《化工原理》仿真教學(xué)的體會

楊海艷 楊靜 鄧佳 史正軍

摘要：指出了化工原理作為化工院系的核心課程，在培養(yǎng)化學(xué)化工人才方面有著重要的意義。基于此，探討了仿真技術(shù)在化工原理課程教學(xué)中所具有的優(yōu)勢以對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要作用。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù);人才培養(yǎng);教學(xué)

中圖分類號：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）03-0225-02

1 引言

化工原理是化工院系的核心課程之一，在培養(yǎng)化學(xué)化工高級人才中起著從理論到工程實際、從基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用[1，2]。化工原理課程中所講授的工程觀點、工程原理、工程方法將會直接影響學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和以后的工作生涯[3]?；ぴ韺儆诠こ虒W(xué)科，需要解決化工生產(chǎn)過程中的一些工程實踐問題，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和解決工程實際問題的能力。但由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)，財政資源和企業(yè)實踐基地資源的限制，實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，不能實現(xiàn)大批量學(xué)生長駐企業(yè)實踐[4]。因此，采用化工仿真技術(shù)模擬的一些主要生產(chǎn)過程的流程結(jié)構(gòu)圖以及一些主要生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理動畫圖，可以減少學(xué)生在實踐經(jīng)驗上不足所產(chǎn)生的學(xué)習(xí)困難[5]。

2 化工原理仿真技術(shù)

化工仿真技術(shù)是指過程系統(tǒng)的數(shù)字仿真，以起初的物體或系統(tǒng)規(guī)律為依據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，在計算機(jī)上建立虛擬的操作環(huán)境，控制原理、手段、界面和操作場景都和現(xiàn)代化工生產(chǎn)實時控制極為相似[5]?；し抡孳浖到y(tǒng)主要由流體流動摩擦系數(shù)測定、流量計校核、離心泵特性曲線測定、過濾常數(shù)測定、傳熱系數(shù)測定、精餾塔操作、精餾塔塔板效率測定、吸收系數(shù)實驗、干燥曲線與干燥速率曲線測定，共9個操作單元組成，每個操作單元又由實驗理論、實驗仿真、數(shù)據(jù)處理三部分構(gòu)成。通過單元操作之間的有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)Φ湫蜕a(chǎn)工藝進(jìn)行模擬。北京化工大學(xué)和天津大學(xué)于2000年9月開發(fā)了“化工仿真實習(xí)系列多媒體課件”并進(jìn)行了教學(xué)試點研究，并分別建立了“化工仿真實習(xí)基地”示范基地[7]。

3 化工仿真技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢

在教學(xué)過程中，化工原理仿真技術(shù)將理論上的分析設(shè)計計算進(jìn)行可視化演示，降低學(xué)生認(rèn)識理解上的難度。通過仿真軟件對設(shè)備結(jié)構(gòu)及其作用原理的動畫模擬，為學(xué)生提供現(xiàn)代化工生產(chǎn)的氛圍感受，讓學(xué)生真實地體會生產(chǎn)過程中的實時動態(tài)特性，并對工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)等理論知識有深入的了解[6]。此外，將典型工業(yè)實例融人仿真系統(tǒng)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生自覺運用所學(xué)理論知識指導(dǎo)生產(chǎn)操作的能力，做到理論與實際的密切結(jié)合。

（1）與實際生產(chǎn)過程的相容性和協(xié)調(diào)性。仿真教學(xué)能夠在模擬實驗室進(jìn)行，教學(xué)教程中學(xué)生感受現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的同時而不影響實際生產(chǎn)，造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的下降。仿真教學(xué)采用計算機(jī)技術(shù)模擬生產(chǎn)過程中的控制原理、手段、界面和操作場景，與計算機(jī)集散控制技術(shù)為主導(dǎo)的化工生產(chǎn)控制過程一致，教學(xué)與生產(chǎn)實際隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展能同步協(xié)調(diào)。

（2）高效性和效益性。利用計算機(jī)裝備、信息技術(shù)的發(fā)展，仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)資源共享，滿足化工專業(yè)不同方向，不同層次的教學(xué)需求。此外，還可以通過網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)共享，進(jìn)行新職員培訓(xùn)。

（3）直觀性和系統(tǒng)性。仿真系統(tǒng)將化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行可視化演示，能夠使學(xué)生真實地感受并了解設(shè)備工作原理和結(jié)構(gòu)。通過各個單元操作的結(jié)合形成一個完整的化工生產(chǎn)工藝流程，能夠讓學(xué)生體驗實際化工生產(chǎn)過程，并對整個流程參數(shù)變化有直觀的認(rèn)識，加深學(xué)生對穩(wěn)定連續(xù)（動態(tài)）生產(chǎn)的了解。此外，學(xué)生在仿真實踐中對設(shè)備的操作有利于克服真實設(shè)備操作時的畏懼心理，為就業(yè)做前期準(zhǔn)備。

（4）提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)?；て髽I(yè)存在易燃、易爆、危險性大的特點，且化工事故破壞性大。仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)故障模擬教學(xué)，訓(xùn)練學(xué)生對生產(chǎn)中突發(fā)事件的應(yīng)變能力，開拓學(xué)生視野，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)。

仿真技術(shù)可彌補(bǔ)理論教學(xué)的不足，為了使仿真技術(shù)達(dá)到理想的效果，在化工原理教學(xué)過程中必須注重理論知識的講解，制定合理的教學(xué)計劃，在理論的基礎(chǔ)上指導(dǎo)實踐。并建立相應(yīng)的評分制度，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時，提高學(xué)生對仿真技術(shù)的重視，提升教學(xué)結(jié)果。

4 化工仿真技術(shù)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)

實際動手能力和工程能力是工程專業(yè)學(xué)生的最重要的能力，化工原理實踐教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生工程意識，提高學(xué)生的工程實踐能力和綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力中起著舉足輕重的作用。在仿真實踐中，學(xué)生可對現(xiàn)有方案進(jìn)行技術(shù)改造，也可進(jìn)行探索性的方案設(shè)計，并通過仿真系統(tǒng)對方案可行性進(jìn)行論證。仿真技術(shù)的這一功能有利于加強(qiáng)學(xué)生對未知事物的認(rèn)識、思考和探索，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力。此外，仿真教學(xué)過程能夠?qū)I(yè)建設(shè)、職業(yè)技能訓(xùn)練和職業(yè)崗位培訓(xùn)結(jié)合在一起，實現(xiàn)對學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，使學(xué)生成為化工類專業(yè)應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型人才。

5 結(jié)論

仿真技術(shù)將化工原理課程中抽象的理論內(nèi)容可視化，降低了學(xué)生的接受難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為化工原理課程教學(xué)手段的改進(jìn)，教學(xué)質(zhì)量的提升提供了有力保障。仿真系統(tǒng)中對實際生產(chǎn)過程的模擬有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和工程思維，提升化工類專業(yè)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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