工程教育背景下油气开发工艺虚拟仿真实践教学中心的建设及应用

杨光辉

（中国石油大学胜利学院 油气工程学院，山东东营 257000）

1 建设虚拟仿真实践教学中心的主要理念

虚拟仿真实践教学中心建设的主要理念为建设切合应用、体验训练为主、展示为辅、技术先进、感官震撼的综合性平台，重点解决石油工业生产的不可及、不可视、不可逆、高危险、高污染[1]以及大型操作训练实践教学的难题，整合相关学科专业的虚拟仿真实验、实践资源，做到校企合作协同开发、学科交叉优势互补，进一步提高学院办学条件，优化教师科研条件，提高大学生的综合知识水平和操作技能，提升高水平应用型技术技能人才的培养。

2 虚拟仿真实践教学中心的建设内容

虚拟仿真实践教学一直是高校本科人才培养工作中不可或缺的重要组成部分，关系着所培养人才的工程实践能力和工程创新能力[2]。虚拟仿真实践教学中心的建设可保障我校新工科建设、课程建设、校内实训条件、培养学生创新能力，拓展教师科研平台、助力学校建设“省内一流的应用技术型普通本科高等学校”目标实现。

中心主要面向石油工程、油气储运工程、资源勘查工程等工程类本科专业，紧紧围绕工程教育的要求，建设内容涉及油气勘探、油气开发、油气集输、石油加工整个产业链。

2.1 油气生产典型的工艺及装备知识实训

本部分含有152个油气生产典型的工艺及装备的介绍，将课程中难于理解或不易理解的知识点，以动画表现为主题，直观形象，以网络为载体，可以不受时间、地点和环境的限制，实现线上和线下的学习与交流，旨在提升学生的油气生产典型工艺装备的知识认知能力。

2.2 油气生产HSE知识实训

包括37个油气生产安全知识点，可开展HSE 基础知识、危险作业知识、风险防范与应急措施知识、事故应急知识及典型事故案例的教学，旨在提升学生的安全意识、风险防范措施及事故应急方面的知识。

2.3 油气生产全景VR实习系统

基于全景VR 技术，通过对实习环境进行全景拍摄或用虚拟现实进行还原，主要包括地质认知、钻井、采油、油气集输、油气输送、石油存储及城市燃气输配七大子系统的安全知识、专业知识等，学生可以用PC 端或移动端进行操控学习认知相关的实习内容。

2.4 油气生产事故应急模拟训练系统

油气生产事故应急模拟训练系统主要包括：危险作业训练系统、事故应急专项任务技能训练、隐患排查训练系统以及三维电子沙盘事故应急模拟推演系统。

3 虚拟仿真实践教学中心的特色与创新

1）中心面向胜利学院工程类本科专业实践教学，强调跨学科融合，以“回归工程、资源共享、应用推动、融合创新”为宗旨，积极构建石油工程、油气储运工程、资源勘查工程三个核心专业集群的虚拟仿真实验教学体系。

2）以专业认证为标准，着力强化工程化教育教学理念。实践教学中，以工程案例设计、再现工作过程为主线，构建与行业背景行业发展相融合的虚拟仿真实践教学体系，实现工程与工艺相对均衡，拓展学生工程实践应用能力。

3）基于全景VR 技术，通过对实习环境进行全景拍摄或采用虚拟现实进行还原，可以使学生用PC 端或移动端进行操控学习相关的实习内容，完成各种实训、实践、创业项目，进一步培养学生的工程实践能力。

4）突出地域特色，开发符合自身特色的虚拟仿真实践项目。虚拟仿真中心结合地域特色，充分利用资源优势，建设了油气勘探、油气开发、油气集输、石油加工等具有明显地域特色的实训、实践项目，提高了学生对整个产业链的认识，了解行业定位，培养学生热爱本行业的情操。

4 虚拟仿真实践教学中心的使用成效

在建设虚拟仿真实践教学中心的过程中，始终坚持针对不同阶段学生的需求，设计层次化的训练内容，构建了实践教学内容层次化、过程化，教学方式多样化虚实结合的工程教育模式（见图1），满足学生个性化的实践需求。

图1 层次化、过程化、多样化的工程教育模式

4.1 多样化的实践教学方式满足了学生个性化的需求

在实际教学中，针对专业特点，聚焦油气储运行业发展，结合相关工程背景、科研项目等，不断探索创新，借助“互联网+”技术、手机APP 技术、增强现实技术、系统仿真技术等，不断开发虚实结合的实践项目、有实际工程应用背景的虚拟实训项目、基于VR 技术的辅助教学项目等，建立了多样化虚实结合的工程教育模式。采用线上线下两种方式，学生可以随时随地进行各类实践项目并与教师沟通交流，激发学生学习兴趣，调动了学生学习的积极性，实践教学效果得到提升。

4.2 层次化、过程化实践教学内容满足学生不同阶段的需求

基于虚拟仿真实践教学中心，对实践内容进行层次化梳理，设计了由简到难、由浅入深的虚实结合教学内容，遵循认知规律，形成“基础训练、专业训练、工程应用、创新实践”四层次进阶式训练模式，满足不同阶段的学生对实践教学内容的个性化需求。将理论课程与实践内容相配合，课程内容实现工作过程化教学，将抽象问题具体化、形象化，用于帮助学生理解工程背景中的理论知识，学习工程实践方法，提高学生的工程实践能力。

中心依托校企合作实践基地、大学生创新项目和各类储运设计大赛，在时间、内容、资源、形式等方面进行了层次化、多样化、工作过程化的实践教学模式设计。允许学生跨课程、跨专业选择自己喜欢的实践项目。切实做到实践教学内容层次化、过程化，教学方式多样化，满足不同学生的多样化、个性化的实践需求。

5 结束语

虚拟仿真实践教学中心的建设，整合了相关学科专业的虚拟仿真实验、实践资源，解决了石油工业生产的不可及、不可视、不可逆、高危险、高污染以及大型操作训练实践教学的难题。实践教学中，充分利用此资源优势，坚持以工程实践能力培养为目标，将终身学习、个性化学习理念融入教学过程中，同时结合相关工程背景，构建了实践教学内容层次化、过程化，教学方式多样化虚实结合的工程教育模式，提升学生学习的主动性、工程设计意识和工程实践能力。