化学化工虚拟仿真教学在应用化学专业培养中的应用

王永垒+方红霞+李海云

摘要：虚拟仿真教学是近年来发展的一种新型教学模式，是现有教学体系的一种补充和完善。针对当前地方性高校黄山学院向应用性转型过程中，结合校级重点学科应用化学专业的虚拟仿真实验教学环节进行分析，通过理论教学、实验教学及虚拟仿真教学的优势互补，从而将应用化学专业学生培养成具有较强实践应用能力的专业技术人才。

关键词：应用化学；虚拟仿真；应用

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0178-02

应用化学专业是培养具备化学方面的基础知识、基本理论、基本技能以及相关的工程技术知识和较强的实验技能，具有化学基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，能在科研机构、高等学校及企事业单位等从事科学研究、教学工作及管理工作的高级专门人才[1，2]。对学生的理论知识、实验技能及应用能力都有较高的要求。

目前，理论知识的学习仍主要集中在课堂教学环节完成，这是学生集中学习知识最为有效的方法，其优势是知识传授速度快，效率高，可以根据学生的情况来制定教学内容，目标清晰；不足之处是课堂教学环节对学生的实验技能及应用能力培养欠缺，而对应用能力要求较高的应用化学专业，实践教学在学生能力的培养方面变得越来越重要。实践教学[3]是培养高素质人才的重要实践环节，它是学生巩固和加深对理论知识的理解，锻炼在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力。

应用化学专业实践教学平台主要包括基础实验教学平台、专业实验教学平台、化学化工虚拟仿真平台等。其中，基础实验教学平台由基础化学实验和专业基础实验组成，从功能上可实现真实实验的预习、操作规范及真实实验评价等，通过该平台，打牢了应用化学专业学生的基础化学和化工实验技能。专业实验教学平台[4]是由各个专业对应的专业实验组成的教学资源，从功能上可实现真实实验的预习、产品设计、合成、虚拟操作及考核，着力提高学生的设计和流程协作能力。虚拟仿真教学资源包括基本技能、实验训练、及生产实习实训对应的教学资源组成，从功能上可实现工艺流程与装置学习、内操实习及外操实习，各模块同样包含演示、操作和考核功能，该平台能够有效的提高学生的专业设计、装置操作、系统调控等方面的综合能力。虚拟仿真实验教学平台的建设，实现了从基础化学实验、专业基础实习、仿真实习一体化的虚拟仿真实验教学。

随着高校招生人数增加，实验场地的资金投入、实验过程中的安全性考虑等因素的制约，导致实际的实验设备及场地和实验要求之间的矛盾，如相对复杂的工程类实验项目由于场地、产品处理、废物排放等一系列问题在大多数学校也无法真实再现，这使得学生直观地了解化工设备、生产工序及其自动化控制等方面的能力存在严重不足。然而，随着计算机技术的发展，这些项目都能够以虚拟仿真教学的形式嵌入到新型的教学模式中去，虚拟仿真教学[5，6]对于培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着独特的作用，对于融合理论教学及实验教学，提升学生的应用能力具有不可替代的作用。

近几年来，我校化学化工虚拟仿真实验教学中心在化学化工专业课程的实验教学中，逐渐推广计算机及虚拟仿真软件的使用，现有机房面积200m2，拥有完善的多媒体教学环境，配备先进的电脑主机、服务器、交换机、存储设备、扫描仪等电子设备，终端计算机达到了80余台，能够运行专业的化学化工虚拟仿真软件，配备了合成氨全工段、二甲醚全工段、均苯四甲酸二酐全工段、十五种常见的化工单元操作工段、药物制剂技术（GMP）等虚拟仿真软件系统，总资产达到200万元以上，通过利用化学化工动态的虚拟仿真技术，很好的实现与现有实验项目的互相补充，提高了应用化学专业的学生解决化学实验及工程问题的能力。目前，中心所有软件教学资源均面向校内用户免费开放，正在建设针对校外用户的有偿开发使用，以便更好地使教学资源服务于社会。另外，结合应用化学专业的发展方向，化学化工虚拟仿真实验教学中心已经招标采购聚氯乙烯全工段仿真工艺软件等，这些软件的使用将不断完善和丰富虚拟仿真的课程内容建设，提升虚拟仿真平台对学生的锻炼效果。

目前，应用化学专业已经采用暑假小学期的模式进行虚拟仿真开课，开课时间在大三的下学期，仿真实验内容及教学目的为：（1）单元操作虚拟仿真实验项目，其教学目的是利用虚拟仿真软件将复杂的化学工业中的典型单元操作进行训练，如有机合成单元、实验技能单元、萃取塔单元、固定床单元、管式加热炉单元、罐区单元、锅炉单元、间歇反应釜单元、精馏塔单元、离心泵单元、列管换热器单元、流化床单元、吸收解吸单元、压缩機单元、液位控制单元、真空系统操作单元、二氧化碳压缩机仿真单元等；（2）开设化工工艺虚拟仿真实验，如合成氨全工段仿真，包括合成氨转化工段、合成氨净化工段、氨合成工段等、均苯四甲酸二酐全工段仿真，包括氧化工段、水解工段、精制工段及干燥工段等，合成二甲醚全工段仿真等项目，目的是通过仿真操作，使学生对装置的工艺流程，正常工况的工艺参数范围，控制系统的原理，阀门及关键操作点的作用以及开车、停车规程等更加详细的了解，并掌握典型化工生产过程的开车、停车、运行和排除事故的能力。在虚拟仿真学习过程中，学生变成了学习的主体。学生可以根据自己的具体情况有选择地学习，如自行设计实验不同的开、停车方案，实验复杂控制方案、优化操作方案等。学生可以设定各种事故和极限运行状态，提高学生分析能力和在复杂情况下的决策能力，使学生对涉及到的专业知识能够进行灵活的应用，从而提高学生综合分析问题的能力，培养学生工程理念，学会用工程方法思考、解决问题。

化学化工虚拟仿真是利用计算机创建可视化的实验操作环境，通过提供简单通用的远程交互界面，准确模拟实际状态及仪器工作状态，能正确分析判断用户的操作流程，具有仿真性、交互性和实效性，应用化学专业学生通过对虚拟仿真实验系统的反复多次模拟操作，加深对实验原理及操作步骤的理解，还可节省大量时间进行综合性、设计性、探究性实验，这为学生综合能力、创新精神和创新能力的培养提供了强有力的保证，极大地提升了应用化学专业学生对知识的应用能力及综合能力。

化学化工虚拟仿真实验教学中心以提高学生综合素质、创新精神及能力培养为重点，以全面提高学生创新精神和实践能力为宗旨，以资源共享为核心，建立信息化实验教学模式。目前，中心每年面向全校应用化学、化学工程与工艺、制药工程、材料科学与工程、食品工程、环境工程、生物技术等8个专业约900名学生开放运行。

在后续建设工作中，化学化工虚拟仿真实验教学中心将不断完善课程体系与管理制度，充分发挥本中心在实验教学改革中的示范引领作用，从而提高学生的实践及创新能力，优化在线管理平台，扩大资源共享的程度，提高化学化工虚拟仿真实验教学的整体影响力，更好地发挥其在人才培养中的作用。

参考文献：

[1]封顺，徐世美，岳凡，王吉德.高校应用化学专业发展模式浅析[J].高等理科教育，2003，（5）：116-118.

[2]魏子栋，魏锡文，黎学明，杨明莉.应用化学专业人才培养模式研究[J].重庆大学学报，2003，9（6）：169-170.

[3]李杰，王俊，李翠勤，王鉴，张荣明.应用化学专业创新型实验教学体系构建研究[J].教育教学论坛，2014，（13）：261-262.

[4]王永壘，方红霞，李海云.应用化学专业实验的过程引导研究[J].黄山学院学报，2015，17（3）：125-126.

[5]陈国辉，刘有才，刘士军，韩响玲，满瑞林，钟宏.虚拟仿真实验教学中心实验教学体系建设[J].实验室研究与探索，2015，34（8）：169-172.

[6]周世杰，吉家成，王华.虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].计算机教育，2015，（9）：5-11.

Abstract：In recent years，virtual simulation teaching is a new teaching model，which is a supplement for the existing teaching system. In view of the transition process of the current local universities Huangshan to the application，combined with the virtual simulation teaching of applied chemistry specialty，through complementary advantages of theoretical teaching，experimental teaching and virtual simulation teaching，thereby it will apply students developing into a professional and technical personnel with strong practical application.

Key words：applied chemistry；virtual simulation；application