《化工仿真实训》教学模式的改革与实践

程忠玲，刘 涛

(承德石油高等专科学校化学工程系，河北承德 067000)

石油化工生产日趋高度集中化、连续化、自动化，操作条件越来越严格，装置也越来越复杂、昂贵，如果操作失误将极其危险，因此，人员上岗前的操作水平和操作技能将直接影响到企业经济效益和安全生产。无论企业员工还是到企业实习的高校学生，传统的教学做法是在生产装置上直接进行，这种现场学习方式存在一些明显的缺点:1)学员常常只能看，不能动手操作，学习效果差;2)化工装置多为连续化生产，正常情况下处于稳定工况，对于不经常出现且又至关重要的开车、停车、事故等非稳定工况，学员往往缺少机会练习。对于以实践为基础、需要动态地分析问题和解决问题以及强调动手能力的工科生而言，这种传统教学模式已显得非常落后［1］。化工仿真技术可以对石化企业生产现场进行模拟仿真，目的是在无投料、无危险的条件下为企业快速培养出富有事故处理经验的操作人员。仿真实训教学使学生不进工厂就能得到开车、停车及事故处理的操作机会，因此，多数高校采用仿真实训与生产实习相结合的方法，学生学习起来事半功倍［2］。本文旨在充分利用仿真软件提供的平台，改革化工仿真实训教学模式，提高学生的操作技能和操作水平，从而实现培养高技能化工人才的目标。

1 化工仿真实训教学模式的设计

1.1 “教、学、做”一体化

《化工仿真实训》采用课堂与实习地点一体化的教学场景，实施“教、学、做”一体化。这种理论实践一体化教学模式改变了传统的理论教学和实践教学相分离的教学形式，突出了教学内容和教学方法的应用性、综合性、实践性，它集理论知识传授、现场观摩、实践操作技能学习、训练为一体，集教师与学生双向交流和指导、小组讨论协作为一体，促进了对知识、技能的理解，避免了操作的盲目性，提高了学生实训的兴趣和实际动手能力，由被动模拟变为主动操作，为今后走向工作岗位增强了适应能力。

1.2 行动导向的任务驱动

《化工仿真实训》采用任务驱动的行动导向的教学模式，在与企业实际相似的学习情境(装置)中设置若干工作任务，包括:1)设计工艺流程;2)编写开车操作规程及开车操作;3)编写停车操作规程及停车操作;4)编写事故预案及事故处理。通过任务的设置使复杂的学习过程，转为相对简单的任务指标的落实。在完成任务过程中，学生通过获取信息、设计流程、制定操作规程、操作等完整实践过程，掌握职业技能、获得专业知识，构建自己的经验和知识体系。

2 化工仿真实训的教学过程

2.1 六步法组织教学

遵循学生职业能力培养规律，以工作任务设计教学情境。每个工作任务，主要采用“资讯—决策—计划—实施—检查—评估”六步法来组织教学。以带压液体输送装置中的《编写开车操作规程及开车操作》任务为例，教学组织过程见表1。

表1 任务的教学组织过程

2.2 运用灵活多样的教学方法

1)任务为导向、基于工作过程的项目化教学法。《化工仿真实训》采用的教学项目主要包括带压液体输送、液位控制、冷热物流换热、丁烷精馏、C4吸收、促进剂合成等装置。项目从简单到综合，例如，丁烷精馏这个项目包括了液体输送、冷热流体换热、液位控制等子项目，这些子项目就会在此复杂项目实施前分别作为单独项目来学习，既分散了难点，又符合学生的认知规律，由浅入深、从简到繁、先易后难。

在教学过程中应避免仿真教学“游戏化”的不良趋向。以往教学学生只是按操作指导书操作，经常不知所以然，而采用任务为导向、基于工作过程的项目化教学法，学生需要自编工艺流程、开停车操作规程、事故处理预案等，在教师的引导下，学生逐渐理解了工艺流程、操作规程、事故处理以及控制的原理等，避免了仿真操作的盲目性和机械性，不仅会操作，还知道为什么这样操作，变无目的被动模拟为有目的主动操作。

2)引导文法。每一个项目都有一个学习任务单提供给学生，学生按照任务单的提示，一步一步地完成项目任务。例如设计带压液体输送装置工艺流程时，由于学生是第一次设计流程，为了帮助学生理清设计思路，任务单会有提示:a)泵前需设一个带压缓冲罐(带压罐)，防止前一工段的短暂停车造成后续工段的波动或停工。b)采用离心泵输送。设计备用泵，避免因为泵故障造成停车。备用泵和运转泵并联安装以备切换。泵前后要设置进口阀和出口阀，可在泵切换或维修时关闭前后阀门，使故障泵与主流程隔离。c)泵出口流量大小采用流量调节器自动控制。d)自动控制阀门一般都有旁路阀和前后手阀。当自动控制阀发生故障，可以通过旁路阀手动调节使生产继续，关闭前后手阀后，可维修自动控制阀门。

3)案例教学法。将学生违规操作或教师通过教师机设置故障引发的事故案例进行教学分析，可引导学生多方位思考，组织学生讨论分析出现的问题，提出正确的操作方法。

仿真还可以进行尝试那些有可能引发事故而在真实环境中不被允许进行的操作和控制。学生可以亲眼目睹不当操作产生的后果。例如，淹塔、烧泵等事故的发生，提升了学生的操作技能，增强了学生的安全责任感。

4)角色扮演法。角色扮演主要是仿照实际现场的岗位设置，将学生分组并分配角色，统筹安排工作量及工作顺序，每个角色各负其责，相互配合共同完成一个装置开车任务，培养学生之间的团结协作意识。在操作过程中，学生要进行现场操作界面(FIELD界面)与监控界面(DCS界面)的切换，这个过程类似于实际生产过程中中控室人员与现场操作人员的协作，要求学生按分配的角色分工操作，防止仿真实训与实际生产过程的脱节［3］。例如，启动离心泵时，现场操作人员先关闭出口阀门，打开泵的进口阀门灌泵排气;现场操作人员通知中控室操作人员启动离心泵;当泵出口液体达到一定压力时，现场操作人员打开泵的出口阀门等。

2.3 建立多元化的考核方法

《化工仿真实训》考核评价分为过程性评价(占70%)和终结性评价(占30%)两部分。过程性评价由教师和学生共同完成，包括平时态度、学生自评互评、操作考核、结果考核等多种形式，全面、科学地考核学生对专业能力的掌握、理论知识的应用、团队协作精神、计划和决策能力、完成工作任务质量、自我学习等多元能力。终结性评价以理论和实际操作考试两种形式考核学生对知识、技能的掌握。仿真考试以上机操作形式进行。理论考试是从题库中随机抽取，并根据每个项目的特点按比例进行组题。实际操作考试是用仿真软件提供的平台进行考核，并与化工总控工职业资格鉴定相结合，采用屏蔽操作指导，要求学生能够独立完成，严格控制操作的规范性，按操作步骤、操作质量、操作趋势等多项内容细化评分标准，考核了学生利用计算机DCS控制生产过程的能力。

3 化工仿真实训教学改革的实施效果

《化工仿真实训》课程教学改革实施后使学生的综合职业能力得到大幅度提高，主要表现为:1)具有一定的设计工艺流程、编写开停车操作规程和事故处理预案的能力，这些能力的培养融汇了化工单元操作、仪表、自控、反应、工艺等多方面的知识，培养了学生解决化工工程问题的综合能力。2)通过操作仿真软件进行事故处理，分析事故产生的原因和可能造成的后果，掌握事故的处理方法，提高独立分析和工作的能力，进而提高安全意识。3)具有预见性分析能力，正确判断装置工艺参数的变化趋势，待参数偏离正常值之前及时进行微调，提高了学生对复杂化工过程动态运行的分析和决策能力。4)学生真正感受到团队合作的重要性，相互沟通，目标一致，才能顺利完成工作任务。

［1］ 刘天霞，姬鸿斌.仿真实习在化学工程专业教育中的应用［J］.石油化工应用，2007，27(2):88－90.

［2］ 张淑新.高职化工仿真实训教学策略研究［J］.中国成人教育，2010(10):170－171.

［3］ 邱挺，黄智贤，叶钊，等.化工仿真实习课程的教学实践与改革［J］.化工高等教育，2012，127(5):56－58.