基于職教新干線平臺(tái)，創(chuàng)新化工仿真教學(xué)模式

章惠，隆平，童孟良

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系，湖南株洲412004）

基于職教新干線平臺(tái)，創(chuàng)新化工仿真教學(xué)模式

章惠，隆平，童孟良

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系，湖南株洲412004）

基于“世界大學(xué)城”空間的廣域特征，針對(duì)化工仿真教學(xué)特點(diǎn)，本文從設(shè)計(jì)思路、教學(xué)組織、實(shí)施成效等方面對(duì)空間化工仿真教學(xué)模式進(jìn)行闡述，探索了空間化工仿真教學(xué)在實(shí)現(xiàn)資源共享、開展遠(yuǎn)程教學(xué)、拓展工學(xué)結(jié)合途徑、提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)等方面具有的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)未來(lái)的空間化工仿真教學(xué)平臺(tái)開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行了展望。

職教新干線；化工仿真；資源共享；遠(yuǎn)程教學(xué)

化工生產(chǎn)具有工藝過(guò)程復(fù)雜、操作要求嚴(yán)格，并且常伴有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有腐蝕等不安全因素，給職業(yè)院?；ゎ悓I(yè)學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)、技能操練帶來(lái)了困難，而傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式早已不能滿足職業(yè)教育培養(yǎng)高素質(zhì)技能人才的需求，于是利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)操作控制環(huán)境的化工仿真實(shí)訓(xùn)軟件應(yīng)運(yùn)而生。

基于職教新干線開發(fā)的空間化工仿真教學(xué)平臺(tái)，充分利用“空間”的開放、調(diào)控與交互功能，使化工生產(chǎn)工藝類課程的教學(xué)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)訓(xùn)練、隨時(shí)輔導(dǎo)交流，與原單機(jī)版化工仿真教學(xué)軟件相比，突破了必須在學(xué)院指定時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行操練的局限性，構(gòu)建了一種達(dá)到“人人、處處、時(shí)時(shí)”的全開放性化工仿真教學(xué)模式。

一、傳統(tǒng)化工仿真實(shí)訓(xùn)軟件的局限性

傳統(tǒng)化工仿真教學(xué)軟件是單機(jī)版的，學(xué)院購(gòu)買以后，安裝在固定機(jī)房，所有教學(xué)、訓(xùn)練都只能在該機(jī)房完成，其時(shí)空局限性十分明顯。因此，軟件不足之處主要體現(xiàn)如下兩方面：

1.開放性不夠

開發(fā)者完成研制工作后，系統(tǒng)即為完全定型的產(chǎn)品，使用者不能根據(jù)自己的需要和時(shí)間安排自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，必須在學(xué)院統(tǒng)一安排下進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)。

2.資源不夠豐富

現(xiàn)有仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)一般僅限于展示生產(chǎn)工藝，缺少基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)備結(jié)構(gòu)、過(guò)程控制等方面的元素。這一缺陷造成學(xué)生不能全面了解工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的全貌。[1]

二、空間化工仿真教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

該網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交流平臺(tái)是按照整體規(guī)劃、分步實(shí)施、共建共享、動(dòng)態(tài)更新的原則，以較好服務(wù)石油化工等湖南支柱產(chǎn)業(yè)、優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)為宗旨開發(fā)，依托職教新干線空間，將理論學(xué)習(xí)、交流溝通、在線仿真和考核評(píng)價(jià)等多種功能集成于一體，通過(guò)化工技術(shù)類專業(yè)核心課程對(duì)接湖南石化產(chǎn)品典型工藝，仿真操作過(guò)程對(duì)接實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，構(gòu)建了工學(xué)結(jié)合教學(xué)新模式。這一平臺(tái)設(shè)計(jì)的主要思路和方法如下：

（1）服務(wù)器架構(gòu)在本地，獨(dú)立于世界大學(xué)城網(wǎng)絡(luò)版仿真軟件，師生通過(guò)職教新干線空間賬號(hào)登錄使用；

（2）該平臺(tái)將職教新干線網(wǎng)絡(luò)資源課程與仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目融為一體；

（3）構(gòu)建仿真實(shí)訓(xùn)管理中心，全程指導(dǎo)監(jiān)控、考核評(píng)價(jià)學(xué)員仿真實(shí)訓(xùn)效果；

（4）采用網(wǎng)游模式運(yùn)行。學(xué)校用于實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)的仿真軟件采用網(wǎng)游的模式網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行。學(xué)生可以在虛擬的化工工藝生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)扮演不同的角色共同完成一項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)。

平臺(tái)的構(gòu)建主要具有以下特點(diǎn)：

1.選取開放平臺(tái)

開放的數(shù)字化資源體系是整個(gè)空間化工仿真教學(xué)平臺(tái)的核心。職教新干線為空間化工仿真教學(xué)實(shí)現(xiàn)跨越時(shí)空教學(xué)交互動(dòng)提供了廣闊的發(fā)展平臺(tái)，將抽象、陌生的知識(shí)直觀化、形象化，創(chuàng)建生動(dòng)的表象，激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣，調(diào)動(dòng)其主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)打破時(shí)間和空間的制約，延伸和拓寬了教學(xué)時(shí)空，實(shí)現(xiàn)全開放性訓(xùn)練，滿足職業(yè)院校學(xué)生自主學(xué)習(xí)和多樣化學(xué)習(xí)的需求，也為企業(yè)員工培訓(xùn)及遠(yuǎn)程教學(xué)提供了一條簡(jiǎn)潔實(shí)用的方式。[2]

圖1 空間化工仿真教學(xué)平臺(tái)

2.科學(xué)遴選項(xiàng)目

隨著化工生產(chǎn)工藝流程的不斷改進(jìn)和工廠自動(dòng)化程度的不斷提高，圍繞化工類專業(yè)人才的專業(yè)核心能力培養(yǎng)需求，按照適用性、針對(duì)性、操作性強(qiáng)和貼近實(shí)踐等原則，對(duì)接典型的化工單元操作和化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，目前平臺(tái)選擇的主要訓(xùn)練項(xiàng)目有丙烯酸甲酯、合成氨、PVC聚合3個(gè)工段級(jí)項(xiàng)目及間歇反應(yīng)釜、離心泵、精餾塔、吸收解吸、固定床、流化床等10余個(gè)單元級(jí)項(xiàng)目，其如圖2所示。通過(guò)項(xiàng)目訓(xùn)練，有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)基本的化工生產(chǎn)工藝流程及操作技能的掌握。

3.設(shè)計(jì)多樣功能

化工仿真教學(xué)平臺(tái)將傳統(tǒng)的教學(xué)工作和用于實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)的仿真系統(tǒng)整合在一起，具有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)多種功能。

（1）整合、共享教學(xué)資源?；し抡娼虒W(xué)平臺(tái)將基礎(chǔ)化學(xué)、化工單元操作、PVC生產(chǎn)技術(shù)、合成氨工藝、反應(yīng)器操作與技術(shù)等專業(yè)課程資源和仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目集成，構(gòu)建了共享性專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)。

（2）開展遠(yuǎn)程教學(xué)與培訓(xùn)。將傳統(tǒng)的授課、學(xué)習(xí)、輔導(dǎo)、答疑、作業(yè)、考核、評(píng)價(jià)等教學(xué)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)在校學(xué)生與企業(yè)員工的遠(yuǎn)程教學(xué)及培訓(xùn)。

（3）進(jìn)行教學(xué)適時(shí)監(jiān)控。教師利用選擇性內(nèi)容發(fā)布功能，為每一位學(xué)生、每一個(gè)小組量身定制適合他們的教學(xué)路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)課程進(jìn)度的直觀掌控和有效引導(dǎo)。[3]同時(shí)，平臺(tái)管理人員對(duì)教師教學(xué)、學(xué)員學(xué)習(xí)、考試成績(jī)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、匯總，并導(dǎo)出Excel進(jìn)行匯報(bào)、存檔等，使其成為良好的教學(xué)評(píng)價(jià)與教學(xué)診斷工具。

三、基于空間的化工仿真教學(xué)模式

新型課程教學(xué)模式以“項(xiàng)目導(dǎo)向”為主體，按以下四步將空間化工仿真教學(xué)平臺(tái)運(yùn)用到教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，即仿真預(yù)習(xí)——課程教學(xué)——評(píng)價(jià)反饋——拓展引導(dǎo)，下面以“合成氨生產(chǎn)工藝”課程教學(xué)為例進(jìn)行具體闡述。

（1）仿真預(yù)習(xí)。教師將授課班級(jí)學(xué)生分為三個(gè)任務(wù)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)不同工段的仿真預(yù)習(xí)。學(xué)生通過(guò)空間仿真預(yù)習(xí)，了解單元設(shè)備及工藝的基本操作流程等，讓學(xué)生身臨其境。

（2）課程教學(xué)。通過(guò)學(xué)生空間仿真預(yù)習(xí)（留言、私信、群組討論），豐富了教師課堂教學(xué)的資源，增強(qiáng)了教學(xué)針對(duì)性，提高了教學(xué)效果。

（3）評(píng)價(jià)反饋。學(xué)生通過(guò)空間仿真實(shí)訓(xùn)，開展師生群組討論互動(dòng)，老師匯總學(xué)生仿真實(shí)訓(xùn)信息總結(jié)評(píng)價(jià)。

（4）拓展引導(dǎo)。通過(guò)以上步驟訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)合成氨生產(chǎn)工藝的過(guò)程有了較為全面的認(rèn)識(shí)，任課教師針對(duì)學(xué)生情況進(jìn)行個(gè)性化的拓展學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

四、空間仿真教學(xué)成效

1.拓寬了課堂時(shí)空

該平臺(tái)可以在有效時(shí)間內(nèi)傳輸最大量的信息，學(xué)習(xí)者可以利用多媒體教學(xué)軟件，鏈接點(diǎn)上提供的不同內(nèi)容，根據(jù)自身學(xué)習(xí)進(jìn)度與要求，將學(xué)習(xí)時(shí)間從課堂延伸到課外，將學(xué)習(xí)地點(diǎn)從教室拓展到校外，進(jìn)行個(gè)性化、自主化的學(xué)習(xí)和全方位、全過(guò)程的互動(dòng)交流。

2.拓展了工學(xué)結(jié)合途徑

該平臺(tái)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)再現(xiàn)典型化工生產(chǎn)流程、化工單元操作過(guò)程和設(shè)備原理，高保真動(dòng)靜態(tài)機(jī)理模擬開停車、操作、調(diào)試、事故處理等過(guò)程。在非常逼真的操作環(huán)境下，學(xué)員依據(jù)生產(chǎn)中各種工藝條件和過(guò)程參數(shù)的變化，進(jìn)行化工單元實(shí)訓(xùn)和真實(shí)產(chǎn)品的模擬生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)，開辟了工學(xué)結(jié)合新途徑。

3.提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際為依托，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合、循序漸進(jìn)的仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，豐富了教學(xué)資源，打破了教師唱獨(dú)角戲的局面，革新了教學(xué)方式，動(dòng)靜結(jié)合的操作彈性等，激發(fā)了學(xué)生求知欲望和學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果。

五、空間仿真教學(xué)發(fā)展思路

以與企業(yè)合作為契機(jī)，以真實(shí)的工業(yè)裝置技術(shù)資料為依據(jù)，將先進(jìn)的綠色化工元素植入科學(xué)設(shè)計(jì)的化工仿真教學(xué)平臺(tái)框架內(nèi)，形成集知識(shí)學(xué)習(xí)、操作技能培訓(xùn)和考核評(píng)價(jià)功能于一體的多媒體動(dòng)畫“3D化工仿真資源”。對(duì)接湖南省內(nèi)各大中型化工企業(yè)典型產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，與企業(yè)合作開發(fā)真實(shí)的實(shí)景3D仿真系統(tǒng)，進(jìn)一步豐富網(wǎng)絡(luò)仿真教學(xué)與培訓(xùn)資源庫(kù)，其視頻截圖如圖3所示。

當(dāng)前，化工仿真空間教學(xué)已逐步成為我院化工類專業(yè)教學(xué)的主要手段，它打破了傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式和教學(xué)方法，借助多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，探索出了新型的課程教學(xué)模式和教學(xué)方法。但是如何利用世界大學(xué)城內(nèi)豐富的信息資源，組織開發(fā)構(gòu)建一個(gè)信息資源共建、共享的空間化工仿真教學(xué)完整體系將是我們需要進(jìn)一步研究和探索的問題。☉

[1]丁忠偉，魏杰等.新型多功能化工仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2012（29）:71-73.

[2]余秀琴.職業(yè)教育教學(xué)資源信息化：固本培源開拓創(chuàng)新[Z].(中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育)中國(guó)職業(yè)教育與成人教育網(wǎng)，2009.12.

[3]中青在線.上海財(cái)大數(shù)字教學(xué)平臺(tái)引發(fā)教學(xué)管理模式變革[Z].中青在線，2008.12.

（編輯：楊馥紅）

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