化工虚拟仿真对现场实习实践教学效果的作用

张海洋+李雪琴+郭瑞丽+张建树

【摘要】简述了现场实习引入虚拟仿真技术的必要性、虚拟仿真技术的特点和虚拟仿真教学的实施方法，并总结了虚拟仿真技术的引入在现场实习实践教学中的作用及效果。

【关键词】虚拟仿真 现场实习 教学效果

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0189-02

【Abstract】This paper briefly describes the necessity of introducing virtual simulation technology into the field practice， the characteristics of virtual simulation technology and the implementation method of the virtual simulation teaching； the effect of the introduction of virtual simulation technology on the field practice teaching was also summarized in this article.

【Key words】 Virtual simulation； Field practice； The teaching effect

化工虚拟仿真是通过数学模型的方法，将集散控制DCS操作与化工生产相结合，对过程参数进行精确控制与调节，建立一个与真实系统相似的操作控制系统，模拟真实的生产装置，再现真实的生产过程。目前，仿真软件琳琅满目，挑选合适的虚拟仿真软件与学生的认知实习和生产实习相结合，既可以让学生在学习理论知识的同时，学习实践知识，理论与实践相结合，增强学生的感性认识，解决学生对实际应用知识的欠缺问题，又能在进入工厂实习前使学生首先了解原料、中间产物、最终产品的生产原理、流程和重要工段的主要问题，节省了学生需要在工厂实习的时间和学校在这方面所需花费的资金。因此，引入虚拟仿真技术用于实践教学是增强学生感性认识、实际操作技能和提升实习实践教学效果的重要手段。重点结合我院实际情况分析虚拟仿真技术在实习实践教学中的具体应用。

一、引入虚拟仿真技术的必要性

1.化工专业课程门类多，学生学习任务重，很少有时间被安排到工厂中进行实践应用知识的学习，尽管在大四上学期通过认知实习和生产实习环节被安排到化工厂中，但由于化工生产具有易燃易爆、高温高压、有毒有害等特点，生产过程都是在相对封闭的环境中进行，学生们不能动手操作，只能是看看设备、摸摸流程，被动地听讲解员讲解一遍，难以深入掌握实际的知识，短暂的实习结束回到学校，几乎没有理解和记住任何东西，使该十分重要的环节成为了过场，造成了理论学习与实践操作的脱节[1]。

2.作为工科，化工专业培养出来的学生除了应该具有比较扎实的专业知识外，还应该具有较强的实践动手能力，化工虚拟仿真软件可以实现化工生产设备的冷态开车、正常运行、故障处理和正常停车等操作，学生在进入工厂前就能抢先了解化工产品的生产和设备操作过程，从而带着问题去有目的进行认知和生产实习。

因此，无论从理论与实践相结合的角度，还是从培养学生的实际动手能力和分析解决实际问题的能力的角度，在化工认知实习和生产实习实践教学环节引入化工虚拟仿真技术都是很有必要的。

二、化工虚拟仿真技术的特点

1.化工虚拟仿真技术首先可以实现理论知识和实践知识的结合，在理论知识的学习过程中，由于无法看到实物，老师对设备和单元操作的讲解比较抽象，学生也很难对设备产生实际的感官理念，无法真正理解基本的原理并与实际工 业生产中的装置相联系。化工虚拟仿真可以将各种设备的结构以及运行方式等直观地显示在计算机上，学生可以根据所学理论知识对设备进行操作。操作错误，系统会做出提示并将错误的原因一一列出，指导学生去进行相应的调试，直到得到正确的结果[2]。让学生进一步理解生产过程的基本原理，使理论知识与实践紧密的联系起来。

2.化工虚拟仿真技术具有直观性和可调节性，它能够模拟真实的生产设备，通过冷态开车、正常运行、停车以及出现事故时数据的波动，再现生产过程的实际动态特性，使学生直观地看到生产过程中涉及的参数及其变化，形象生动展现设备结构、基本原理和工艺流程等。仿真软件还可以设定各种故障、极限运行状态等，锻炼学生分析和解决实际问题的能力。

3.化工虚拟仿真技术还具有安全、绿色、经济的特点，通过仿真系统模拟实际生产过程，因不会生产出实际的化工产品，故不会造成设备破坏和环境污染，也不会发生人身伤亡。另外，通过一次购买软件可以节省大量的空间和购买设备、每次设备运行、购买原料的大量费用。因此，采用虚拟仿真软件是最安全、绿色、经济的实习方法。

4.虚拟仿真技术也具有不足之处，首先它缺乏真实性，毕竟只是辅助培训，只是学生接触实际过程的一种手段，其与现场操作灵活性、不可预见性还有相当的距离[3]。这往往需要操作人员凭借丰富的经验和技术迅速反应并及时果断处理。其次是实践性差，即使开始选择的数据有很大的偏差，也可以通过后续的调整，弥补前一次的过失。而在实际生产中参数控制比较严格，如果在实际生产中控制参数随意变化，后续生产将无法进行下去。

三、虚拟仿真教学的实施

1.虚拟仿真设备的接入。我学院是化学化工学院，本科专业包括化学工程与工艺、应用化学、材料科学与工程、环境与生物工程等。考虑到距离问题，我院选择实习单位为新疆心连心能源化工有限公司、新疆大全新能源有限公司、石河子污水处理厂等，针对这些单位的产品生产情况，我们从东方仿真软件技术有限公司相应购买了尿素工艺仿真软件（煤头）、多晶硅生产工艺仿真实训软件、城市污水处理工艺仿真软件和企业运营教学模拟平台等几款软件，同时，学院配套有 70多台电脑，每台都配套了高性能的CPU、显卡及显示器。并且对既懂专业又懂计算机的专任教师进行培训[4]。

2.生产过程仿真内容的学习。在现场实习前的两周内，安排学生进入化工仿真实训技术中心有目的地进行仿真软件和工艺过程的学习，内容包括化工生产设备的冷态开车、正常运行、故障处理和正常停车等操作生产过程中涉及的参数及其变化，让学生熟悉设备结构、基本原理和工艺流程等[5]；最后，老师通过教师站管理系统自由组卷（思考题和工艺题），向学生编辑及下发考题，考察学生对工艺过程的掌握情况，合格后准备开始现场实习。

3.开展现场实习。根据仿真工艺内容的学习情况，分配学生到相应的工厂进行有目的的现场实习。目前，大多数化工厂不愿意接收实习学生，一方面是由于化工企业具有易燃易爆、有毒有害的特点。另一方面是由于工作人员比较紧张，还要抽身顾及实习学生的讲解和安全[6]；所以，得到来之不易的机会，首先就必须要求学生做好计划，实地验证自己学习到的知识，带着化工仿真中遇到的问题去现场向师傅请教。其次对学生高标准、严要求。到化工企业实习最大的要求是强调安全性，必须要求学生严格遵守企业规定。

四、结语

一线生产过程中复杂化和连续性程度比较高，现场实习使学生亲临现场掌握全方面知识，这是化工虚拟仿真所不可比拟的；化工虚拟仿真虽只是对生产操作的初步接触，但其因具有很强的直观性、安全、绿色和经济的特点而对现场实习效果起到极大的提升作用。虚拟仿真技术与现场实习相结合可以做到理论联系应用实践，锻炼学生分析和解决实际问题的能力，提高学生的学习兴趣和就业竞争力，真正培养出优质的技能人才，为化工企业注入新鲜血液。

参考文献：

[1] 李士雨.化工仿真实习教学改革的研究与实践[J].化工高等教育，2003，20（2）：49-52.

[2] 刘彤义.化工仿真操作在实习实训中的作用[J].计算机教育，2016，2：110-112.

[3] 司红岩，侯旭峰.化工仿真实训的利弊[J].河北化工，2010，33（2）：67-68.

[4] 王富花，沈发治，张占军.工程案例教学法在化工原理课程教学中的应用[J].化学工程与装备，2008，（10）：183-185.

[5] 耿海波，陈力.仿真技术在化工实践教学中的综合应用[J].河北化工，2009，32（3）：73-74.

[6] 周爱东，王庆，杨红晓.仿真技术应用于化工原理实验教学的创新实践[J].实验技术与管理，2007，24（3）：84-86.