《化工原理》仿真教学的体会

杨海艳 杨静 邓佳 史正军

摘要：指出了化工原理作为化工院系的核心课程，在培养化学化工人才方面有着重要的意义。基于此，探讨了仿真技术在化工原理课程教学中所具有的优势以对创新型人才培养的重要作用。

关键词：仿真技术;人才培养;教学

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）03-0225-02

1 引言

化工原理是化工院系的核心課程之一，在培养化学化工高级人才中起着从理论到工程实际、从基础到专业的桥梁作用[1，2]。化工原理课程中所讲授的工程观点、工程原理、工程方法将会直接影响学生后续专业课程的学习和以后的工作生涯[3]。化工原理属于工程学科，需要解决化工生产过程中的一些工程实践问题，培养学生实践能力和解决工程实际问题的能力。但由于区域经济，财政资源和企业实践基地资源的限制，实践性教学环节薄弱，不能实现大批量学生长驻企业实践[4]。因此，采用化工仿真技术模拟的一些主要生产过程的流程结构图以及一些主要生产设备的结构原理动画图，可以减少学生在实践经验上不足所产生的学习困难[5]。

2 化工原理仿真技术

化工仿真技术是指过程系统的数字仿真，以起初的物体或系统规律为依据建立数学模型，在计算机上建立虚拟的操作环境，控制原理、手段、界面和操作场景都和现代化工生产实时控制极为相似[5]。化工仿真软件系统主要由流体流动摩擦系数测定、流量计校核、离心泵特性曲线测定、过滤常数测定、传热系数测定、精馏塔操作、精馏塔塔板效率测定、吸收系数实验、干燥曲线与干燥速率曲线测定，共9个操作单元组成，每个操作单元又由实验理论、实验仿真、数据处理三部分构成。通过单元操作之间的有机结合，能够对典型生产工艺进行模拟。北京化工大学和天津大学于2000年9月开发了“化工仿真实习系列多媒体课件”并进行了教学试点研究，并分别建立了“化工仿真实习基地”示范基地[7]。

3 化工仿真技术在教学应用中的优势

在教学过程中，化工原理仿真技术将理论上的分析设计计算进行可视化演示，降低学生认识理解上的难度。通过仿真软件对设备结构及其作用原理的动画模拟，为学生提供现代化工生产的氛围感受，让学生真实地体会生产过程中的实时动态特性，并对工艺流程、设备结构、工艺参数等理论知识有深入的了解[6]。此外，将典型工业实例融人仿真系统中，有利于培养学生自觉运用所学理论知识指导生产操作的能力，做到理论与实际的密切结合。

（1）与实际生产过程的相容性和协调性。仿真教学能够在模拟实验室进行，教学教程中学生感受现代工业生产的同时而不影响实际生产，造成企业经济效益的下降。仿真教学采用计算机技术模拟生产过程中的控制原理、手段、界面和操作场景，与计算机集散控制技术为主导的化工生产控制过程一致，教学与生产实际随着计算机应用技术的发展能同步协调。

（2）高效性和效益性。利用计算机装备、信息技术的发展，仿真系统可实现资源共享，满足化工专业不同方向，不同层次的教学需求。此外，还可以通过网络与企业共享，进行新职员培训。

（3）直观性和系统性。仿真系统将化工设备结构图进行可视化演示，能够使学生真实地感受并了解设备工作原理和结构。通过各个单元操作的结合形成一个完整的化工生产工艺流程，能够让学生体验实际化工生产过程，并对整个流程参数变化有直观的认识，加深学生对稳定连续（动态）生产的了解。此外，学生在仿真实践中对设备的操作有利于克服真实设备操作时的畏惧心理，为就业做前期准备。

（4）提升学生职业素养。化工企业存在易燃、易爆、危险性大的特点，且化工事故破坏性大。仿真系统可实现故障模拟教学，训练学生对生产中突发事件的应变能力，开拓学生视野，提高学生分析和解决问题的能力，提升学生职业素养。

仿真技术可弥补理论教学的不足，为了使仿真技术达到理想的效果，在化工原理教学过程中必须注重理论知识的讲解，制定合理的教学计划，在理论的基础上指导实践。并建立相应的评分制度，在激发学生学习积极性的同时，提高学生对仿真技术的重视，提升教学结果。

4 化工仿真技术与创新人才培养

实际动手能力和工程能力是工程专业学生的最重要的能力，化工原理实践教学对于培养学生工程意识，提高学生的工程实践能力和综合能力，培养学生创新能力中起着举足轻重的作用。在仿真实践中，学生可对现有方案进行技术改造，也可进行探索性的方案设计，并通过仿真系统对方案可行性进行论证。仿真技术的这一功能有利于加强学生对未知事物的认识、思考和探索，培养学生创新思维和能力。此外，仿真教学过程能够将专业建设、职业技能训练和职业岗位培训结合在一起，实现对学生知识、能力和素质的培养，使学生成为化工类专业应用型、复合型和创新型人才。

5 结论

仿真技术将化工原理课程中抽象的理论内容可视化，降低了学生的接受难度，激发了学生的学习热情，为化工原理课程教学手段的改进，教学质量的提升提供了有力保障。仿真系统中对实际生产过程的模拟有利于培养学生分析和解决问题的能力，培养学生的操作技能和工程思维，提升化工类专业学生的职业素养。

参考文献：

[1]姚金环，李延伟，梁 军.“化工原理”课程体系改革实践教学研究 [J].高教论坛，2016，4（4）：36～38.

[2]王任芳，李克华.《化工原理》课程体系的构建与实践[J].长江大学 学报（自然科学版），2008，5（1）：324-325.

[3]仇明华，黄念东.化工原理课程建设与教学实践[J].当代教育理论 与实践，2014，6（2）：76～78.

[4]段东红，刘世斌，郝晓刚，等，化工类本科专业课程体系实践性教学 环节改革方案的研究与实践[J]化工高等教育，2007 （1）：25～27.

[5]刘敏，罗婕，戴玉春.仿真技术在《化工原理》教学中创新应用 与实践[J].河北化工，2010，9（33）：71～73.

[6]邹春萍，王玉强.从企业需求出发，改革化工原理教学[J].广州化 工，2008，36（4）：74～75.

[7]余国琮.化工类专业创新人才培养模式、教学内容、教学方法和教 学技术改革的研究与实施项目成果汇编[M].北京：化学工业出版 社，2004.