虚拟仿真工厂在高职实训中应用研究

2018-01-15王欣羽

价值工程 2018年2期

王欣羽

摘要：通过分析实践教学的现状，介绍了虚拟仿真工厂运用在化工类实践教学中的必要性。虚拟仿真工厂的建设不仅可以节省空间和时间，而且能增强实践教学效果。

Abstract： By analyzing the present situation of the practical teaching，this paper introduces the necessity of virtual simulation factory in the practical teaching of chemical industry. The construction of virtual simulation factory not only saves space and time， but also enhances the effect of the practical teaching.

关键词：虚拟仿真工厂；化工；实训；教学效果

Key words： virtual simulation factory；chemical industry；practical training；teaching effect

中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）02-0258-02

0 引言

实践教学是理论教学的一种深化和延伸拓展[1]。当今社会，科技进步带来了更先进的生产力，但高级技工的贫乏却成为了突出问题。一是学生经过了理论知识的学习，但动手操作的机会却很少，难以学以致用，不利于技术的熟练掌握；二是企业对安全的重视，尤其是炼油化工行业，已成为当前企业的头等大事，而学生入厂实训将增加这一不确定因素，使得实训项目难以入厂；三是职业院校虽然建有实训设备，但维护保养不及时，又不能完全跟上设备更新换代速度，使得设备老旧，学生实训条件缺乏[2]。而且，石油化工行业高温高压的生产条件，使得不安全因素的等级往往较高，危害性较为严重，也使得危害发生时的后果难以承担。为此，现代化石油化工虚拟仿真工厂将成为高职院校学生实训的有效途径。

虚拟仿真工厂是模拟职场环境和操作作业过程的虚拟仿真软件。通过使用者在虚拟环境中对生产装置的认识及操作过程，有利于提高其岗位操作的规范性；通过对典型生产装置的模拟，真实再现各操作流程，有利于使用者加快掌握生产原理、熟练操作和提高操作的安全性。由于是虚拟软件，这提高了学生参与的广泛性和积极性，对实训时间和空间的要求也更为灵活，对设备的维护保养也省时省力；本课题以石油化工为对象，重点研究和重点探讨虚拟仿真工厂在石油化工专业认识实习、生产实习及毕业实习中的应用。

随着信息技术的发展，虚拟教学、虚拟课堂已在发达国家得到了广泛的应用，这是我们要直面的机遇与挑战。近年来，在国家教育部的大力倡导下，虚拟仿真技术也逐步走进了高职教育的大门。在教育教学中，广泛使用的信息技术手段为学生们展示了更为精彩的知识，丰富和完善了学生们的理论构架，有效的提高了学院的教学质量[3]。虚拟仿真教学技术凭借其优秀的沉浸性、交互性，極为浓厚的勾起了学生的学习兴趣，在虚拟的生产操作中，真实的提高了学生的技能水平和动手能力，有助于提高学生们的核心竞争力，这对解决职业院校学生实训难、实习难和就业难提供了一条新思路。目前，虚拟仿真教学方式已可以应用到高职院校的很多专业，如服装设计、数控技术、机电技术、焊接技术、食品加工等。

传统的实训教学模式是学生在固定的场地，如实验室、企业生产现场等，动手实际操作，教师现场讲解的方式进行。因其直观方便和贴近生产，历来是高职实训课程的主要教学方式[4]。然而这种实训教学有其一定的局限性，设备投入大、受时间场地影响、安全风险也较大，这使实训教学进程面临窘境。为了解决这些问题，充分利用现代信息技术发展带来的便利，虚拟工厂、虚拟实验正式进入我们的视野。凭借其安全高效的性能，越来越成为高职院校实训教学行之有效的技术手段和发展趋势。因此，虚拟仿真技术应用于实训教学必然成为高职院校的最佳选择。

1 化工类课程的现状

化工类课程是石油化工院校学生的专业课程，而实践课程是学习掌握化工类知识的重要环节，化工实践课多以实际操作为主，通过多人共同完成内外操的配合，同时要记录原始数据、过程数据和最终数据，最后根据实践结果完成实践报告等工作[5]。传统的化工类实践课程主要有老师带领学生进行顶岗实习、小型的化工设备操作训练和仿真操作。在化工厂或炼油厂中学生只能够了解到化工生产操作的装置的结构、工艺流程和工艺参数等，由于考虑到实际生产的安全性，很难让学生动手实际操作。[6]但这种传统的教学模式存在许多不足的地方，主要有以下几点：

①化工类实践教学无法与实际生产紧密的结合在一起，比如一个复杂的实际生产，我们为了考虑环境污染问题和安全问题，将其简单化，不利于学生对知识和技能的掌握和理解。

②化工类设备一般投入较大，生产运行成本及维护成本较高。

③实际生产中，每项操作需由多位操作人员配合完成，而对学生而言，单个学生所掌握的技能就不能完整，缺乏对整体的把握和认知，不利于整体水平的提升。

④由于化工类课程的抽象性和实际性，很难达到预期的教学效果。化工类课程实践学时少与应用技能要求不断提高的矛盾，给教学带来了极大的挑战[7]。

2 虚拟仿真工厂的优势

近年来，虚拟仿真实训已在高职教学中得到了普遍应用，充实了实训教学过程，提高了学生的核心技能水平，成为提高教学质量的重要手段[8]。虚拟仿真技术有效的替代了传统教学实践课程，解决了传统实践教学中设备投资大、维护成本高、时间场地受限等问题，每个学生能够从容模拟掌握现实生产操作，与理论知识相结合，自行摸索其中的技能技巧，于技术先进性、教学效率、资源利用、经济投入、节能环保方面都具有突出贡献，顺应国家职业学院教育的教学理念及发展方向。整个教学过程贯穿现代化教学方法，使教学资源利用更优化更有效。endprint

3 虚拟仿真工厂在化工类课程中的典型应用

①效果展示。

虚拟仿真工厂较好的完成了化工管路和实际生产中空间位置的一致性，增强了三维场景的现实效果[9]。本文以常减压虚拟仿真操作为例，图1为常减压操作虚拟仿真工厂的总貌图，展现了进入工厂后学生对岗位的选择，对装置整体的感知。图2为内外操的协同操作，还原工厂的真实场景，主操可向外操发布指令，外操收到后进行现场操作，同时主操在DCS现场可以监控外操的完成情况。

②虚拟仿真工厂的运用途径。

虚拟工厂分别可以循序渐进的一次进行认识实习、生产实习和顶岗实习。每个实习阶段分为初级、中级和高级。学生在实习之前要先进入培训室进行安全培训和工艺流程的学习。在学习的过程中，由于装置大，设备多，所以我们可以通过查找和定位的功能找到相应的设备。虚拟工厂具备工艺操作、事故判断与处理、设备仪表使用维护等功能。使学生能在虚拟的生产环境中获得实践操作经验。

③使用评价。

通过虚拟工厂，老师在教授中可以将复杂的化工生产流程、繁多的各种设备和控制难度大的操作形象化、简单化和可实现化，同时将虚拟工厂与多媒体课件联合使用，不但丰富了教学内容，提高了学生的主观能动性，而且使得操作中的重点难点更易于理解，优化了教学质量[10]。

学生可以借助虚拟工厂平台，实现了人人参与操作工艺设备，人人感受到半真实的生产环境，为学生今后相应的工作打下坚实的基础。

4 结语

虚拟仿真工厂不仅突破了平面仿真软件由于空间位置展示困难的瓶颈，而且突破了时间和空间的限制。利用虚拟仿真技术，不仅强化了实践课程的教学，使得教学内容更具时效性和感染力，更增加了学生的实践机会，提高了学生的动手能力和独立思考的能力，为学生综合能力的提升提供一大助力。

参考文献：

[1]崔国生.地方高校转型发展应该着力解决的几个问题[J].沈工程学院学报（社会科学版），2016（02）.

[2]田爱奎，杨瑛霞，夏天，张际平.数字化游戏学习的发展及展望[J].电化教育研究，2006（153）.

[3]林徐润，段虎.虚拟仿真技术在高职实训教学中的应用[J].深圳信息职业技术学院学报，2012，12（2）.

[4]王祖析.浅析高职实训教学中虚拟仿真技术的应用[J].电子世界，2013（18）：197-198.

[5]蒋锡福.运用化工虚拟仿真系统强化化工原理实验教学[J].广东化工，2016（11）.

[6]胡今鸿，李鸿飞，黄涛.关于虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探索[J].实验研究与探索，2015，34（2）：140-144.