化工工程教育面临着理论知识深度要求与工业场景实践能力广度之间的矛盾（Wankat, 2013）。两者的失衡已成为学科教学中亟需解决的核心问题。传统化工工程教学模式依赖课堂讲授、教材练习等教学方法，在热力学、反应动力学和化工单元操作等核心基础理论的系统教学方面具有显著优势，能够帮助学生构建完整的专业技术理论框架（Ren, 2011）。然而，由于教学场景和工业实践的局限性，学生普遍难以将理论知识与工程应用相结合（Bhute et al., 2021, Zhang, 2024）。面对实际工业生产设备的复杂操作系统，各化工单元之间的操作存在强耦合关系，工艺操作参数呈现非线性联动特征。此外，异常生产工况的应急响应需要快速的工程诊断和逻辑推理能力。学生往往无法将碎片化的理论知识转化为工程实践能力，在知识整合和工程应用方面存在明显不足（Lin et al., 2025）。
工厂自动化和数字化水平的不断提升加剧了专业教育与工业实践需求之间的差距（Fuertes et al., 2023, Letmathe and R?ssler, 2022, Udugama et al., 2022）。工厂自动控制逐渐取代人工操作，同时也大幅减少了学员亲自参与设备启动、停机及异常工况处理等实际操作的机会。工厂自动化程度越高，学生积累工程直觉知识和具备自动化故障应急干预能力的机会就越少。依托数字工厂开展专业教学可有效弥补传统教学的不足，精准对接现代工厂自动化的发展需求，帮助培养兼具实践能力和应急响应能力的高素质化工专业人才（Zhou et al., 2024, Udugama et al., 2023）。
合成氨工艺为应对这一挑战提供了理想的教学平台。在成熟的热力学框架下，氨合成工艺涉及催化重整、变换反应、气体净化和高压合成等多个核心单元操作（Wang et al., 2009, Ji et al., 2022）。然而，由于涉及大量高危、高压、高温操作，真实合成氨工厂不适合学生进行现场实践教学。
数字工厂技术通过构建虚拟场景并以高保真度模拟整个合成氨生产过程，有效解决了上述困难（Nitu et al., 2026, Mahmood et al., 2021）。与传统过程仿真不同，数字工厂包含动态行为、设备几何结构和控制系统逻辑。学生可以在三维工厂环境中自由导航，观察设备内部工作原理，操作控制参数，并在无安全风险和生产损失的情况下体验过程扰动（Liang and Lin, 2026）。
本研究设计并应用了一个用于合成氨的数字工厂实训平台，面向化工工程专业学生开展实践教学。基于多年在培养学生工程能力方面的实施经验和结果，我们分析了该平台在增强学生概念理解和实践流程中的作用，讨论了平台架构、学习体验设计、评估方法及其对化工课程发展的影响。
