化工專升本專業(yè)“虛擬仿真實驗”課程教學(xué)研究

李 娜，程雪晴，陳夢月，趙俊杰，董雄輜

(合肥師范學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

專升本教育是使優(yōu)秀的?？茖W(xué)生繼續(xù)獲得知識并提高學(xué)歷層次的一種重要途徑，同時還可滿足地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對人才的需求[1]。虛擬仿真實驗項目是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的重要補(bǔ)充，在培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)方面起著非常重要的作用[2]。關(guān)于化工“虛擬仿真實驗”教學(xué)的應(yīng)用及實踐，已經(jīng)有教育工作者進(jìn)行了深入的探討與研究，并提出很多有價值的實施措施[3-5]。然而這些研究主要是針對本科生的虛擬仿真實驗如何建設(shè)并應(yīng)用在本科教學(xué)中的，針對?？粕难芯勘容^少。筆者于2015年開始承擔(dān)化工“虛擬仿真實驗”教學(xué)，并且同時承擔(dān)普通本科生和專升本班級的課程，對比普通本科與專升本班級教學(xué)效果的差異，不斷思考和改進(jìn)教學(xué)。結(jié)合化工專升本專業(yè)的特點、培養(yǎng)目標(biāo)等，從整合和優(yōu)化實驗內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式、改革考核方式等方面進(jìn)行探索“虛擬仿真實驗”在化工專升本人才培養(yǎng)中的應(yīng)用與實踐，這對于地方院?；ゎ悓Ｉ救瞬诺呐囵B(yǎng)具有重要的理論意義。

1 教學(xué)特點

化工虛擬仿真實驗是以軟件為平臺，以真實的工廠單元及工段為背景，以仿真機(jī)為工具，用實時運行的動態(tài)數(shù)學(xué)模型來模擬真實的帶有控制點的設(shè)備和工藝流程操作[6]。學(xué)生在計算機(jī)上可以反復(fù)停車、開車甚至設(shè)計故障，這是實際工廠中所不能實現(xiàn)的；仿真軟件提供快門設(shè)定、工況凍結(jié)、時標(biāo)設(shè)定、成績評定、趨勢記錄、報警記錄、參數(shù)設(shè)定等特殊功能，便于教師實施各種新的教學(xué)與培訓(xùn)方法；教學(xué)具有直觀及可操作性，理論與實踐相聯(lián)系；軟件具有可調(diào)節(jié)性，安全、節(jié)約、環(huán)保，設(shè)計簡單化、操作游戲化等優(yōu)點?！疤摂M仿真實驗”教學(xué)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的不足，生動形象，強(qiáng)化學(xué)生對理論知識的理解。

2 教學(xué)研究的必要性

2.1 辦學(xué)定位分析

化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)具備化學(xué)工程與工藝方面的知識，具有高度社會責(zé)任感，具有創(chuàng)新意識和較強(qiáng)動手能力、實踐能力，能在化工、能源、材料等領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人才。以合肥師范學(xué)院為例，為了更好地培養(yǎng)優(yōu)秀化工人才，積極推進(jìn)以“卓越工程師”理念為指導(dǎo)的專業(yè)綜合改革，夯實“實驗、實訓(xùn)、實習(xí)”體系建設(shè)，提高創(chuàng)新性應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，針對安徽省的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，結(jié)合學(xué)院的化學(xué)工程與工藝、化學(xué)教育、制藥工程等相關(guān)專業(yè)的發(fā)展，打造以化學(xué)工程與工藝為核心的學(xué)科群，與地方經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合，培養(yǎng)“應(yīng)用型、復(fù)合型、實用型、針對型”人才。堅持以現(xiàn)代教育理念為先導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)、知識和能力為核心，以過程工程為主的專業(yè)結(jié)構(gòu)體系為出發(fā)點，構(gòu)建適應(yīng)社會需求的人才培養(yǎng)模式。

2.2 化工專升本班與普通本科班的對比分析

化工專升本專業(yè)的學(xué)年僅為二年，學(xué)制短，總學(xué)時少，在課程設(shè)置方面與普通本科有較大的區(qū)別。以筆者所帶的班級為研究對象進(jìn)行具體分析：作為實踐實訓(xùn)課程的“虛擬仿真實驗”課程，普通本科班為24課時共6個仿真實驗，專升本只安排了12課時，但要涵蓋本科24課時的所有內(nèi)容。如果按照和本科班一樣的教學(xué)方法，則上課內(nèi)容多、時間緊、大部分學(xué)生無法及時消化，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，專升本班兩個班共有約11%的學(xué)生在?？齐A段為非化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)；專升本的學(xué)生來自省內(nèi)外不同的?？苹蚋呗殞W(xué)校，各校定位不同，課程設(shè)置與教學(xué)要求也不同，教學(xué)質(zhì)量差異較大，學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不同；另外，超過一半的學(xué)生打算本科畢業(yè)后直接工作，迫切需要實際操作技能、探究學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。由上述分析可知，專升本班級學(xué)情較為復(fù)雜，普通本科生的教學(xué)方法難以滿足?？瓢鄬W(xué)生的學(xué)習(xí)需求，教學(xué)質(zhì)量也受到影響，因此，需對“虛擬仿真實驗”教學(xué)進(jìn)行探究，提出針對化工專升本班行之有效的教學(xué)方法。

“虛擬仿真實驗”對化工類專業(yè)學(xué)生來說是非常重要的一門課，培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才，滿足社會的需求都離不開實驗、實習(xí)、實訓(xùn)的開展。針對化工專升本學(xué)生，為了滿足他們的學(xué)習(xí)需求同時又要綜合考慮他們的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和課時安排，因此，需對化工專升本班采取有針對性的教學(xué)方法?；Ｉ緦I(yè)“虛擬仿真實驗”課程的教學(xué)研究非常有必要。

3 教學(xué)措施

3.1 針對不同基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)行隱性分類教學(xué)

首先使用學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行在線調(diào)查和統(tǒng)計，設(shè)計問卷對學(xué)生進(jìn)行隱性分類。主要進(jìn)行三方面的了解:一是對學(xué)生?？齐A段的專業(yè)、學(xué)習(xí)成績進(jìn)行調(diào)查，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)；二是對學(xué)生本科階段的學(xué)習(xí)目的進(jìn)行調(diào)查，以確定學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；三是在開課前進(jìn)行簡單的課堂測試來調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。然后綜合調(diào)查結(jié)果，將學(xué)生初步分為三類，即基礎(chǔ)較為薄弱型、基礎(chǔ)尚可型、基礎(chǔ)較好型。這個分類也不是一成不變的，后期的授課中可根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行動態(tài)變化。

對學(xué)生進(jìn)行隱性分類后，為了保證學(xué)習(xí)效果，根據(jù)課時安排，選取大綱中規(guī)定的學(xué)生必須熟練掌握的工段和技能進(jìn)行課堂仿真操作；讓學(xué)生自學(xué)比較簡單的工段，課前對學(xué)生進(jìn)行提問使學(xué)生對該知識點有印象；而對于較為復(fù)雜的工藝、涉及科技前沿以及競賽等的內(nèi)容以視頻講解、文件等形式發(fā)布在學(xué)習(xí)通平臺上供學(xué)有余力的同學(xué)課下自學(xué)。

3.2 建立課程群學(xué)習(xí)體系，夯實“實驗、實訓(xùn)、實習(xí)”體系建設(shè)

依托“虛擬仿真實驗”教學(xué)可以推動其他課程的教學(xué)改革，例如，劉義章闡述了虛擬仿真實驗在“化工工藝學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用[7]，很好地完成了“化工工藝學(xué)”的教學(xué)任務(wù)。那么，化工專業(yè)理論課程的學(xué)習(xí)也同樣可以推進(jìn)“虛擬仿真實驗”教學(xué)的改革。為了在有限的課時內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，構(gòu)建課程群體系是非常有必要的，將“化工原理”“儀器儀表與自動化”“化工工藝學(xué)”“化工原理實驗”“化工實訓(xùn)”等課程作為一個課程群。這些課程都是息息相關(guān)的，有些知識點會重復(fù)出現(xiàn)在不同的課程里。構(gòu)建課程群后，可以少講簡單的、不斷重復(fù)出現(xiàn)的知識點，減少不必要的課時浪費；借助實驗、實訓(xùn)、實習(xí)平臺講解重點知識、需要實訓(xùn)的知識點，提高學(xué)生對知識點的認(rèn)知和理解。例如，化工原理實驗的真實操作前，可以要求學(xué)生先在建好的虛擬仿真實驗平臺上進(jìn)行預(yù)習(xí)然后再到實驗室進(jìn)行實際操作，從而達(dá)到虛實結(jié)合的目的。再如，“儀器儀表與自動化”課程要求有4個課時的上機(jī)操作，老師可以選擇較基礎(chǔ)且不和“虛擬仿真實驗”重復(fù)的工段讓學(xué)生進(jìn)行練習(xí)。對于“化工工藝學(xué)”課程的講解，可以將虛擬仿真實驗引入課堂，讓同學(xué)們清楚工藝流程、把握工藝關(guān)鍵；另外，對事故進(jìn)行模擬，使學(xué)生樹立安全意識，強(qiáng)調(diào)虛擬仿真和實際生產(chǎn)的關(guān)系。在虛擬仿真實驗課期間，不僅要求學(xué)生完成虛擬實驗的各步操作，還要求學(xué)生繪制管道及流程圖，這樣可以解決學(xué)生后期進(jìn)場實習(xí)不知道看什么、學(xué)什么的問題，使學(xué)生成為實習(xí)的主體。通過課程群的建立及實驗實訓(xùn)實習(xí)體系建設(shè)，“虛擬仿真實驗”教學(xué)不僅能夠改進(jìn)其他課程的教學(xué)效果，還能夠在有限的學(xué)時內(nèi)將課程群知識點最優(yōu)化，真正將知識融會貫通，做到理論實踐的完美統(tǒng)一。

3.3 對考核方式進(jìn)行改進(jìn)

優(yōu)化“虛擬仿真實驗”教學(xué)的考核方式，考核不僅包括課程的操作得分、網(wǎng)絡(luò)平臺的學(xué)習(xí)得分、工藝流程繪圖得分，還將課程群的成績納入作為最終成績的一部分。課程群因為包含的課程比較多，有的還在不同的學(xué)期，所以可以從中隨機(jī)選取一門作為課程群成績。虛擬仿真實驗課的考核成績?yōu)闈M分100分，各方面所占的比例為：虛擬仿真實驗課成績占總成績50%，網(wǎng)絡(luò)平臺學(xué)習(xí)占總成績的20%，工藝流程繪圖占總成績的15%，課程群成績占總成績的15%。

4 實施效果分析

采取上述措施對化工專升本班實施教學(xué)，經(jīng)過一個學(xué)期的跟進(jìn)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表1-2。從調(diào)查結(jié)果可知，專升本的學(xué)生對該課程表現(xiàn)出極大的興趣，學(xué)生能夠主動思考、熟練操作，將虛擬仿真實驗的內(nèi)容與所學(xué)的理論課內(nèi)容很好地聯(lián)系起來，且成績比較優(yōu)異，大部分學(xué)生的操作分都在90分以上。另外，不僅虛擬仿真實驗課取得好的成績，相關(guān)課程群的成績也非常優(yōu)異。實施效果表明，以上針對專升本班的教學(xué)改革措施還是比較適用的。

表1 虛擬仿真實驗教學(xué)學(xué)生學(xué)情統(tǒng)計

表2 虛擬仿真實驗操作成績及課程群成績統(tǒng)計

5 結(jié)語

化工專升本專業(yè)實施的“虛擬仿真實驗”教學(xué)改革和實踐，充分考慮了學(xué)生的自身情況及專業(yè)背景，極大地發(fā)揮了“虛擬仿真實驗”教學(xué)的優(yōu)勢，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐能力，有效地完成了教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)計劃，為地方院校化工類專升本人才的培養(yǎng)提供重要參考。