同時(shí)，他還開(kāi)設(shè)了兩門(mén)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)下載課程PPT和課程小結(jié)，還可以在平臺(tái)上和老師及其他同學(xué)進(jìn)行學(xué)業(yè)交流。王彧斐還采用移動(dòng)端雨課堂的方式進(jìn)行授課，以隨機(jī)點(diǎn)名、彈幕、紅包答題等方式豐富上課的互動(dòng)交流，使得學(xué)生能夠在課堂上更加專(zhuān)心。同時(shí)通過(guò)雨課堂的簽到和正確率統(tǒng)計(jì)等功能，了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，為因材施教打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使得教學(xué)更加有的放矢。課后，在雨課堂上推送當(dāng)天課程概要、預(yù)習(xí)綱要以及練習(xí)題等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高教學(xué)效果。因此王彧斐所教的課程深受廣大學(xué)生喜愛(ài)，并兩次進(jìn)入全校評(píng)教的前10%教師名單。

雖未教授任何碩士生課程，但王彧斐已多次給研究生做前沿講座和學(xué)術(shù)人生講座。在每次前沿講座中，他都會(huì)基于自身課題，從研究生學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，層層遞進(jìn)到前沿科技，并展望未來(lái)發(fā)展方向。王彧斐喜歡用優(yōu)化的概念來(lái)啟發(fā)學(xué)生對(duì)人生目標(biāo)以及價(jià)值觀的思考。價(jià)值觀是實(shí)現(xiàn)人生目標(biāo)所做的各個(gè)事物的權(quán)重，而學(xué)生們則需要探索屬于自己的權(quán)重，并根據(jù)這個(gè)權(quán)重管理自己的時(shí)間，而這個(gè)優(yōu)化問(wèn)題中，最大的約束就是時(shí)間。通過(guò)將人生問(wèn)題轉(zhuǎn)化成為數(shù)學(xué)問(wèn)題，讓學(xué)生換一個(gè)角度思考，并在此時(shí)多加引導(dǎo)，從而將思想政治教育融入到講座內(nèi)容中。如今，經(jīng)王彧斐指導(dǎo)或協(xié)助指導(dǎo)的碩士研究生都發(fā)表過(guò)科技論文，所帶學(xué)生有一半以上發(fā)表過(guò)SCI論文，所有學(xué)生都參加過(guò)國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議，所帶研究生曾多人次獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金。其中，所帶的碩士生有一半以上以及協(xié)助指導(dǎo)的博士生全部都有出國(guó)交流經(jīng)歷。

課堂外的王彧斐和善得更像一個(gè)朋友，定期他會(huì)與學(xué)生進(jìn)行溝通交流，幫助他們解決學(xué)習(xí)生活中的困惑，在尊重學(xué)生多元個(gè)性的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)他們建立正確的信念。同時(shí)他會(huì)試著從學(xué)生的角度，給予學(xué)生一些建議。王彧斐說(shuō)，作為老師，還是先要和學(xué)生成為朋友，只有學(xué)生完全地信任老師，才會(huì)將心里真實(shí)想法告訴老師。讓學(xué)生能夠真正地朝著積極向上的方面改進(jìn)，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)改變，也是一件非常有意義的事情。

低碳高效發(fā)展才是可持續(xù)的未來(lái)

如今，在國(guó)家“雙碳“戰(zhàn)略下，各地政府都在以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導(dǎo)向，謀劃經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色轉(zhuǎn)型之路。人類(lèi)只有一個(gè)賴以生存的地球，環(huán)境問(wèn)題是關(guān)乎到每一個(gè)人的問(wèn)題。

王彧斐就過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中如何生產(chǎn)才能更節(jié)能、更高效，做了一系列問(wèn)題優(yōu)化以及新方法的研究。當(dāng)前，在過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量余熱，多以廢熱的形式通過(guò)空冷或水冷直接排放到環(huán)境中。如何有效地利用這部分熱量是提升過(guò)程工業(yè)能量利用率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。王彧斐針對(duì)工業(yè)余熱多，余熱物流特點(diǎn)及相應(yīng)復(fù)雜溫焓特性，圍繞當(dāng)前多種低溫余熱回收技術(shù)，深入探索并合理利用各種熱轉(zhuǎn)化設(shè)備的方式與組合，以及熱轉(zhuǎn)化設(shè)備與熱源間的匹配，并從質(zhì)與量?jī)蓚€(gè)方面，評(píng)價(jià)能量的利用效果。為此，王彧斐研發(fā)了能量轉(zhuǎn)化設(shè)備模型與系統(tǒng)匹配方法。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)余熱發(fā)電方面的研究，主要是針對(duì)單一物流的余熱進(jìn)行研究。然而工業(yè)中的余熱資源往往產(chǎn)生于多個(gè)物流中，形成復(fù)合余熱，且性質(zhì)各不相同。針對(duì)這一問(wèn)題，王彧斐根據(jù)復(fù)合余熱資源的溫焓特性，提出了工質(zhì)熱夾點(diǎn)方法，根據(jù)復(fù)合余熱與工質(zhì)所形成夾點(diǎn)的位置，首先以有機(jī)朗肯發(fā)電為研究對(duì)象，制定了有機(jī)朗肯工質(zhì)篩選準(zhǔn)則并確定最優(yōu)操作參數(shù)。另外，王彧斐將低溫余熱系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)相結(jié)合，考慮將低溫余熱用于熱膜分離過(guò)程凈化循環(huán)水排水，通過(guò)優(yōu)化，可同時(shí)減少能耗和新鮮水耗量，大大增加了系統(tǒng)的可持續(xù)性。

其次，關(guān)于功-熱耦合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化新方法的開(kāi)發(fā)。目前，對(duì)單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)的研究已較為成熟，但工業(yè)能量系統(tǒng)中，功-熱之間存在轉(zhuǎn)化、博弈及耦合關(guān)系，因此需要針對(duì)功-熱耦合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。王彧斐以冷卻器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化為研究功-熱耦合網(wǎng)絡(luò)的切入點(diǎn)，研究循環(huán)水系統(tǒng)串級(jí)改造時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)循環(huán)水各節(jié)點(diǎn)流量及換熱負(fù)荷的影響，建立了一個(gè)新的冷卻器網(wǎng)絡(luò)改造兩步法，通過(guò)該方法找到制約網(wǎng)絡(luò)功-熱-水性能的瓶頸，并在保證所有換熱負(fù)荷的前提下，合理配置冷卻器串級(jí)匹配以減小功及新鮮水的消耗。因此，功-熱耦合網(wǎng)絡(luò)對(duì)工業(yè)節(jié)能有著非常重大的意義。

在冷卻器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，王彧斐提出泵網(wǎng)絡(luò)這一新概念，用以描述由主-輔泵構(gòu)成的全新功網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)在關(guān)鍵支路上合理配置輔泵，可以有效降低系統(tǒng)泵功的消耗，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。基于泵網(wǎng)絡(luò)的概念，他系統(tǒng)地研究了冷卻器網(wǎng)絡(luò)與泵網(wǎng)絡(luò)的耦合關(guān)系，提出了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)同優(yōu)化方法，用以關(guān)聯(lián)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功、熱協(xié)調(diào)特性，并同時(shí)從節(jié)能與節(jié)水兩個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置。同時(shí)，創(chuàng)造性地提出了流體機(jī)械網(wǎng)絡(luò)和多回路網(wǎng)絡(luò)等全新復(fù)雜功網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)建立超結(jié)構(gòu)模型，優(yōu)化系統(tǒng)的熱交換匹配和功交換，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的目的。王彧斐應(yīng)用所建立的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化方法及開(kāi)發(fā)的軟件，對(duì)中國(guó)石化安慶分公司的煉油I套循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，減少冷卻水循環(huán)量20%，同時(shí)節(jié)約泵的電耗26%。相關(guān)循環(huán)水系統(tǒng)功-熱耦合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究，榮獲2017教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（排名第二）。

此外，王彧斐還圍繞整個(gè)園區(qū)功-熱耦合系統(tǒng)展開(kāi)了系統(tǒng)的研究，形成了園區(qū)尺度上的功-熱耦合系統(tǒng)集成新理論。相比單個(gè)裝置尺度上的系統(tǒng)集成，以工業(yè)園區(qū)為尺度的系統(tǒng)存在著更多的優(yōu)化潛力，然而隨著系統(tǒng)邊界的擴(kuò)大，系統(tǒng)內(nèi)的變量和參數(shù)也相應(yīng)倍增，對(duì)于優(yōu)化算法的要求也變得更加嚴(yán)苛。

王彧斐以采用中間介質(zhì)的多廠熱集成為對(duì)象，研究其中的功-熱關(guān)系。首先，針對(duì)多廠熱集成問(wèn)題進(jìn)行建模，建立了一套新的廠際熱集成方法，該方法可優(yōu)化出具有最優(yōu)功-熱匹配特性的中間介質(zhì)流量以及相關(guān)熱集成方案。其次，通過(guò)研究中間介質(zhì)換熱的溫焓特性及其與裝置之間的溫焓匹配，王彧斐發(fā)現(xiàn)中間介質(zhì)的溫焓特性與裝置之間的連接方式有著重要關(guān)聯(lián)。基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，王彧斐還定義了3種基本連接方式，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的多廠熱聯(lián)合夾點(diǎn)辨識(shí)方法及解瓶頸策略。相關(guān)多廠熱集成技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于中石化茂名分公司。相關(guān)多廠熱聯(lián)合和蒸汽系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化技術(shù)以及開(kāi)發(fā)的軟件（蒸汽噴射式熱泵熱力學(xué)計(jì)算軟件），已應(yīng)用于中石化洛陽(yáng)分公司，優(yōu)化了蒸汽的使用并提高了能源利用率。

圖片為2021年度侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)（左二王彧斐）

在相關(guān)多廠熱集成研究時(shí)，王彧斐還發(fā)現(xiàn)目前大多園區(qū)布局缺乏規(guī)劃，導(dǎo)致整個(gè)園區(qū)功耗高，廠際熱集成較難實(shí)現(xiàn)。王彧斐通過(guò)研究目前園區(qū)布局的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，基于系統(tǒng)工程的理念發(fā)展出了一套廠區(qū)布局啟發(fā)式方法，并結(jié)合圖論、遺傳算法，建立了廠區(qū)布局優(yōu)化策略，可以有效減小園區(qū)內(nèi)輸送物流所耗的功，其意義重大。