模擬仿真軟件教學(xué)結(jié)合實(shí)際提高化工專(zhuān)業(yè)職業(yè)技能探索與實(shí)踐

杜春霖 張慧東 劉 飛 張 芳

（遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院，遼寧 丹東 118003）

化工專(zhuān)業(yè)高等職業(yè)教育著重培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，學(xué)生要具有系統(tǒng)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷，掌握典型化工過(guò)程與單元設(shè)備的操作、設(shè)計(jì)、模擬及優(yōu)化的基本方法，具備運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)基本理論知識(shí)和工程基礎(chǔ)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力[1]。化工專(zhuān)業(yè)是應(yīng)用性、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，是典型的技術(shù)型、應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)，實(shí)踐教學(xué)至關(guān)重要，具有鮮明的工程特色，培養(yǎng)的學(xué)生能夠從事化工生產(chǎn)及管理、工程設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)等工作，終極培養(yǎng)目標(biāo)是學(xué)生能自主運(yùn)用實(shí)踐工具與手段去創(chuàng)新、創(chuàng)造[2]。這一專(zhuān)業(yè)開(kāi)展的仿真模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)順應(yīng)了教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)需要，是聯(lián)系理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐的橋梁，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要[3、4]。模擬仿真軟件操作實(shí)驗(yàn)怎樣結(jié)合實(shí)體實(shí)驗(yàn)和化工企業(yè)生產(chǎn)線實(shí)際的操作，讓學(xué)生在視覺(jué)和觸覺(jué)上同時(shí)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備操作有完整認(rèn)識(shí)是學(xué)生培養(yǎng)實(shí)踐技能的關(guān)鍵。

1 模擬仿真軟件教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 模擬仿真軟件教學(xué)優(yōu)勢(shì)

模擬仿真軟件操作實(shí)驗(yàn)已成為提高化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生職業(yè)技能的重要手段，設(shè)計(jì)者將設(shè)備總體布局有效地虛擬在屏幕上展現(xiàn)出來(lái)，突出反映物料在生產(chǎn)線中運(yùn)行軌跡，包括運(yùn)行到不同環(huán)節(jié)出現(xiàn)的現(xiàn)象、可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)及危險(xiǎn)處理方法提示等，依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果[5]。模擬仿真軟件操作界面設(shè)備安裝布局、設(shè)備形狀、設(shè)施配置等更趨近于工廠實(shí)際生產(chǎn)線，學(xué)生通過(guò)動(dòng)畫(huà)界面能更直觀地觀察到每一設(shè)備及管路中物料運(yùn)行狀況，使學(xué)生不進(jìn)工廠就能夠得到裝置開(kāi)車(chē)、停車(chē)和事故處理的操作體驗(yàn)[6]。模擬仿真軟件教學(xué)承擔(dān)了理論與實(shí)踐的紐帶，起到了實(shí)體實(shí)驗(yàn)、工廠實(shí)習(xí)中可能出現(xiàn)危險(xiǎn)事故的直觀警示和處理所遇問(wèn)題的方法，為避免不可預(yù)見(jiàn)性危險(xiǎn)事故發(fā)生具有重要作用。

1.2 教師信息技術(shù)應(yīng)用能力得到大幅度提升

模擬仿真軟件教學(xué)是利用新技術(shù)新媒介和新概念手段提高學(xué)生的職業(yè)技能，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中教師在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)模、所用設(shè)施及操作軟件選用等各方面具有決定性作用，規(guī)劃效果決定了將來(lái)實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中發(fā)揮的作用，這不僅需要教師具有深厚的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還需要有應(yīng)用信息技術(shù)的能力素質(zhì)。為能適應(yīng)教學(xué)需要，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之前學(xué)校應(yīng)采取多種措施，通過(guò)派出專(zhuān)業(yè)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建設(shè)調(diào)研考察、對(duì)教師加強(qiáng)信息技術(shù)相關(guān)技能培訓(xùn)、軟件操作培訓(xùn)，從而通過(guò)提高任課教師專(zhuān)業(yè)教學(xué)素質(zhì)來(lái)滿足未來(lái)教學(xué)需要。教師為迎接新的教學(xué)方式的挑戰(zhàn)，既要加強(qiáng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)，還要學(xué)習(xí)模擬仿真軟件操作、虛擬設(shè)備與真實(shí)設(shè)備對(duì)接、傳授知識(shí)方法改進(jìn)、人機(jī)交流方式、問(wèn)題解決等一系列內(nèi)容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力得到大幅度提升，其培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能方式、方法、手段全面更新，因此有實(shí)力投入實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絼?chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新。

1.3 為學(xué)生增加了新的學(xué)習(xí)方式

培養(yǎng)具有“扎實(shí)工程技術(shù)基礎(chǔ)和良好科研素質(zhì)”的創(chuàng)新型人才，學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工作能力、全面提高學(xué)生素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[7]。模擬仿真軟件教學(xué)讓學(xué)生打開(kāi)了另一扇提高實(shí)踐技能的大門(mén)，基于互聯(lián)網(wǎng)模式下的具有交互功能的開(kāi)放式在線學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)代表性化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程、生動(dòng)直觀的畫(huà)面展示、嚴(yán)謹(jǐn)合理的操作規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)化的提示指導(dǎo)，使學(xué)生在“娛樂(lè)”中學(xué)到了生產(chǎn)設(shè)備操作方法，提高了專(zhuān)業(yè)技能。在針對(duì)處理危險(xiǎn)性狀況的培訓(xùn)方面，避免了實(shí)際操作中相同事故出現(xiàn)對(duì)學(xué)生身體的傷害，該種學(xué)習(xí)方式更容易讓學(xué)生接受。

2 模擬仿真軟件教學(xué)中存在的問(wèn)題

2.1 課程安排計(jì)劃問(wèn)題

化工專(zhuān)業(yè)模擬仿真軟件涵蓋了專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程多個(gè)層面內(nèi)容，包括安全、單元培訓(xùn)、生產(chǎn)線演示操作等等，對(duì)應(yīng)理論教學(xué)的不同階段。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中普遍存在著把模擬仿真軟件教學(xué)當(dāng)作一門(mén)獨(dú)立課程集中安排，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的情況下讓學(xué)生操作模擬仿真軟件，學(xué)生仍處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，課程結(jié)束后對(duì)軟件內(nèi)容沒(méi)有留下深刻印象，失去了其所應(yīng)起的紐帶作用。模擬仿真與實(shí)物脫節(jié)，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)習(xí)階段時(shí)，企業(yè)生產(chǎn)線上龐大的生產(chǎn)設(shè)備、五顏六色的管道排布、錯(cuò)綜復(fù)雜的設(shè)備聯(lián)結(jié)，與軟件操作中看到的、學(xué)到的不盡相同，甚至對(duì)生產(chǎn)工藝路線摸不到頭緒，在學(xué)校所學(xué)的知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際之間找不到對(duì)應(yīng)點(diǎn)，沒(méi)有起到應(yīng)有的理論與實(shí)踐的紐帶作用。

2.2 教師在教學(xué)中指導(dǎo)作用問(wèn)題

模擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬現(xiàn)實(shí)、構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，設(shè)計(jì)者對(duì)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行了多方位準(zhǔn)備，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題給予了合理的指導(dǎo)及解答，堪稱(chēng)完美的現(xiàn)實(shí)再現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生打開(kāi)電腦連接工作站進(jìn)入操作程序，依提示操作似乎完成了基本學(xué)習(xí)內(nèi)容，忽視了模擬仿真界面與現(xiàn)實(shí)之間存在的差距，雖然完成了教學(xué)內(nèi)容課時(shí)，實(shí)際并沒(méi)有達(dá)到預(yù)想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。模擬仿真軟件操作界面設(shè)備安裝布局、設(shè)備形狀、設(shè)施配置等雖然更趨近于工廠實(shí)際生產(chǎn)線，反應(yīng)物料在設(shè)備及管路中的運(yùn)行更加直觀，控制操作簡(jiǎn)易明顯，但與工廠實(shí)際有著很大差異。因此，教師在模擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不單要有牢固的化工基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)應(yīng)具備較強(qiáng)的工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新能力，在學(xué)生軟件操作學(xué)習(xí)中應(yīng)加強(qiáng)指導(dǎo)，虛擬與現(xiàn)實(shí)相聯(lián)系以提高職業(yè)技能。

2.3 學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性問(wèn)題

模擬仿真教學(xué)鞏固已學(xué)到的理論知識(shí)，能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，活躍學(xué)生思維、開(kāi)闊思路、提高創(chuàng)新能力[8]。化工專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)模擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生通過(guò)軟件操作學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)的實(shí)用性專(zhuān)業(yè)人才目的。該教學(xué)方式是傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延伸和有效補(bǔ)充，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)體實(shí)驗(yàn)不足，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在學(xué)生單純?yōu)橥瓿蓪W(xué)習(xí)任務(wù)走過(guò)場(chǎng)，把軟件操作當(dāng)作游戲娛樂(lè)，沒(méi)有將理論與實(shí)踐融合作用體現(xiàn)出來(lái)，失去了該教學(xué)應(yīng)起到的作用。如何以興趣為導(dǎo)向，讓學(xué)生在模擬仿真軟件操作中把理論與實(shí)踐相結(jié)合，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，靈活快捷地獲取優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，是模擬仿真教學(xué)中能達(dá)到何種效果的關(guān)鍵。

3 模擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合教學(xué)的改進(jìn)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，學(xué)科范圍不斷擴(kuò)大，化工專(zhuān)業(yè)職業(yè)高等教育面臨諸多新的問(wèn)題，并且跨學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)不斷發(fā)展，相應(yīng)地對(duì)化工類(lèi)人才的要求也在發(fā)生深刻的變化[9]。培養(yǎng)學(xué)生能力素質(zhì)、邏輯思維、想象力和創(chuàng)造力，具備運(yùn)用本專(zhuān)業(yè)基本理論知識(shí)和工程基礎(chǔ)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，理論與實(shí)踐相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的保障。項(xiàng)目實(shí)施在逐步提高教師指導(dǎo)力度的基礎(chǔ)上，課程安排方面進(jìn)行了有計(jì)劃的調(diào)整，將模擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)中安全培訓(xùn)的內(nèi)容優(yōu)先向?qū)W生進(jìn)行傳授，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室安全VR系統(tǒng)教學(xué)，讓學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前了解化工專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中存在的安全隱患及事故的處理方法。在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展階段，有針對(duì)性地開(kāi)展模擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)生動(dòng)有趣的畫(huà)面演示，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐興趣，學(xué)會(huì)規(guī)范的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)操作方法。對(duì)于無(wú)法完成的、會(huì)造成大量資源浪費(fèi)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中或?qū)嶒?yàn)效果沒(méi)有虛擬實(shí)驗(yàn)靈活高效的實(shí)驗(yàn)，會(huì)造成大量環(huán)境污染的實(shí)驗(yàn)，危險(xiǎn)度高的實(shí)驗(yàn)，需要反復(fù)實(shí)踐記憶或者摸索條件的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以軟件操作的方式進(jìn)行教學(xué)[10]，拓展學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)思路，為專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過(guò)單元實(shí)驗(yàn)裝置操作彌補(bǔ)模擬仿真軟件操作無(wú)實(shí)物操作的不足，在學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)企業(yè)實(shí)習(xí)前，開(kāi)展具有代表性的產(chǎn)品生產(chǎn)模擬仿真軟件操作培訓(xùn)，期間帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)企業(yè)見(jiàn)習(xí)，讓學(xué)生實(shí)地了解模擬仿真軟件畫(huà)面中生產(chǎn)設(shè)備與真實(shí)設(shè)備排布結(jié)構(gòu)上的差距，建立設(shè)備及控制配件在空間結(jié)構(gòu)上的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)有一定了解，為學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)習(xí)打下基礎(chǔ)。針對(duì)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，以化工原理和化工過(guò)程控制兩門(mén)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)為對(duì)象，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力、提高職業(yè)技能為核心，采用了實(shí)體實(shí)驗(yàn)后再以模擬實(shí)驗(yàn)鞏固模擬實(shí)驗(yàn)，再以實(shí)體實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)實(shí)踐，通過(guò)探索與實(shí)踐，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

化工專(zhuān)業(yè)職業(yè)技能是化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生未來(lái)從事相應(yīng)工作的保障。基于工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的辦學(xué)理念、新工科培養(yǎng)優(yōu)秀化工專(zhuān)業(yè)高素質(zhì)技術(shù)人才目的，探索化工專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，構(gòu)建了“課程實(shí)驗(yàn)、模擬訓(xùn)練、實(shí)習(xí)”三層次實(shí)踐教學(xué)體系，采取成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)原則，加強(qiáng)模擬仿真軟件教學(xué)應(yīng)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)。提出了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)為中心，建立與之相應(yīng)的教學(xué)平臺(tái)和實(shí)施方法。該實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)現(xiàn)了理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐創(chuàng)新的緊密結(jié)合，提高了化工類(lèi)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。項(xiàng)目方法的實(shí)施為培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型化工類(lèi)人才提供了新的思路，對(duì)深化化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革起到了良好的示范作用。為高?；瘜W(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)和改革提供了參考和借鑒。