在化工原理仿真實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)

曹顯進

摘 要：化工原理課程教學(xué)仿真實驗軟件，對促進該門課程的教學(xué)起到了很大的推動作用，許多人對其在培養(yǎng)學(xué)生的作用方面做了研究，本文主要針對仿真實驗對學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)進行探討。

關(guān)鍵詞：教育教學(xué) 仿真實驗 化工原理

化工原理仿真實驗已廣泛應(yīng)用于化工工程、制藥工程、食品工程、環(huán)境等專業(yè)的教學(xué)與培訓(xùn)工作中，包括物料輸送、粉碎、篩分、混合、干燥、蒸餾、蒸發(fā)、吸收、傳熱等，其內(nèi)容與化工原理課程相對應(yīng)，對促進這些專業(yè)的教學(xué)和教研工作起到了積極的推動作用。

化工原理實驗仿真系統(tǒng)是通過動態(tài)數(shù)學(xué)模型實時模擬真實實驗現(xiàn)象和過程，通過互動3D模型模擬現(xiàn)場的真實裝置操作，并產(chǎn)生和真實實驗一樣的操作結(jié)果，讓學(xué)生在計算機上模擬現(xiàn)場操作，達到每個學(xué)生都能夠親自動手做實驗，觀察實驗現(xiàn)象，驗證公式、原理、定理的目的。

化工原理仿真實驗在教學(xué)中的應(yīng)用，對培養(yǎng)和提升學(xué)生的工程素養(yǎng)有著很大的促進作用。

一、工程素養(yǎng)的含義

1.工程素養(yǎng)的含義

素養(yǎng)是指一個人在從事某項工作時應(yīng)具備的素質(zhì)與修養(yǎng)。它包括一個人的品德、知識、才能和性格等。工程素養(yǎng)是指從事工程實踐的能力，是面向工程實踐活動時所具有的潛能和適應(yīng)性能力，它包括應(yīng)用專業(yè)知識的能力、解決問題的能力、與人合作的能力、吃苦耐勞的精神、控制和改進生產(chǎn)的能力、使用和操作設(shè)備的能力、嚴肅認真的工作作風(fēng)等。

2.讓學(xué)生具備工程素養(yǎng)是工科相關(guān)專業(yè)教學(xué)的重要培養(yǎng)目標(biāo)

化工、制藥、食品、環(huán)境等專業(yè)的學(xué)生以后所從事的工作，不僅要求學(xué)生具備化工原理方面的專業(yè)知識和能力，還要求學(xué)生以后在進行工程實踐活動時，有較強的適應(yīng)能力，才能創(chuàng)造性地進行工作，這就要求學(xué)生具備一定的工程素養(yǎng)。例如，化工生產(chǎn)液體物料的輸送，濕藥料的熱風(fēng)干燥、藥液的提純，蔗糖生產(chǎn)中的過濾操作、蒸發(fā)操作，污水中的沉淀操作、污泥處理操作等，都要求學(xué)生對化工原理的理論和設(shè)備知識有較好的掌握，具備較好的工程素養(yǎng)。

為讓學(xué)生獲得一定的工程素養(yǎng)，在人才培養(yǎng)計劃中規(guī)劃了多門課程和實踐環(huán)節(jié)，包括學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、企業(yè)參觀、企業(yè)實習(xí)等，其中化工原理仿真實驗就是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)起著重要作用。

二、如何在化工原理仿真實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)

1.強化和鞏固學(xué)生對書本理論知識的掌握和理解

通過仿真實驗，可以強化學(xué)生對課本理論知識的掌握和鞏固所學(xué)，為后續(xù)做好化工原理實驗打好基礎(chǔ)。例如，通過離心泵特性曲線測定實驗，強化和鞏固學(xué)生對離心泵原理、結(jié)構(gòu)、組成、工作原理、安裝和選用方法等理論知識的掌握，也為后續(xù)的整個實際實驗做了模擬準(zhǔn)備，保證了后續(xù)實際實驗的成功。

在仿真實驗中，設(shè)計了實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗步驟、實驗注意事項、實驗課堂練習(xí)、實驗知識介紹等環(huán)節(jié)或交互活動環(huán)節(jié)，特別是課堂練習(xí)，做對、做錯馬上顯示，使學(xué)生直觀、現(xiàn)場獲得正確答案與指導(dǎo)，加深、鞏固了對相關(guān)仿真實驗概念等基本理論知識的掌握與理解。

2.培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力

通過仿真實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。學(xué)生做實驗時都要寫實驗報告，都要問實驗的目的是什么？實驗步驟怎樣？這些問題，學(xué)生自己都可以從仿真實驗的實驗指導(dǎo)、操作演示、教學(xué)課件等欄目中找到答案并自行學(xué)習(xí)和閱讀。通過閱讀學(xué)習(xí)后可以自行進行實驗，自己記錄數(shù)據(jù)，再按實驗的數(shù)據(jù)處理指導(dǎo)欄目的指導(dǎo)來處理數(shù)據(jù)，最后得出結(jié)論，完成實驗。通過這一實驗過程，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，鍛煉和提高學(xué)生分析和解決問題的能力。在實驗過程中，少數(shù)學(xué)生能很快掌握，能自行把實驗進行下去并完成，有部分學(xué)生只能往下做幾個步驟，這就要求授課教師隨時巡回，進行講解和指導(dǎo)，有時集體講解，更多為個別的單獨指導(dǎo)。

例如，有的同學(xué)通過離心泵特性曲線測定實驗，繪制出的特性曲線與標(biāo)準(zhǔn)特性曲線形狀差別巨大，說明實驗數(shù)據(jù)有問題，實驗數(shù)據(jù)的問題經(jīng)分析又是由于輸入的數(shù)據(jù)有錯誤等原因造成的，最終自己或共同找出了原因，提高了分析和解決問題的能力。

3.培養(yǎng)學(xué)生吃苦耐勞、刻苦鉆研的品質(zhì)

通過仿真實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生吃苦耐勞、刻苦鉆研的品質(zhì)。做化工原理仿真實驗，首先要根據(jù)教程寫出實驗報告，學(xué)生自己先要弄清楚實驗的方法和過程，才能進行實驗，在做實驗的過程中，不僅要完成實驗，還要完成實驗各個步驟提出的預(yù)習(xí)問題，要認真閱讀實驗步驟、注意事項，需要認真觀察系統(tǒng)的演示，認真聽教師的講解，才能把實驗做成功。這些都是繁瑣的工作，要求學(xué)生要花費一定的精力來認真對待，需要耐性和吃苦精神，需要有反復(fù)練習(xí)、刻苦探究和鉆研的精神。

例如，丙酮的填料塔吸收實驗，整個實驗有15個步驟，還有3個數(shù)據(jù)處理步驟，每一步都不能錯，否則最后數(shù)據(jù)處理得出的曲線就不會是一條標(biāo)準(zhǔn)的過原點的直線。整個過程都需要學(xué)生有足夠的耐性來認真對待，方可使實驗做成功。

4.培養(yǎng)和提高學(xué)生控制和改進生產(chǎn)工藝的能力

通過仿真實驗，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生控制和改進生產(chǎn)工藝的能力。例如，通過干燥實驗，學(xué)生應(yīng)在鞏固了干燥原理、方法和設(shè)備等書本理論的基礎(chǔ)上，掌握溫濕度的測量方法、計算方法，從而掌握干燥曲線和干燥速率曲線的繪制方法和步驟，這是以后學(xué)生從事輕化工產(chǎn)品的干燥操作實踐的預(yù)演。通過仿真實驗，學(xué)生學(xué)會了今后從事相關(guān)工作時控制和改進干燥生產(chǎn)操作的方法和途徑，即首先要測量干燥過程的參數(shù)（溫濕度、干濕基含水量），通過繪出干燥曲線和干燥速率曲線，來對干燥生產(chǎn)進行掌控，并能以此為基礎(chǔ)來分析改進干燥生產(chǎn)的措施和方法。

5.學(xué)生獲得設(shè)備的使用知識

通過仿真實驗，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生對設(shè)備的使用能力。例如，通過精餾仿真實驗，使學(xué)生在鞏固復(fù)習(xí)蒸餾的概念、原理、應(yīng)用、分類、設(shè)備等基本知識的基礎(chǔ)上，直觀地了解和認識精餾操作的具體過程、設(shè)備及其操作的基本方法，掌握了精餾設(shè)備使用時的一些注意事項，為學(xué)生以后操作精餾設(shè)備打下了基礎(chǔ)。

通過仿真實驗，使學(xué)生對輸送設(shè)備、混合設(shè)備、干燥設(shè)備、過濾、傳熱、蒸發(fā)、蒸餾、吸收、分離、流體流動狀態(tài)參數(shù)測量等輕化工設(shè)備加深了理解與認識，獲得了更多的設(shè)備操作的知識。

6.培養(yǎng)和提高學(xué)生嚴肅認真、一絲不茍的工作作風(fēng)

通過仿真實驗，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生嚴肅認真、一絲不茍的工作作風(fēng)。仿真實驗中，要求學(xué)生精力高度集中地利用鼠標(biāo)點擊選項，不管是回答填空題，還是做選擇題、點擊操作對象進行實驗、輸入實驗參數(shù)值、記錄和填寫實驗數(shù)據(jù)等等，都要求認真、細心，步驟弄錯一步，實驗便進行不下去，或得不到正確的結(jié)果;或者小數(shù)點記錯一位，同樣也得不出正確的結(jié)果?！耙徊讲铄e，滿盤皆輸”，只有整個過程都做到認真細致，才能“闖關(guān)成功”，得出正確結(jié)果。在實驗過程中，學(xué)生沒有時間來閑聊，都在埋頭鉆研和學(xué)習(xí)，課堂氣氛嚴肅而緊張，彼此間有交流，但都是在詢問方法和解決各自的疑問，大多都是在爭分奪秒地思考和完成各自的實驗任務(wù)。

三、總結(jié)

總之，化工原理仿真實驗，以其逼真的實驗現(xiàn)場感，高度仿真的操作設(shè)備、步驟和環(huán)境，全面地提升了學(xué)生從事化工、輕工行業(yè)工作時的工程素養(yǎng)，不但幫助學(xué)生鞏固了對課本上的專業(yè)理論知識，熟悉和了解了化工單元操作設(shè)備的使用方法和知識，還培養(yǎng)和提高了學(xué)生分析和解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生吃苦耐勞的精神，促使其養(yǎng)成了認真細致、一絲不茍的工作作風(fēng)，為其今后從事與化工原理有關(guān)的崗位工作，打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]阮森，張宏波.工程技術(shù)人員基本素質(zhì)及工作能力的要求與培養(yǎng)[J].船海工程，2011（4）.

（作者單位：楚雄技師學(xué)院）