虛擬仿真技術(shù)在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：時(shí)代在不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)在不斷地增長(zhǎng)，促使國(guó)家對(duì)人才需求量在不斷地?cái)U(kuò)大，在安全穩(wěn)定的環(huán)境中如何培養(yǎng)高素質(zhì)優(yōu)秀人才，是當(dāng)前國(guó)家教育相關(guān)部門(mén)值得深思的問(wèn)題。化工專(zhuān)業(yè)中諸多實(shí)踐活動(dòng)若直接開(kāi)展難度相對(duì)較大，因而需要學(xué)生通過(guò)其他方式進(jìn)行活動(dòng)。但當(dāng)前卻存在學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)較少、學(xué)習(xí)過(guò)程的安全性無(wú)法得到保障等問(wèn)題，這無(wú)疑推動(dòng)了虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，能夠使學(xué)生通過(guò)電腦進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)?；诖耍疚脑敿?xì)介紹虛擬仿真技術(shù)在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐;應(yīng)用

引言

經(jīng)濟(jì)促使教育得到快速發(fā)展，教師在傳遞學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)，也需要注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。而化工專(zhuān)業(yè)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上推動(dòng)了實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和效率的提升。不僅能夠促使學(xué)生掌握和理解理論知識(shí)，同時(shí)也可以幫助學(xué)生提高實(shí)際操作能力。所以，在實(shí)際化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師需要充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的作用，促使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)運(yùn)用在實(shí)踐中，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)生的全面發(fā)展。

1化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的重要性

化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展在一定程度上能夠促使學(xué)生實(shí)際操作能力的提升，因而開(kāi)展這項(xiàng)課程十分重要。實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展雖然能夠促使學(xué)生動(dòng)手操作能力的提升，但也存在著一定的弊端。在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中工藝實(shí)驗(yàn)十分重要，主要包含化工工藝中的閥門(mén)、泵等操作內(nèi)容，同時(shí)也需要通過(guò)各種工藝的聯(lián)系促使學(xué)生能力的提升。在當(dāng)前階段，化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)主要是通過(guò)小型設(shè)備，例如精餾操作量一般為一千毫升。大型化工反應(yīng)裝備應(yīng)要投入大量的資金支持，同時(shí)也需要擁有一定的安全措施，實(shí)踐化工工藝之間有著一定的差異性，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)化工工藝參數(shù)、管路設(shè)備等方面認(rèn)識(shí)存在一定的局限性。除此之外，化工工藝一般包含高溫高壓以及易燃易爆的操作，這些操作無(wú)法在室內(nèi)進(jìn)行。而化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)對(duì)化工專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)個(gè)有著十分重要的意義。而虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠使教師將一些較為經(jīng)典的案例融入在教學(xué)中，在一定程度上能夠提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，更好地接觸大型工藝，進(jìn)而促使化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)效率和質(zhì)量的提升。

2化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

2.1仿真操作游戲化，安全操作意識(shí)淡薄

虛擬仿真技術(shù)是以信息技術(shù)為前提，錄入數(shù)據(jù)信息、移動(dòng)鼠標(biāo)以及VR眼鏡的使用，學(xué)生就可以完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。教師為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，極易容易將教學(xué)放在如何高質(zhì)量完成學(xué)習(xí)目標(biāo)中，致使學(xué)生操作不規(guī)范且不重視操作過(guò)程，而出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，若出現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，那么將會(huì)造成無(wú)法避免的后果。在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，若不規(guī)范仿真界面操作流程，很容易致使學(xué)生養(yǎng)成不良的行為習(xí)慣，進(jìn)而為學(xué)生今后走進(jìn)企業(yè)崗位帶來(lái)不利的影響。因此，教師應(yīng)要根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，合理開(kāi)展仿真實(shí)訓(xùn)，促使學(xué)生化工安全生產(chǎn)責(zé)任心以及良好行為的形成，否則將會(huì)適得其反。

2.2仿真實(shí)訓(xùn)與下廠實(shí)踐相差較多，一些操作簡(jiǎn)單

從化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)M來(lái)看，一些實(shí)驗(yàn)會(huì)使用到一些大型設(shè)備和數(shù)量眾多的管道、閥門(mén)等，為了使學(xué)生更好的進(jìn)行操作，在仿真實(shí)訓(xùn)中，但設(shè)備和管線間的格局與實(shí)際情況有著很大的區(qū)別。學(xué)生不僅無(wú)法結(jié)合實(shí)際情況掌握管線的排布，同時(shí)閥門(mén)開(kāi)度只需要?jiǎng)邮咒浫胍粋€(gè)%即可，這樣簡(jiǎn)單的操作，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生將仿真實(shí)訓(xùn)與實(shí)際操作無(wú)法聯(lián)系在一起。總之，仿真實(shí)訓(xùn)開(kāi)展的實(shí)際作用是能夠促使學(xué)生更好地了解工藝原理，但學(xué)生無(wú)法學(xué)習(xí)到實(shí)際的操作相關(guān)注意事項(xiàng)、操作原理。除此之外，仿真實(shí)訓(xùn)中的仿真模型會(huì)影響學(xué)生對(duì)工藝參數(shù)變化的理解，進(jìn)而無(wú)法更好地處理實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題[1]。

2.3教材內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的愈發(fā)昌盛，使越來(lái)越多的人開(kāi)始意識(shí)到環(huán)保工作的重要性，新技術(shù)、新理念逐漸應(yīng)運(yùn)而生，無(wú)疑對(duì)環(huán)保、和諧生產(chǎn)提出了一定的要求，進(jìn)而促使化工行業(yè)得到迅猛發(fā)展。但根據(jù)實(shí)際情況來(lái)看，在當(dāng)前階段化工專(zhuān)業(yè)的教材中對(duì)企業(yè)工藝設(shè)備的介紹相對(duì)較少，導(dǎo)致學(xué)生理論知識(shí)無(wú)法與實(shí)際相聯(lián)系，進(jìn)而使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)的積極性，無(wú)法主動(dòng)參與到實(shí)踐教學(xué)中，從而影響教師教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)進(jìn)度，也無(wú)法促使學(xué)生實(shí)踐能力的提升。因此，教師需要將教學(xué)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到關(guān)注教材內(nèi)容如何完善和創(chuàng)新中。

2.4實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量無(wú)法滿(mǎn)足教學(xué)需求

由于學(xué)校學(xué)生眾多，生源地豐富多彩，化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中存在較為嚴(yán)重的設(shè)備老舊落后，無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)需求的問(wèn)題。同時(shí)，由于學(xué)生人數(shù)眾多，設(shè)備數(shù)量少、設(shè)備年代久遠(yuǎn)，無(wú)法及時(shí)更新等問(wèn)題，也嚴(yán)重影響著化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量以及效率的提升。另外，也存在著嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足的問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少之又少。

2.5資金能力有限，實(shí)驗(yàn)無(wú)法順利開(kāi)展

隨著當(dāng)前階段化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器、藥品等價(jià)格的不斷上調(diào)，若資金能力有限，那么將無(wú)法支撐實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展。由于化工專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，需要擁有大量的儀器和藥品作為實(shí)踐的支撐，而這些無(wú)疑對(duì)增添學(xué)校的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。學(xué)校為了保障實(shí)踐教學(xué)的順利開(kāi)展，會(huì)縮減一些實(shí)驗(yàn)類(lèi)型，減少一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[2]。

2.6社會(huì)對(duì)畢業(yè)生實(shí)踐能力認(rèn)可有待提升

正是由于上述問(wèn)題的存在，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際企業(yè)實(shí)踐中，能力存在一些的不足，使學(xué)生在進(jìn)入企業(yè)崗位時(shí)需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的適應(yīng)期，實(shí)踐能力以及管理能力等方面呈現(xiàn)的不足，導(dǎo)致社會(huì)和企業(yè)對(duì)畢業(yè)生實(shí)踐能力認(rèn)可度相對(duì)較低。

3化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

3.1工廠實(shí)習(xí)相結(jié)合

為了能夠促使學(xué)生在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生自身實(shí)踐能力的有效提升，教師需要將仿真訓(xùn)練與實(shí)習(xí)結(jié)合在一起，讓學(xué)生能夠通過(guò)仿真操作，對(duì)實(shí)際設(shè)備運(yùn)行、工作流程等有初步的了解，之后進(jìn)行工廠實(shí)習(xí)，進(jìn)而促使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用在實(shí)際生產(chǎn)中，使學(xué)生能夠掌握理論知識(shí)的同時(shí)，能夠提高自身實(shí)踐能力。除此之外，學(xué)生在進(jìn)行仿真訓(xùn)練過(guò)程中，安全意識(shí)很容易降低，無(wú)法擁有良好的安全責(zé)任意識(shí)。所以，教師需要在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，注重學(xué)生掌握實(shí)際生產(chǎn)操作的同時(shí)，也需要與工廠實(shí)習(xí)實(shí)際情況相融合，促使學(xué)生樹(shù)立良好的安全意識(shí)。

3.2合理應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，提高實(shí)踐效果

教師在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠主動(dòng)參與其中，最大化發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的作用，促使化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的提高。因此，教師需要根據(jù)實(shí)際情況，靈活應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，使學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)虛擬仿真技術(shù)。除此之外，教師自身也需要擁有新的教學(xué)觀念和想法，進(jìn)而能夠通過(guò)虛擬仿真技術(shù)促使學(xué)生對(duì)化工實(shí)際生產(chǎn)有詳細(xì)的了解，減少工作流于表面問(wèn)題的出現(xiàn)，不能夠通過(guò)成績(jī)高低判斷學(xué)生。教師可以利用隨堂練習(xí)的方式，與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，考察學(xué)生知識(shí)的掌握程度，從而教師能夠更加具有針對(duì)性的開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)[3]。

3.3與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)結(jié)合，促使教學(xué)效率提升

化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，是需要以信息技術(shù)為前提依據(jù)。在當(dāng)前諸多學(xué)校在開(kāi)展虛擬仿真化工實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，仍舊是在微機(jī)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生缺少外出鍛煉的計(jì)劃。因此，教師應(yīng)要與時(shí)俱進(jìn)，加快“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬仿真化工”的研究力度，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)推進(jìn)虛擬仿真技術(shù)在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，進(jìn)而形成全面、高效率、方便快捷的實(shí)踐平臺(tái)，使學(xué)生能夠通過(guò)該平臺(tái)學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也有利于教師及時(shí)了解學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)生的全面發(fā)展，最大化發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的作用，促使實(shí)踐教學(xué)效率的提升。

3.4根據(jù)實(shí)際情況，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

為了保障虛擬仿真技術(shù)能夠有效應(yīng)用在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，教師應(yīng)要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，促使學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和能力的提升。教師可以首先帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作，然后待學(xué)生熟悉后進(jìn)行深層次的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作，之后教師將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生進(jìn)行綜合實(shí)踐訓(xùn)練，待學(xué)生擁有豐富操作經(jīng)驗(yàn)以及能力之后，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行企業(yè)實(shí)習(xí)。通過(guò)這樣由淺入深，循序漸進(jìn)的方式，學(xué)生不僅能夠擁有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)以及良好的專(zhuān)業(yè)能力，同時(shí)也有助于學(xué)生從單一的基礎(chǔ)操作向綜合性化工生產(chǎn)操作的過(guò)渡，使學(xué)生在虛擬仿真技術(shù)支持下真實(shí)感受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)情況，讓理論與實(shí)際有效結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與生產(chǎn)的共同進(jìn)步，促使學(xué)生形成完善的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，能夠系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)化工專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)。

在當(dāng)前階段學(xué)校人才培養(yǎng)方案中越來(lái)越關(guān)注實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用實(shí)踐人才。所以，教師可以利用虛擬仿真技術(shù)細(xì)化化工專(zhuān)業(yè)課程，使學(xué)生在虛擬的實(shí)踐中掌握化工行業(yè)發(fā)展方向以及工藝操作核心內(nèi)容。當(dāng)前階段，學(xué)校能力的提升，陸續(xù)增設(shè)了諸多實(shí)踐操作設(shè)備，在一定程度上滿(mǎn)足了學(xué)生的實(shí)踐操作需求[4]。比如，學(xué)生在學(xué)習(xí)天然氣加工時(shí)，原先由于缺少專(zhuān)業(yè)設(shè)備無(wú)法完成實(shí)際操作，而現(xiàn)階段政府部門(mén)建立了石油、天然氣化工專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供了更多的方便，進(jìn)而促使學(xué)生更好地理解天然氣加工實(shí)際過(guò)程以及相關(guān)知識(shí)。

3.5利用虛擬仿真技術(shù)，促使實(shí)踐效果提高

眾所周知，化工生產(chǎn)流程涉及內(nèi)容廣泛，需要使用的設(shè)備種類(lèi)較多，操作難度相對(duì)較大，學(xué)生在工廠實(shí)習(xí)中無(wú)法通過(guò)親自操作工藝設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)感受不足，理論與實(shí)際相脫離。為了有效解決該問(wèn)題，教師可以利用虛擬仿真技術(shù)，為學(xué)生搭建仿真中心，根據(jù)教學(xué)大綱要求，合理安排實(shí)踐周，讓學(xué)生以計(jì)算機(jī)操作一些經(jīng)典的化工實(shí)踐方案，比如煉油常減壓蒸餾、催化裂化流程等。學(xué)生通過(guò)仿真訓(xùn)練，逐漸熟悉和掌握化工集散控制系統(tǒng)，熟知裝置開(kāi)停車(chē)操作，有能力應(yīng)對(duì)常見(jiàn)的事故。教師通過(guò)虛擬仿真技術(shù)開(kāi)展化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)，使這些實(shí)踐操作與實(shí)際生產(chǎn)相接近，進(jìn)而能夠起到還原真是生產(chǎn)場(chǎng)景的作用，使學(xué)生能夠詳細(xì)了解生產(chǎn)情況，為今后走向工作崗位夯實(shí)基礎(chǔ)。

3.6建立仿真生產(chǎn)線，提高學(xué)生實(shí)踐能力

教師利用虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生建立仿真生產(chǎn)線，雖然能夠在線還原諸多操作流程以及設(shè)備控制，但卻無(wú)法進(jìn)行真實(shí)的實(shí)物操作。雖然單元仿真設(shè)備是實(shí)物操作設(shè)備滿(mǎn)足一部分實(shí)踐需求，但卻無(wú)法形成一個(gè)完善的化工系統(tǒng)。實(shí)際上，化工企業(yè)生產(chǎn)不只是單一的依靠操控室就可以完成，而是需要現(xiàn)場(chǎng)配合操作各類(lèi)設(shè)備[5]。比如，在進(jìn)行丙烯酸甲酯工藝時(shí)，教師可以利用虛擬仿真技術(shù)建立仿真生產(chǎn)線，能夠使學(xué)生清楚的看到有機(jī)合成工業(yè)各環(huán)節(jié)的操作過(guò)程。其中仿真裝置包含生產(chǎn)區(qū)、工業(yè)控制、仿真系統(tǒng)等內(nèi)容，能夠有效實(shí)現(xiàn)化工集散控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作，各種情況模擬以及故障分析，虛擬巡檢等。學(xué)生在這樣的實(shí)踐中，能夠更好的認(rèn)識(shí)化工生產(chǎn)，帶給學(xué)生身臨其境的感受，熟知實(shí)際操作。這樣的綜合性虛擬仿真實(shí)踐訓(xùn)練效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于企業(yè)實(shí)習(xí)效果，同時(shí)這樣的開(kāi)放性學(xué)習(xí)，也能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，可以根據(jù)專(zhuān)業(yè)靈活選擇實(shí)驗(yàn)課程。這樣的實(shí)踐教學(xué)雖然有著實(shí)際操作和工況參數(shù)顯示，但系統(tǒng)確是利用水和空氣代替真實(shí)生產(chǎn)材料，能夠在一定程度上節(jié)約成本費(fèi)用，環(huán)保廢物排放為零。

3.7建立化工模擬計(jì)算中心，解決化工生產(chǎn)問(wèn)題

教師不僅可以在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中采取虛擬仿真技術(shù)，同時(shí)也可以也應(yīng)用在化工生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中。比如，教師可以在石油天然氣化工研究中建立化工模擬計(jì)算中心，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及流程模擬軟件等，幫助學(xué)生解決計(jì)算機(jī)在化工專(zhuān)業(yè)中存在的問(wèn)題。同時(shí)以這些技術(shù)作為支撐，定期組織學(xué)生開(kāi)展化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽，比如工藝流程的繪制等活動(dòng)。另外，教師還可以采取虛擬仿真技術(shù)，對(duì)油田助劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，模擬化工流程等，促使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)，推動(dòng)學(xué)生的全面發(fā)展[6]。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，教師在化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中充分應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)榛?zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)提供新的教學(xué)方法和思路。因此，教師可以在專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)、實(shí)訓(xùn)過(guò)程中融入虛擬仿真技術(shù)，最大化激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，促使學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提升，從而能夠使學(xué)生將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。另外，虛擬仿真技術(shù)的合理應(yīng)用，在一定程度上還可以促使學(xué)生學(xué)習(xí)能力得以提升，擁有處理突發(fā)事件的能力以及操作化工生產(chǎn)的能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力也產(chǎn)生著一定的影響?？傊?，化工專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠促使教學(xué)質(zhì)量和效率的提升，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)生全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：燕傳勇（1985.10-），男，漢，江蘇省徐州市人，徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，主要研究方向?yàn)榛どa(chǎn)工藝。