虛擬仿真技術(shù)在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中的運(yùn)用探究

肖順華

（江蘇衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院，江蘇南京 210000）

對于化工行業(yè)而言，其是國家產(chǎn)業(yè)體系不可或缺的部分，是經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的支柱[1]。然而，化工生產(chǎn)時(shí)往往會(huì)接觸到各種易燃、易爆的?；罚绻僮鞑划?dāng)或不規(guī)范，那么極易引起各種安全生產(chǎn)事故，不僅會(huì)危害到員工的生命健康，而且還會(huì)遭受嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。對此，化工生產(chǎn)十分注重從業(yè)人員的實(shí)踐操作技能及問題解決的能力，這無疑是增加了高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)的難度。對于高職院校而言，化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中組織學(xué)生進(jìn)廠進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn)，不僅需投入大規(guī)模的資金，而且難以保障學(xué)生的安全，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果差強(qiáng)人意，難以提升化工人才培養(yǎng)的質(zhì)量。而運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，能夠?yàn)榛?shí)訓(xùn)教學(xué)提供強(qiáng)大的技術(shù)保障，不僅可有效避免化工實(shí)訓(xùn)中的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且還能夠控制實(shí)訓(xùn)成本投入，順利地實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)化工人才[2]。

1 高職院校化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備落后，無法滿足教學(xué)需求

隨著科技的不斷發(fā)展，高職院校作為培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的重要基地，其實(shí)訓(xùn)設(shè)備的質(zhì)量和數(shù)量對于提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和綜合素質(zhì)具有重要意義。然而，目前許多高職院校的化工實(shí)訓(xùn)設(shè)備存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備老舊，更新?lián)Q代不及時(shí)。許多高職院校的化工實(shí)訓(xùn)設(shè)備大多建于20世紀(jì)80年代或90年代，隨著科技的發(fā)展，這些設(shè)備的性能已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求。同時(shí)，由于資金投入不足，學(xué)校難以購置新型的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)設(shè)備更新?lián)Q代的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。

（2）實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足。目前，許多高職院校的化工實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量嚴(yán)重不足，以至于學(xué)生在進(jìn)行實(shí)訓(xùn)時(shí)需要長時(shí)間等待，影響了實(shí)訓(xùn)效果。

（3）實(shí)訓(xùn)設(shè)備質(zhì)量參差不齊，難以滿足教學(xué)需求。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管，部分高職院校的化工實(shí)訓(xùn)設(shè)備質(zhì)量參差不齊，有些設(shè)備的性能甚至無法滿足基本的教學(xué)要求。這不僅影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還可能導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際操作過程中出現(xiàn)安全隱患

1.2 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容單一，缺乏針對性

許多高職院校的化工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容單一，只注重理論知識(shí)的傳授，而忽略了實(shí)際操作技能的培養(yǎng)。這導(dǎo)致了學(xué)生在實(shí)際工作中難以勝任。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，主要是由于高職院校在化工專業(yè)的教學(xué)過程中，過分強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的傳授，而忽視了實(shí)踐操作技能的培養(yǎng)。在這種情況下，學(xué)生們雖然能夠掌握一定的理論知識(shí)，但在實(shí)際工作中卻無法將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，從而導(dǎo)致了實(shí)際工作能力的不足。

1.3 實(shí)訓(xùn)環(huán)境安全問題突出

實(shí)訓(xùn)環(huán)境安全問題是化工實(shí)訓(xùn)中必須重視的一個(gè)方面。在化工實(shí)訓(xùn)過程中，學(xué)生需要接觸到各種化學(xué)品和高溫高壓等危險(xiǎn)因素，因此實(shí)訓(xùn)環(huán)境的安全問題尤為重要。然而，一些高職院校的實(shí)訓(xùn)環(huán)境存在安全隱患，如通風(fēng)不良、防火設(shè)施不完善等，給學(xué)生的安全帶來威脅。如在化工生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體和粉塵，如果沒有良好的通風(fēng)設(shè)備和措施，這些有害物質(zhì)會(huì)在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)積聚，對學(xué)生的身體健康造成威脅。例如，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，如果沒有及時(shí)開啟通風(fēng)設(shè)備或打開窗戶，會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)氧氣不足或二氧化碳濃度過高，從而影響學(xué)生的正常呼吸和身體健康。

2 高職院校化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

虛擬仿真技術(shù)（VR）是一種通過計(jì)算機(jī)生成的、模擬現(xiàn)實(shí)世界的三維視覺環(huán)境，讓用戶身臨其境地沉浸在其中的技術(shù)[3]。它通常使用頭戴式顯示設(shè)備（如VR 眼鏡）作為輸入設(shè)備，通過手柄、傳感器等外設(shè)進(jìn)行交互操作。該技術(shù)的核心是三維建模和渲染。通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，將實(shí)際場景或虛構(gòu)場景在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行三維建模，然后通過渲染技術(shù)生成逼真的圖像。用戶通過VR 設(shè)備觀看這些圖像，可以感受到身臨其境的效果。在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)具有很高的應(yīng)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 提高了實(shí)訓(xùn)效果

虛擬仿真技術(shù)可以模擬實(shí)際生產(chǎn)過程，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行操作，提高實(shí)訓(xùn)效果。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)相比，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)更加安全、環(huán)保，降低了實(shí)訓(xùn)成本。

2.2 拓展了實(shí)訓(xùn)資源

虛擬仿真技術(shù)可以將復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程、設(shè)備結(jié)構(gòu)等進(jìn)行可視化展示，使學(xué)生能夠更直觀地理解實(shí)訓(xùn)內(nèi)容[4]。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源可以隨時(shí)隨地進(jìn)行訪問，為學(xué)生提供了豐富的實(shí)訓(xùn)資源。

2.3 獲取了個(gè)性化實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)

虛擬仿真技術(shù)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣，提供個(gè)性化的實(shí)訓(xùn)場景和任務(wù)。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行多次嘗試和調(diào)整，提高實(shí)訓(xùn)效果。

2.4 培養(yǎng)了創(chuàng)新能力

虛擬仿真技術(shù)可以模擬實(shí)際生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析和解決。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、問題解決能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.5 提高了教學(xué)質(zhì)量

虛擬仿真技術(shù)可以為教師提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和策略。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)可以作為教學(xué)評價(jià)的重要依據(jù)，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.6 促進(jìn)了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

虛擬仿真技術(shù)可以將企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過程和設(shè)備進(jìn)行模擬，為校企合作提供便利。通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，學(xué)生可以更好地了解企業(yè)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)要求，提高就業(yè)競爭力。

總之，虛擬仿真技術(shù)在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值，可以提高實(shí)訓(xùn)效果、拓展實(shí)訓(xùn)資源、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、提高教學(xué)質(zhì)量和促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用將越來越廣泛。

3 虛擬仿真技術(shù)在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中具體應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛。通過虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以在模擬的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際操作，提高實(shí)踐能力和技能水平，從而成長為技術(shù)型人才。以下是一些虛擬仿真技術(shù)在化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用：

3.1 化學(xué)反應(yīng)模擬

虛擬仿真技術(shù)在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用前景，它可以為學(xué)生提供一個(gè)安全、高效的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，幫助他們更好地理解化學(xué)原理和反應(yīng)機(jī)理[5]。通過使用虛擬仿真軟件，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上模擬各種化學(xué)反應(yīng)過程，從而提高他們的實(shí)踐能力和分析問題的能力。

（1）虛擬仿真技術(shù)可以模擬酸堿反應(yīng)。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，酸堿反應(yīng)是最基本的實(shí)驗(yàn)之一，但由于其危險(xiǎn)性較高，通常不建議學(xué)生直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過使用虛擬仿真軟件，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上觀察和研究酸堿反應(yīng)的過程，了解其基本原理和反應(yīng)機(jī)理。此外，虛擬仿真軟件還可以模擬不同濃度、溫度和pH 下的酸堿反應(yīng)，幫助學(xué)生掌握不同條件下的反應(yīng)特性。

（2）虛擬仿真技術(shù)可以模擬氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中最普遍的一種類型，涉及電子的轉(zhuǎn)移和物質(zhì)的氧化還原狀態(tài)的變化。通過使用虛擬仿真軟件，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上觀察和研究氧化還原反應(yīng)的過程，了解其基本原理和反應(yīng)機(jī)理。例如，可以使用虛擬仿真軟件來模擬銅離子與鐵離子之間的氧化還原反應(yīng)，幫助學(xué)生理解電化學(xué)原理和電池工作原理。

（3）虛擬仿真技術(shù)還可以模擬其他類型的化學(xué)反應(yīng)，如配位化學(xué)、有機(jī)合成等。通過使用虛擬仿真軟件，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上觀察和研究這些復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的過程，提高他們的實(shí)踐能力和分析問題的能力。

同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)還可以為教師提供一個(gè)便捷的教學(xué)工具，幫助他們更有效地傳授化學(xué)知識(shí)[6]。

3.2 設(shè)備操作培訓(xùn)

設(shè)備操作培訓(xùn)是高職院校化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中非常重要的一環(huán)，它對于提高學(xué)生的技能水平具有重要意義[7]。隨著科技的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)逐漸在設(shè)備操作培訓(xùn)中得到了廣泛應(yīng)用。通過虛擬仿真技術(shù)，可以模擬各種化工設(shè)備的工作原理和操作流程，使學(xué)生在實(shí)際操作之前就能充分了解設(shè)備的使用方法和注意事項(xiàng)，從而降低操作風(fēng)險(xiǎn)，提高操作效率。以離心機(jī)為例，虛擬仿真技術(shù)可以模擬離心機(jī)的運(yùn)行過程，包括離心機(jī)的組成、工作原理、運(yùn)行參數(shù)等。學(xué)生可以通過虛擬仿真軟件直觀地觀察到離心機(jī)的各個(gè)部件如何協(xié)同工作，以及在不同工況下設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。此外，虛擬仿真軟件還可以模擬可能出現(xiàn)的故障和異常情況，幫助學(xué)生提前了解如何應(yīng)對這些問題，提高應(yīng)急處理能力。同樣，蒸餾塔等其他化工設(shè)備也可以通過虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行操作培訓(xùn)。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以親身體驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行過程，熟悉設(shè)備的操作方法和注意事項(xiàng)。與傳統(tǒng)的實(shí)操培訓(xùn)相比，虛擬仿真培訓(xùn)具有更高的靈活性和安全性，可以為學(xué)生提供更加便捷、高效的學(xué)習(xí)途徑。

3.3 安全培訓(xùn)

虛擬仿真技術(shù)可以模擬各種危險(xiǎn)環(huán)境下的操作場景，幫助學(xué)生熟悉安全操作規(guī)程和應(yīng)急處理方法[8]。例如，可以使用虛擬仿真軟件來模擬火災(zāi)、爆炸等事故現(xiàn)場，進(jìn)行逃生演練。學(xué)生可以了解到如何在火災(zāi)發(fā)生時(shí)保持冷靜，如何正確使用滅火器和滅火器材，以及如何迅速而安全地疏散到安全地帶。又例如，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可能會(huì)遇到各種化學(xué)品泄漏的情況。通過虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以在一個(gè)模擬的化學(xué)品泄漏現(xiàn)場中學(xué)習(xí)如何正確處理這類事故，包括如何佩戴防護(hù)裝備、如何使用專用設(shè)備進(jìn)行泄漏物的收集和處理等。總之，虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生提供了一個(gè)安全、真實(shí)且高效的培訓(xùn)環(huán)境，有助于提高他們的安全意識(shí)和技能水平，降低實(shí)際操作中的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 教學(xué)資源共享

教學(xué)資源共享是現(xiàn)代教育中的一個(gè)重要概念，它通過數(shù)字化手段將各類教學(xué)資源進(jìn)行整合、存儲(chǔ)和共享，以便于教師和學(xué)生在教學(xué)過程中更加便捷地獲取和利用這些資源。虛擬仿真技術(shù)作為一種新興的教學(xué)資源共享方式，應(yīng)積極引入在高職院?；?shí)訓(xùn)教學(xué)中。

（1）虛擬仿真技術(shù)可以將化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)的各種資源進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)[9]。傳統(tǒng)的化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室空間和實(shí)物樣品，這不僅占用了大量的教育資源，而且在教學(xué)過程中還存在安全隱患。而通過虛擬仿真技術(shù)，可以將這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室空間和實(shí)物樣品進(jìn)行數(shù)字化建模，形成一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。這樣一來，教師和學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)訪問這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的隨時(shí)隨地獲取。

（2）虛擬仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的共享。在傳統(tǒng)的化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師往往需要為每個(gè)學(xué)生準(zhǔn)備單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)資料，這不僅耗費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，而且容易導(dǎo)致資源浪費(fèi)。而通過虛擬仿真技術(shù)，教師可以將這些實(shí)驗(yàn)資源上傳到云端，供所有學(xué)生共同使用。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐，從而提高學(xué)習(xí)效果和效率。

（3）虛擬仿真技術(shù)還可以方便教師和學(xué)生之間的交流和合作。在傳統(tǒng)的化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師很難了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，而學(xué)生也很難向教師請教問題。而通過虛擬仿真技術(shù)，教師可以實(shí)時(shí)觀察學(xué)生的操作過程，及時(shí)給予指導(dǎo)和幫助；學(xué)生也可以隨時(shí)與教師和其他同學(xué)進(jìn)行在線交流，共同解決遇到的問題。這樣一來，教師和學(xué)生之間的互動(dòng)變得更加便捷，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

4 結(jié)束語

總之，新時(shí)代下，高職院?；I(yè)應(yīng)積極迎合化工技術(shù)發(fā)展所需，高度重視化工專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，為提高學(xué)生就業(yè)、職業(yè)競爭力奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。對此，在化工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中高職院校應(yīng)明確教學(xué)重難點(diǎn)及問題，積極引入及運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，這不僅可彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的不足，而且還能夠保證學(xué)生安全、高效率地完成各種化工實(shí)訓(xùn)任務(wù)，進(jìn)一步提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生實(shí)踐能力。所以，高職院?；そ處煈?yīng)積極學(xué)習(xí)與掌握先進(jìn)技術(shù)與理論，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中靈活運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，全面鍛煉學(xué)生化工實(shí)踐操作技能，為化工行業(yè)培養(yǎng)更多的綜合型人才，助力化工行業(yè)發(fā)展。