在化工原理仿真实验教学中培养学生的工程素养

曹显进

摘 要：化工原理课程教学仿真实验软件，对促进该门课程的教学起到了很大的推动作用，许多人对其在培养学生的作用方面做了研究，本文主要针对仿真实验对学生工程素养的培养进行探讨。

关键词：教育教学 仿真实验 化工原理

化工原理仿真实验已广泛应用于化工工程、制药工程、食品工程、环境等专业的教学与培训工作中，包括物料输送、粉碎、筛分、混合、干燥、蒸馏、蒸发、吸收、传热等，其内容与化工原理课程相对应，对促进这些专业的教学和教研工作起到了积极的推动作用。

化工原理实验仿真系统是通过动态数学模型实时模拟真实实验现象和过程，通过互动3D模型模拟现场的真实装置操作，并产生和真实实验一样的操作结果，让学生在计算机上模拟现场操作，达到每个学生都能够亲自动手做实验，观察实验现象，验证公式、原理、定理的目的。

化工原理仿真实验在教学中的应用，对培养和提升学生的工程素养有着很大的促进作用。

一、工程素养的含义

1.工程素养的含义

素养是指一个人在从事某项工作时应具备的素质与修养。它包括一个人的品德、知识、才能和性格等。工程素养是指从事工程实践的能力，是面向工程实践活动时所具有的潜能和适应性能力，它包括应用专业知识的能力、解决问题的能力、与人合作的能力、吃苦耐劳的精神、控制和改进生产的能力、使用和操作设备的能力、严肃认真的工作作风等。

2.让学生具备工程素养是工科相关专业教学的重要培养目标

化工、制药、食品、环境等专业的学生以后所从事的工作，不仅要求学生具备化工原理方面的专业知识和能力，还要求学生以后在进行工程实践活动时，有较强的适应能力，才能创造性地进行工作，这就要求学生具备一定的工程素养。例如，化工生产液体物料的输送，湿药料的热风干燥、药液的提纯，蔗糖生产中的过滤操作、蒸发操作，污水中的沉淀操作、污泥处理操作等，都要求学生对化工原理的理论和设备知识有较好的掌握，具备较好的工程素养。

为让学生获得一定的工程素养，在人才培养计划中规划了多门课程和实践环节，包括学习专业基础课、专业课、企业参观、企业实习等，其中化工原理仿真实验就是一门重要的专业基础课程，对培养学生的工程素养起着重要作用。

二、如何在化工原理仿真实验教学中培养学生工程素养

1.强化和巩固学生对书本理论知识的掌握和理解

通过仿真实验，可以强化学生对课本理论知识的掌握和巩固所学，为后续做好化工原理实验打好基础。例如，通过离心泵特性曲线测定实验，强化和巩固学生对离心泵原理、结构、组成、工作原理、安装和选用方法等理论知识的掌握，也为后续的整个实际实验做了模拟准备，保证了后续实际实验的成功。

在仿真实验中，设计了实验目的、实验原理、实验步骤、实验注意事项、实验课堂练习、实验知识介绍等环节或交互活动环节，特别是课堂练习，做对、做错马上显示，使学生直观、现场获得正确答案与指导，加深、巩固了对相关仿真实验概念等基本理论知识的掌握与理解。

2.培养学生解决问题的能力

通过仿真实验，可以培养学生解决问题的能力。学生做实验时都要写实验报告，都要问实验的目的是什么？实验步骤怎样？这些问题，学生自己都可以从仿真实验的实验指导、操作演示、教学课件等栏目中找到答案并自行学习和阅读。通过阅读学习后可以自行进行实验，自己记录数据，再按实验的数据处理指导栏目的指导来处理数据，最后得出结论，完成实验。通过这一实验过程，培养学生分析和解决问题的能力，锻炼和提高学生分析和解决问题的能力。在实验过程中，少数学生能很快掌握，能自行把实验进行下去并完成，有部分学生只能往下做几个步骤，这就要求授课教师随时巡回，进行讲解和指导，有时集体讲解，更多为个别的单独指导。

例如，有的同学通过离心泵特性曲线测定实验，绘制出的特性曲线与标准特性曲线形状差别巨大，说明实验数据有问题，实验数据的问题经分析又是由于输入的数据有错误等原因造成的，最终自己或共同找出了原因，提高了分析和解决问题的能力。

3.培养学生吃苦耐劳、刻苦钻研的品质

通过仿真实验，可以培养学生吃苦耐劳、刻苦钻研的品质。做化工原理仿真实验，首先要根据教程写出实验报告，学生自己先要弄清楚实验的方法和过程，才能进行实验，在做实验的过程中，不仅要完成实验，还要完成实验各个步骤提出的预习问题，要认真阅读实验步骤、注意事项，需要认真观察系统的演示，认真听教师的讲解，才能把实验做成功。这些都是繁琐的工作，要求学生要花费一定的精力来认真对待，需要耐性和吃苦精神，需要有反复练习、刻苦探究和钻研的精神。

例如，丙酮的填料塔吸收实验，整个实验有15个步骤，还有3个数据处理步骤，每一步都不能错，否则最后数据处理得出的曲线就不会是一条标准的过原点的直线。整个过程都需要学生有足够的耐性来认真对待，方可使实验做成功。

4.培养和提高学生控制和改进生产工艺的能力

通过仿真实验，可以培养和提高学生控制和改进生产工艺的能力。例如，通过干燥实验，学生应在巩固了干燥原理、方法和设备等书本理论的基础上，掌握温湿度的测量方法、计算方法，从而掌握干燥曲线和干燥速率曲线的绘制方法和步骤，这是以后学生从事轻化工产品的干燥操作实践的预演。通过仿真实验，学生学会了今后从事相关工作时控制和改进干燥生产操作的方法和途径，即首先要测量干燥过程的参数（温湿度、干湿基含水量），通过绘出干燥曲线和干燥速率曲线，来对干燥生产进行掌控，并能以此为基础来分析改进干燥生产的措施和方法。

5.学生获得设备的使用知识

通过仿真实验，可以培养和提高学生对设备的使用能力。例如，通过精馏仿真实验，使学生在巩固复习蒸馏的概念、原理、应用、分类、设备等基本知识的基础上，直观地了解和认识精馏操作的具体过程、设备及其操作的基本方法，掌握了精馏设备使用时的一些注意事项，为学生以后操作精馏设备打下了基础。

通过仿真实验，使学生对输送设备、混合设备、干燥设备、过滤、传热、蒸发、蒸馏、吸收、分离、流体流动状态参数测量等轻化工设备加深了理解与认识，获得了更多的设备操作的知识。

6.培养和提高学生严肃认真、一丝不苟的工作作风

通过仿真实验，可以培养和提高学生严肃认真、一丝不苟的工作作风。仿真实验中，要求学生精力高度集中地利用鼠标点击选项，不管是回答填空题，还是做选择题、点击操作对象进行实验、输入实验参数值、记录和填写实验数据等等，都要求认真、细心，步骤弄错一步，實验便进行不下去，或得不到正确的结果;或者小数点记错一位，同样也得不出正确的结果。“一步差错，满盘皆输”，只有整个过程都做到认真细致，才能“闯关成功”，得出正确结果。在实验过程中，学生没有时间来闲聊，都在埋头钻研和学习，课堂气氛严肃而紧张，彼此间有交流，但都是在询问方法和解决各自的疑问，大多都是在争分夺秒地思考和完成各自的实验任务。

三、总结

总之，化工原理仿真实验，以其逼真的实验现场感，高度仿真的操作设备、步骤和环境，全面地提升了学生从事化工、轻工行业工作时的工程素养，不但帮助学生巩固了对课本上的专业理论知识，熟悉和了解了化工单元操作设备的使用方法和知识，还培养和提高了学生分析和解决问题的能力，培养了学生吃苦耐劳的精神，促使其养成了认真细致、一丝不苟的工作作风，为其今后从事与化工原理有关的岗位工作，打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]阮森，张宏波.工程技术人员基本素质及工作能力的要求与培养[J].船海工程，2011（4）.

（作者单位：楚雄技师学院）