運(yùn)用虛擬仿真模擬強(qiáng)化化工原理課程教學(xué)

于永生 蔡靜靜 王莎莎 井強(qiáng)山

基金項(xiàng)目：教育部2022年產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“離子膜燒堿和煤制甲醇生產(chǎn)工藝虛擬仿真師資培訓(xùn)”（220604697020857）；河南省本科高校新工科新形態(tài)教材“化工原理”（教辦高[2023]395號(hào)）；河南省示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目“離子膜燒堿生產(chǎn)工藝虛擬仿真實(shí)訓(xùn)”（教高[2018]991號(hào)）；河南省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目“煤制甲醇生產(chǎn)工藝3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目”（教高[2020]502號(hào)）；信陽師范大學(xué)研究生教育改革與質(zhì)量提升工程校級(jí)項(xiàng)目“化學(xué)課程與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)研究”（無編號(hào)）；信陽師范大學(xué)2024年高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)與運(yùn)行機(jī)制研究”（無編號(hào)）

第一作者簡介：于永生（1979-），男，漢族，河南通許人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)榛瘜W(xué)教學(xué)及功能陶瓷材料。

*通信作者：井強(qiáng)山（1970-），男，漢族，河南信陽人，博士，教授。研究方向?yàn)榛瘜W(xué)教學(xué)及非金屬礦。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.19.023

摘? 要：化工原理是化工類專業(yè)極為重要的一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的必修課程。該課程知識(shí)面廣、工程實(shí)踐性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)多，但因受實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、重理論輕實(shí)踐的教學(xué)模式的影響而忽視對實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)，最終培養(yǎng)出的學(xué)生大多是知識(shí)型人才。鑒于此，該文通過探究虛擬仿真模擬在化工原理課程教學(xué)中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比分析其優(yōu)勢，指出其不足，進(jìn)而為更好地培養(yǎng)學(xué)生，建設(shè)虛擬教學(xué)體系；提出加大師資力量建設(shè)、培養(yǎng)學(xué)生使用意識(shí)、資金投入三點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：化工原理課程；虛擬仿真技術(shù)；工程素養(yǎng)；創(chuàng)新培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）19-0092-05

Abstract： Principle of Chemical Engineering is a very important experimental based compulsory course for chemical engineering majors. This course has a wide range of knowledge， strong engineering practice and a lot of experiments. However， due to the influence of experimental sites， experimental equipment and the teaching mode that emphasizes theory over practice， the training of experimental operation ability is neglected， and most of the students cultivated in the end are knowledge-based talents. In view of this， this paper explores the application of virtual simulation in the teaching of Principle of Chemical Engineering， analyzes its advantages compared with traditional theory and experiment teaching， points out its shortcomings， and then builds a virtual teaching system to better train students. The paper puts forward three suggestions， strengthening the construction of teachers， cultivating students' awareness of use， and increasing capital investment.

Keywords： Principle of Chemical Engineering; virtual simulation technology; engineering literacy; innovation training; experimental teaching

化工原理是化學(xué)工程學(xué)科中的基本理論之一，其內(nèi)容包括單元操作設(shè)備設(shè)計(jì)選型、構(gòu)造、實(shí)驗(yàn)操作原理、研究方法和數(shù)據(jù)處理等，按照課程特點(diǎn)可分為傳質(zhì)分離單元、流體力學(xué)與傳熱、化工原理實(shí)驗(yàn)及化工見習(xí)與化工課程設(shè)計(jì)五個(gè)板塊?；ぴ韺?shí)驗(yàn)具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和工程性較強(qiáng)等特點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力方面具有重要作用[1]，是整個(gè)化工原理教學(xué)最為關(guān)鍵的版塊。通過實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生了解化工生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、操作過程，并反映學(xué)生的理論知識(shí)掌握情況。傳統(tǒng)課程教學(xué)按照老師講授理論—老師實(shí)驗(yàn)—學(xué)生分組進(jìn)行練習(xí)，但受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件和場地面積無法保障每個(gè)學(xué)生同步進(jìn)行相同實(shí)驗(yàn)，且大多數(shù)實(shí)驗(yàn)藥品對身體有害，實(shí)驗(yàn)者的工程素養(yǎng)參差不齊，因而教學(xué)效果不佳。其次，應(yīng)試教育重理論輕實(shí)踐的教學(xué)模式，培養(yǎng)出來的往往只是知識(shí)型人才。大部分學(xué)生并不具備解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力，難以滿足社會(huì)對實(shí)用型人才的要求。應(yīng)如何解決學(xué)生工程能力邊緣化，滿足企業(yè)對實(shí)用型人才需求這一難題呢？

近年來，虛擬仿真技術(shù)借助于信息化的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅猛，尤其在2017年，教育部發(fā)布《教育部辦公廳關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》。國家對高校建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室給予了政策支持，各高校紛紛開啟了“平臺(tái)共享與項(xiàng)目開發(fā)”虛擬仿真建設(shè)。在一定程度上促進(jìn)了高校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改進(jìn)[2]。經(jīng)過四年多的發(fā)展，已經(jīng)取得了初步成效。這一效果在高校工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域體現(xiàn)明顯，如基于化工“互聯(lián)網(wǎng)+仿真實(shí)驗(yàn)原理”的網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)，使學(xué)生能夠在不受時(shí)間和空間限制的情況下與同學(xué)共享信息，進(jìn)行探究學(xué)習(xí)式的協(xié)作。這種以學(xué)生為中心著重培養(yǎng)學(xué)生的工程和專業(yè)素養(yǎng)，從而提高創(chuàng)新創(chuàng)造活力的培養(yǎng)方法，不同于傳統(tǒng)的應(yīng)試教育的教學(xué)模式，而是由理論教育和實(shí)踐能力結(jié)合化的培養(yǎng)要求，二者相互促進(jìn)，滿足了社會(huì)發(fā)展對人才的需要[3]。

一? 虛擬仿真技術(shù)的定義

虛擬仿真技術(shù)從廣義上講是在媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技基礎(chǔ)上，以構(gòu)建全系統(tǒng)虛擬環(huán)境集成與控制模擬器實(shí)體，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。它與VR技術(shù)有著相似的原理：都是通過使用虛擬仿真對現(xiàn)實(shí)世界中人們很難接觸到的過程進(jìn)行還原，讓人們通過網(wǎng)絡(luò)體會(huì)到。它基于計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，以現(xiàn)實(shí)中的化工工藝、儀器設(shè)備等為模擬對象和基礎(chǔ)，利用特定的計(jì)算機(jī)軟件程序模擬化工設(shè)備的操作和具體的工藝流程[4]。在虛擬仿真軟件里，學(xué)生通過3D虛擬仿真練習(xí)不僅能夠真實(shí)地感受化工生產(chǎn)環(huán)境，還能從工廠的布置，區(qū)域的劃分中參與虛擬的真實(shí)工藝過程。一方面彌補(bǔ)學(xué)生在理論學(xué)習(xí)中對管道、調(diào)節(jié)器、閥門等設(shè)備了解的不足，進(jìn)一步提高學(xué)生對化工廠的工藝流程、設(shè)備布置、化工生產(chǎn)技術(shù)的理解能力，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)；另一方面加強(qiáng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生理論與實(shí)際操作相結(jié)合的能力。

二? 傳統(tǒng)化工原理課程教學(xué)存在的不足

（一）? 理論教學(xué)存在的問題

化工原理課程知識(shí)點(diǎn)冗雜、抽象、流程覆蓋面廣泛，教師較難講解的通俗易懂[5]。目前，大多數(shù)高校化工原理理論教學(xué)分一周二到三次，由于課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)短，有的老師為了加快教學(xué)進(jìn)度，講課速度快，師生互動(dòng)有限，因而很多學(xué)生被迫處在一種“滿堂灌”的狀態(tài)中，跟不上老師講課的節(jié)奏，造成對知識(shí)點(diǎn)理解把握不牢。這些情況只是在客觀上完成了教學(xué)計(jì)劃，但培養(yǎng)出的學(xué)生往往只是知識(shí)型人才，忽視與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，并不具備解決實(shí)際問題的工程能力，不能滿足當(dāng)前社會(huì)對化工人才的要求。

（二）? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

1? 學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)分為研討性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，它們都是有一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟凑諏?shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行的。在實(shí)際操作中，研討性試驗(yàn)很少涉及。而傳統(tǒng)的化工驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是“學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)—教師講解實(shí)驗(yàn)原理—演示操作—學(xué)生操作記錄數(shù)據(jù)—學(xué)生寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告”。在這個(gè)模式中，會(huì)存在以下問題。

第一，目前國內(nèi)大多數(shù)高?；I(yè)的基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)配套課程在內(nèi)容選材上與引領(lǐng)科技前沿的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)相差比較遠(yuǎn)，學(xué)生不感興趣。因此，對課程重視程度不夠。第二，很多教師沒有通過構(gòu)建問題情境激發(fā)學(xué)生的興趣和動(dòng)機(jī)，學(xué)生沒有養(yǎng)成在實(shí)驗(yàn)中探索、在實(shí)驗(yàn)中分析和解決問題的好習(xí)慣。這樣，學(xué)生只會(huì)把它當(dāng)成任務(wù)消極被動(dòng)地完成作業(yè)。第三，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主作為結(jié)課成績的考核方式并不合理，很多學(xué)生僅僅是去抄襲，導(dǎo)致一些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和學(xué)習(xí)熱情不高，教學(xué)效果較差。

2? 操作要求嚴(yán)苛，容錯(cuò)率低

化工原理實(shí)驗(yàn)會(huì)涉及各種各樣的化學(xué)物質(zhì)，有的化學(xué)藥品屬易燃性和毒性物質(zhì)。因此，在進(jìn)行化工實(shí)驗(yàn)時(shí)，要特別注意這些不安全因素對實(shí)驗(yàn)操作條件的要求。例如，熱態(tài)實(shí)驗(yàn)和熱輻射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境對于溫度壓強(qiáng)要求嚴(yán)苛，此外該試驗(yàn)涉及環(huán)節(jié)多、周期長，因而操作復(fù)雜，如果學(xué)生一旦誤操作會(huì)對設(shè)備有很大的影響。正是由于其容錯(cuò)率很低，所以高校開設(shè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，都受限于安全擔(dān)保能力的制約，以至于某些實(shí)驗(yàn)不能跟進(jìn)生產(chǎn)實(shí)際，從而制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高[6]。

3? 教學(xué)條件不足

化工原理實(shí)驗(yàn)不同于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中以小型玻璃儀器為主，其更接近實(shí)際化工生產(chǎn)過程，具設(shè)備實(shí)驗(yàn)場地所需面積大，單臺(tái)設(shè)備費(fèi)用高、投資大、占地面積大等特點(diǎn)[7]，學(xué)生因而只能分成小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每個(gè)小組個(gè)體負(fù)責(zé)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的某個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生只能從局部感知實(shí)驗(yàn)，沒有辦法參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)的全流程，這在一定程度上會(huì)限制學(xué)生的大型實(shí)驗(yàn)操作學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生只能從局部看問題，不利于培養(yǎng)學(xué)生統(tǒng)領(lǐng)全局的能力。實(shí)驗(yàn)裝置的材料大多由鋼制品制成，容易生銹腐蝕，而且后期維護(hù)費(fèi)用高。這些問題給教學(xué)帶來了極大的挑戰(zhàn)，影響教學(xué)效果。

三? 化工原理課程虛擬仿真模擬教學(xué)的優(yōu)勢

（一）? 激發(fā)理論學(xué)習(xí)興趣

化工生產(chǎn)過程是包括流體輸送、沉降、過濾、吸收等在內(nèi)的多個(gè)化工操作單元的集合。在理論講授過程中可以利用化工虛擬仿真軟件將這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作單元通過動(dòng)畫人物講解、VR實(shí)驗(yàn)等眾多新形勢的大眾化使用進(jìn)行形象的演示和互動(dòng)操作，使學(xué)生體驗(yàn)到工程技術(shù)人員的角色[8]。例如，在溶液結(jié)晶設(shè)備選擇的理論課授課中可以通過虛擬仿真軟件了解DTB型結(jié)晶器內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造，進(jìn)一步通過虛擬KCL結(jié)晶生產(chǎn)過程，使學(xué)生深入了解生產(chǎn)工藝和過程控制，從而讓學(xué)生明白與流化床型結(jié)晶器的區(qū)別。有別于傳統(tǒng)理論講授，通過這種有趣又直觀的教學(xué)方式，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，擺脫學(xué)生只知理論，不懂過程的囧境。

（二）? 提高課程設(shè)計(jì)能力

課程設(shè)計(jì)是化工原理重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是綜合運(yùn)用理論知識(shí)完成化工單元操作重要的實(shí)訓(xùn)課程，是將理論應(yīng)用到實(shí)際的重要轉(zhuǎn)化。虛擬仿真隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在化工課程設(shè)計(jì)應(yīng)用中越來越廣泛。以乙苯-苯乙烯粗餾塔設(shè)計(jì)為例，根據(jù)參數(shù)要求，通過在模擬軟件Aspen Plus建立乙苯-苯乙烯操作單元?jiǎng)討B(tài)模擬，軟件由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略、單元操作模塊、物性數(shù)據(jù)庫三部分組成，具備繪制圖標(biāo)，優(yōu)化流程，過程動(dòng)態(tài)分析等功能，可以使學(xué)生直觀地看到。因Aspen軟件需要用到大量化工原理、化工過程傳遞、化工專業(yè)等方面的專業(yè)英語知識(shí)，因此，在學(xué)生學(xué)習(xí)掌握的過程中無形中復(fù)習(xí)鞏固大量之前學(xué)到的知識(shí)。一方面鞏固學(xué)生掌握對知識(shí)的遷移應(yīng)用能力；另一方面可以提高解決故障能力，學(xué)生在使用過程中可以通過對有可能出現(xiàn)的設(shè)備缺陷、故障等緊急情況的處理，鍛煉自己設(shè)計(jì)設(shè)備的思維、方式和對關(guān)鍵部位的改進(jìn)能力[9]。在課程組合這種教學(xué)模式下，學(xué)生不再以認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)軟件為目的，而是通過軟件和實(shí)驗(yàn)裝置完成一定的生產(chǎn)實(shí)踐任務(wù)，從而提高軟件運(yùn)用能力和課程設(shè)計(jì)能力。

（三）? 提高實(shí)訓(xùn)綜合能力

學(xué)生在去相關(guān)企業(yè)實(shí)習(xí)之前，通過仿真教學(xué)軟件的演習(xí)，學(xué)習(xí)相關(guān)非正常操作情況的處理辦法。即便在上機(jī)操作出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，也不必?fù)?dān)心人身安全，因?yàn)檐浖腥蒎e(cuò)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)的非正常操作現(xiàn)象可以在計(jì)算機(jī)上多次再現(xiàn)，若真有異常，完全可以退出登錄重新開始。一般只要根據(jù)頁面彈出消息對話框，按照警示和信息提醒就能避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。這種教學(xué)模式允許學(xué)生在錯(cuò)誤中觀察現(xiàn)象，可以鍛煉學(xué)生解決問題的能力，深化自己對實(shí)際問題的理解。這樣既可以使學(xué)生從宏觀上了解大型化工生產(chǎn)的具體流程，又可以有針對性地在細(xì)節(jié)上了解重點(diǎn)設(shè)備及關(guān)鍵的工藝參數(shù)，然后再去現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)便能很快適應(yīng)操作環(huán)境，達(dá)到事半功倍的實(shí)訓(xùn)效果。

（四）? 突破時(shí)空限制，提升參與感

虛擬實(shí)驗(yàn)通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)快速對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、收集，并在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處理得到結(jié)果。因此虛擬仿真可以調(diào)整長周期實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，縮短無效等待的時(shí)間，以便讓學(xué)生從容完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)。如在精餾操作實(shí)驗(yàn)中探究回流比和熱負(fù)荷對整塔效率的影響，整個(gè)實(shí)驗(yàn)包括備料、加料、加熱等多個(gè)環(huán)節(jié)。而探究各因素（回流比或塔釜加熱電壓）的影響需要在很長時(shí)間達(dá)到平衡時(shí)才能進(jìn)行，因此實(shí)際實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)很長時(shí)間，但由每個(gè)學(xué)生在微機(jī)上進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，則可以克服這個(gè)難題，在較短時(shí)間內(nèi)得出結(jié)論。在防疫期間，出于對學(xué)生安全問題的考慮，大部分院校采取線上教學(xué)，通過虛擬仿真，學(xué)生可以突破空間限制，在移動(dòng)端、網(wǎng)絡(luò)端進(jìn)行隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)，不再受實(shí)驗(yàn)室的限制，使每個(gè)學(xué)生都可以感受實(shí)驗(yàn)過程，達(dá)到實(shí)際實(shí)驗(yàn)的效果[10]。

（五）? 強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果，培養(yǎng)工程能力

預(yù)習(xí)是化工原理實(shí)驗(yàn)課的重要組成部分。傳統(tǒng)的預(yù)習(xí)方式是讓學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)講義、輔助設(shè)備管路和儀表圖，看不到實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的全貌，接觸不到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。由于預(yù)習(xí)效果不好，學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中遇到問題時(shí)不知所措，小則造成實(shí)驗(yàn)誤差，大則出現(xiàn)安全事故。如離心泵特定曲線測定實(shí)驗(yàn)中，閥門開度過大導(dǎo)致流速過大進(jìn)而引起實(shí)驗(yàn)誤差甚至損壞儀器。但如果結(jié)合實(shí)驗(yàn)講義虛擬仿真軟件進(jìn)行相關(guān)預(yù)習(xí)，學(xué)生可以清晰地看到運(yùn)行的全貌，對異常有正確的認(rèn)識(shí)。這樣便使操作過程變得簡單易懂，進(jìn)而強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和素養(yǎng)。

四? 化工課程虛擬仿真的主要內(nèi)容

化工原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的內(nèi)容主要包括：化工流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)、特征曲線離心泵測試、填料吸收塔實(shí)驗(yàn)、蒸餾塔實(shí)驗(yàn)、恒壓過濾實(shí)驗(yàn)、提取實(shí)驗(yàn)、二氧化碳的吸收與解吸、液-液萃取塔實(shí)驗(yàn)、流化床干燥實(shí)驗(yàn)、攪拌器性能測試及滲透膜分離實(shí)驗(yàn)[11]。

實(shí)訓(xùn)裝置平臺(tái)主要包括：流體輸送綜合實(shí)訓(xùn)裝置、傳熱過程綜合實(shí)訓(xùn)裝置、精餾實(shí)訓(xùn)裝置、間歇反應(yīng)實(shí)訓(xùn)裝置、吸收與解析實(shí)訓(xùn)裝置模塊。

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要包括：合成氨3D虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)、聚氯乙烯仿真、氯堿工藝流程仿真模塊組成。

虛擬仿真模擬軟件根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的相關(guān)參數(shù)，匹配化工實(shí)驗(yàn)的單元操作，在電腦上模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理和數(shù)據(jù)分析，在操作單元設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)界面上顯示真實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備，這些都給人帶來很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)感。不僅如此，實(shí)驗(yàn)操作還簡單易學(xué)，僅在電腦上根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)參數(shù)完成運(yùn)行現(xiàn)場使用的設(shè)備模擬操作。軟件自帶的幫助系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理功能，將通過建立的數(shù)學(xué)模型對學(xué)生收集的原始數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行處理，而且系統(tǒng)通過容錯(cuò)技術(shù)根據(jù)選定的擬合公式對數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制和必要的分析，展示實(shí)驗(yàn)規(guī)律，保證較好的安全性。從而提高操作者對實(shí)驗(yàn)裝置的理解，加深學(xué)生對模擬實(shí)驗(yàn)的理解。

在離心泵的特定曲線H-Q測量中，學(xué)生進(jìn)入仿真系統(tǒng)后，選擇離心泵實(shí)驗(yàn)按鈕，點(diǎn)擊回車；點(diǎn)擊操作按鈕，進(jìn)入H-Q曲線測量模擬界面。仔細(xì)閱讀頁面上實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)設(shè)備照片，按照實(shí)驗(yàn)步驟在演示區(qū)可以觀看相應(yīng)的三維動(dòng)畫演示。在模擬項(xiàng)目的操作過程中，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度選擇不同的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；還可以隨意切換DCS頁面和現(xiàn)場圖表訪問數(shù)據(jù)，非常方便。而且還具有放大局部效果的功能，使儀器和數(shù)據(jù)讀取清晰，如圖1所示為離心泵單元流程裝置圖。

五? 當(dāng)前高?；ぬ摂M化教學(xué)存在的問題

據(jù)了解，國內(nèi)大多數(shù)高校都建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室，虛擬模擬技術(shù)越來越多地被應(yīng)用在實(shí)踐教學(xué)中。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在國內(nèi)高校的發(fā)展和應(yīng)用促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的前進(jìn)。2013年，教育部高等教育司闡述了虛擬仿真教學(xué)的內(nèi)涵和要求[12]，對進(jìn)一步擴(kuò)大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)指明了方向。與此同時(shí)，我國許多高校也開始了虛擬仿真教學(xué)教室的建設(shè)，但在仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中也存在一些缺點(diǎn)。首先，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是理想化的呈現(xiàn)與真實(shí)生產(chǎn)過程存在某些誤差，同時(shí)學(xué)生誤操作雖不會(huì)像實(shí)際生產(chǎn)中那樣造成危險(xiǎn)事故，但由于沒有懲罰，也會(huì)使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)不夠深刻，導(dǎo)致學(xué)生過于懶惰，削弱基本訓(xùn)練和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，降低學(xué)生應(yīng)對突發(fā)事件、排除故障和實(shí)驗(yàn)設(shè)備日常維護(hù)的能力。其次，在當(dāng)前虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)尚處于初級(jí)發(fā)展階段，與虛擬教學(xué)配套的實(shí)驗(yàn)室服務(wù)有些高校尚不完善，因此在虛擬教學(xué)過程中，學(xué)生往往只圖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象動(dòng)畫的新奇，忽略實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄處理分析的手段，沒有注重學(xué)習(xí)環(huán)境的重要性，學(xué)生之間缺少互相交流。最后，由于各個(gè)學(xué)校虛擬實(shí)驗(yàn)權(quán)限保護(hù)，僅僅只能使用本地的局域網(wǎng)，各單位之間很難進(jìn)行協(xié)作交流、研究的分布式發(fā)展[13]。

因此，若想更好地謀求學(xué)生發(fā)展，必須堅(jiān)持“虛擬與真實(shí)結(jié)合”的原則，在發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢的同時(shí)也應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的重要性，改進(jìn)教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量。

六? 提高化工課程虛擬課堂建設(shè)的幾點(diǎn)建議

（一）? 加大師資力量建設(shè)

虛擬仿真是近年來興起的一種高科技手段，如果要在教學(xué)中使用這種技術(shù)，首先，應(yīng)不斷補(bǔ)充專業(yè)技術(shù)人員師資隊(duì)伍，并不斷開展教師相關(guān)技能培訓(xùn)，以帶動(dòng)原有老教師，不斷擴(kuò)大自己的知識(shí)范圍，接受新鮮事物，提高自己使用軟件的能力。同時(shí)教師在培訓(xùn)過程中可以提前使用各個(gè)軟件平臺(tái)，通過對比向?qū)W生推薦適合的虛擬軟件自學(xué)平臺(tái)。這樣便能更好地指導(dǎo)學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)，使用虛擬模擬軟體進(jìn)行實(shí)際操作[14]。

（二）? 加大培養(yǎng)學(xué)生使用意識(shí)

大多數(shù)學(xué)生沒有接觸過虛擬軟件，不知道如何使用，高?？梢酝ㄟ^開放虛擬實(shí)驗(yàn)室，招聘志愿者，通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行上機(jī)操作，培養(yǎng)學(xué)生的使用意識(shí)。通過專員輔導(dǎo)教學(xué)，學(xué)生可以盡快學(xué)習(xí)掌握。

（三）? 加大資金投入

近年來，隨著信息化教學(xué)模式的普及，高校仿真虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)得到了一定的發(fā)展，然而對于部分不以工科見長的高校而言，對虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的資金投入仍然不夠充分，以至于某些學(xué)校的電腦都還是老舊版本，學(xué)生在操作時(shí)易引起卡頓現(xiàn)象。為此，國家應(yīng)加大對虛擬仿真類實(shí)驗(yàn)建設(shè)的資金投入，招攬人才，開發(fā)優(yōu)質(zhì)軟件平臺(tái)。各高校也應(yīng)積極響應(yīng)通過設(shè)立專項(xiàng)維修費(fèi)用，提高對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入。

七? 結(jié)束語

隨著我國對技能型人才的日益重視，我們應(yīng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展這一契機(jī)加快虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用于化工原理課程教學(xué)的改革。針對理論教學(xué)存在的困難和基于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)場地不足，設(shè)備復(fù)雜，不易操作等缺點(diǎn)，利用虛擬仿真技術(shù)為化工專業(yè)的人才提供完備的實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用于教學(xué)。這種虛擬與真實(shí)相結(jié)合的課程教學(xué)模式，以個(gè)性化、開放性激發(fā)學(xué)生的積極性，為學(xué)生由被動(dòng)變主動(dòng)學(xué)習(xí)開辟新的路徑，在倡導(dǎo)培養(yǎng)應(yīng)用型人才為核心的現(xiàn)代社會(huì)，必將會(huì)培養(yǎng)出更多具有高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

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