新形勢下油氣儲運工程專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)的實踐與改革

孟江 黃茜 龍學(xué)淵 楊浩瓏

摘要：虛擬仿真實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題方面有極大的優(yōu)勢。文章根據(jù)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的特點，結(jié)合真實實驗平臺，設(shè)置不同層次的實驗項目，采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)、啟發(fā)式和討論式、目標(biāo)驅(qū)動等教學(xué)等方法，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識，有效地提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。但在實踐過程中還存在一些問題，需要從師資隊伍、資源共享和運行管理等方面加強建設(shè)，以進一步完善實驗教學(xué)內(nèi)容和方法，切實提高虛擬仿真實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)中的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;實驗教學(xué);工程能力;油氣儲運工程

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0222-02

未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的發(fā)展，需要更多實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1]。因此，需要創(chuàng)建貼近實際的模型、虛擬仿真實踐環(huán)境，營造實驗教學(xué)的工程背景，將日趨復(fù)雜的工程實景更緊密地嵌入工程教育過程中[2]，注重學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，突出工程實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[3]。

一、實踐探索

（一）開發(fā)了層次遞進的實驗項目

依托虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的強大功能，按照“工程認(rèn)知實驗”“簡單虛擬仿真實驗”“簡單仿真實驗”“復(fù)雜虛擬仿真實驗”四個層次設(shè)置實驗項目，由淺入深，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

1.工程認(rèn)知實驗項目。利用離線基礎(chǔ)訓(xùn)練系統(tǒng)中的工藝流程、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理等的展示和講解，學(xué)生可以進行自主學(xué)習(xí)，加深對專業(yè)知識的理解，為下一步虛擬仿真簡單實驗項目訓(xùn)練打基礎(chǔ)。

2.簡單虛擬仿真實驗項目。利用離線虛擬仿真系統(tǒng)，在虛擬工藝流程條件下，利用三維互交場景，對工藝流程中的設(shè)備、閥門、儀表等進行單獨操作訓(xùn)練，操作過程完全模擬生產(chǎn)現(xiàn)場。學(xué)生學(xué)習(xí)工藝流程切換的程序，掌握設(shè)備操作規(guī)范，提高工程意識。

3.簡單仿真實驗項目。在虛擬仿真實驗訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，依托學(xué)校建設(shè)的、來源于油氣生產(chǎn)真實工程實際的仿真實訓(xùn)基地，進行實際操作項目訓(xùn)練，讓學(xué)生在更接近于真實工程環(huán)境下進行訓(xùn)練。通過真實的實體操作項目訓(xùn)練，學(xué)生可以更進一步學(xué)習(xí)設(shè)備操作步驟，規(guī)范操作，進一步培養(yǎng)學(xué)生的工程和安全意識。

4.復(fù)雜虛擬仿真實驗項目。利用離線系統(tǒng)提供的故障實驗項目，在三維虛擬工藝場景中，通過提示完成故障的判斷和處理。學(xué)生可以進一步學(xué)習(xí)故障出現(xiàn)后工藝流程系統(tǒng)參數(shù)的變化趨勢，掌握故障判斷和處理方法，學(xué)會故障處理的程序。

（二）改革了實驗教學(xué)方法

1.學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識。學(xué)生利用虛擬仿真實驗平臺的離線部分，進入三維場景，點擊虛擬工藝流程，根據(jù)提示進行自主操作。利用對接行業(yè)職業(yè)技能考核標(biāo)準(zhǔn)的考核系統(tǒng)[4]，學(xué)生自己檢驗操作的規(guī)范性和掌握的熟練程度，根據(jù)自己的掌握情況，確定訓(xùn)練次數(shù)。教師一般情況下不干涉學(xué)生的實驗過程。

2.教師引導(dǎo)，提高學(xué)生的自主性。教師針對油氣集輸或天然氣輸送工藝中某一單元設(shè)置簡單故障（引起故障的原因單一）。關(guān)閉操作提示，學(xué)生通過運行參數(shù)變化，分析引起故障的原因，針對原因制定出處理措施，并驗證措施的正確性或可行性。在實驗教學(xué)過程中，教師只是對學(xué)生進行提醒和點撥，以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和動力。

3.虛實結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。在虛擬學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合石油與天然氣實訓(xùn)基地油氣集輸和天然氣輸送模塊，開展仿真實驗教學(xué)，做到能實不虛，既保證了實驗教學(xué)的安全性，又實實在在地提高了操作能力。

4.采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。在教學(xué)過程中，教師對工藝流程系統(tǒng)進行調(diào)整，只是提醒學(xué)生目前系統(tǒng)參數(shù)異常，要求學(xué)生通過正確的調(diào)節(jié)使工況恢復(fù)正常。學(xué)生首先要判斷工況到底發(fā)生了哪種變化，然后分析其原因，找出需要采用什么樣的調(diào)節(jié)方法，如此才能使運行工況恢復(fù)正常。

（三）學(xué)生綜合實踐能力有了明顯提高

通過不同層次實驗項目的設(shè)置和教學(xué)方式的改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，逐步實現(xiàn)了工程背景下復(fù)雜工程項目的訓(xùn)練。學(xué)生逐步掌握了工程背景下設(shè)備、設(shè)施的操作和工況調(diào)節(jié)時的要求以及故障發(fā)生的原因和排除方法，學(xué)會了在進行操作時應(yīng)考慮哪些主要因素，進一步提高了學(xué)生的綜合實踐能力。

二、進一步改進措施

雖然通過不同層次的實驗項目設(shè)置和教學(xué)方法改革，較大幅度地提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。但從目前的教學(xué)實踐來看，虛擬仿真實驗教學(xué)在師資、教學(xué)資源共享、運行管理等方面存在問題，制約了虛擬仿真實驗教學(xué)目標(biāo)的進一步達成。

（一）加強師資隊伍建設(shè)

實驗教師工程經(jīng)歷與學(xué)生的工程能力培養(yǎng)密切相關(guān)[5]。因此，需要進一步推行教師工程實踐鍛煉計劃，增強教師的現(xiàn)場工程經(jīng)驗。每年利用假期，選派教師到企業(yè)鍛煉，學(xué)習(xí)現(xiàn)場的技術(shù)和管理模式，了解企業(yè)當(dāng)前對油氣儲運工程專業(yè)人才能力的需求。通過企業(yè)工程鍛煉，增加師資隊伍的工程背景，能夠使教師把工程經(jīng)驗更好地貫穿于實驗教學(xué)中，以提高實驗教學(xué)效果。

（二）加強現(xiàn)有資源的共享

所建的虛擬仿真教學(xué)平臺，有比較強大的離線自學(xué)功能，有大量的油氣儲運方面的主要設(shè)備、閥門和主要工藝流程三維動畫，但是目前沒有得到充分應(yīng)用。因此，應(yīng)該積極與開發(fā)商溝通，改進操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)中的離線部分通過校園網(wǎng)與學(xué)?，F(xiàn)有教學(xué)資源形成共享，給學(xué)生提供更多的自主學(xué)習(xí)平臺。目前的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺還缺乏燃氣、油氣儲存等方面的虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)。

（三）實驗開放升級

教學(xué)方式的變化，必然會引起實驗室運行管理方式的改變。因此，從管理制度入手，簡化學(xué)生申請開放虛擬仿真實驗室的手續(xù)，給予指導(dǎo)教師和實驗員一定的工作量，提高學(xué)生和教師的積極性，開發(fā)更多的實驗項目用于開放，提高實驗平臺的利用率。

三、結(jié)語

虛擬仿真實驗教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生工程意識、工程能力和解決工程復(fù)雜問題的手段之一，目前仍然處于不斷探索和完善的過程。在這個過程中，需要根據(jù)工程教育的新要求更新觀念，完善教學(xué)方法，加強師資隊伍工程能力建設(shè)，實現(xiàn)資源共享。

參考文獻：

[1]“新工科”建設(shè)：一場面向未來的工程教育新革命？[EB/OL].[2017-1115].https：//www.sohu.com/a/204473073_387110.

[2]葉民，孔寒冰，張煒.新工科：從理念到行動[J].高等工程教育研究，2018，（01）：24-31.

[3]嚴(yán)欣平，李文華，柏偉.加強和創(chuàng)新實踐教學(xué)的探索與實踐[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2013，（2）：193-195.

[4]沈建新，陸勇.“新工科”理念下的地方本科高校校本課程開發(fā)[J].鹽城師范學(xué)院學(xué)報（人文社會科學(xué)版），2017，34（4）：116-119.

[5]朱光俊，楊治力，杜長坤.應(yīng)用型本科院校教師隊伍建設(shè)研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2013，（9）：175-177.