仿真技术在高校化工教学中的应用

2021-01-30山东工业职业学院山东淄博市256414武永爱

石河子科技 2021年2期

（山东工业职业学院，山东淄博市，256414）武永爱

2020年度山东工业职业学院教科研项目,立项编号:202001,名称：基于“金课”理念下，多元融合的混合式教学模式改革与创新研究--以《绿色焦化生产》为例。

根据化工课程的教学特点，将化工仿真模拟技术引入到化工课程的教学实践中，使较抽象的教学理论形象化，从而缩短了课程教学理论与教学实践的距离。仿真模拟工艺的交互性强，为教学提供了丰富的媒体素材支持，也为改进化工专业教学实践提供了有利条件。如何有效地提高学生的操作能力，改善教学条件，一直是教育工作者关注和探索的问题。本文着重对仿真技术在化工教学中的实际应用及教学中应注意的问题进行了探讨，以期促进仿真技术在高校教学中的推广。

1 仿真技术特征

所谓的仿真技术主要指的是一种多种学科有机融合的综合性技术，以控制论、系统论、相似原理以及信息技术为基础部分，把计算机以及相关设备作为所需工具，把设想的系统借助计算机内的模型进行动态化的试验。在化工教学中，仿真技术指的是化工仿真技术，其主要是借助计算机设备，利用仿真系统再现化工的过程。

1.1 为教学提供有效的媒体素材

通常而言，在传统的教学方法中，教师通常更重视理论知识的讲授，促使学生丧失学习的兴趣。仿真技术的应用可以使枯燥的理论知识形象化，使学生积极参与课堂知识的学习，提高课堂教学的效率。同时，模拟技术的应用可以使学生见证化工生产过程，保证整个实验过程在可控范围内，教师可以在学生观察媒体材料时讲解重点和难点知识，提高教学质量。

1.2 理论与实践的有机结合

化工教学作为一门工程科学，非常重视解决实际问题。然而，在处理具体问题的过程中，会涉及到很多复杂的方面，学生在理论知识学习中需要改变思维习惯，学会通过科学分析复杂的影响因素来确定解决问题的正确方法。仿真技术可以实现理论与实践的结合。例如，在模拟实验室中，学生在实验预习和操作过程中，可以像专业生产现场一样，通过不断的模拟实践，逐步了解和掌握化学实验操作的步骤。

2 化工原理教学

在高职学院的化学工程课程中，教师需要确保学生完全了解相关的化学知识，还对化学工程有深刻的了解。随着高校化学工程专业人数的增加，化学工程教育中出现的学生越来越多，但实验设备却很少增加，这对化工教育的质量产生了负面影响，因为有些学生无法参加实际的实验过程。但是，通过将仿真模拟技术应用于实验课程中的化学工程原理教学中，学生可以使用计算机的仿真模拟操作系统的演示来了解实验中的所有环节，并熟悉操作的过程。

3 仪器分析教学

仪器分析是化工及相关专业的必修课程，特别是仪器分析是一种研究方法，主要用于测定物质状态，并对其进行质量监控与研究。此外，仪器分析可以使某些复杂的化学反应得到简化。以往的教学实施模式主要是教师讲授和一些理论知识的展示。由于上课时间有限，学生很难理解和记忆仪器是如何操作以及操作原理的，这种现象在一些精密仪器的学习中尤其明显。例如紫外分析仪，学生缺乏实际操作的机会，对于机器的使用方法和操作原理都是一知半解。

仪器分析模拟系统使学生有机会清楚地了解仪器的内部结构。模拟教学设备运行的全过程，一方面有利于提高教师教学效率，另一方面学生对教学设备运行的认识也更加清晰。特别值得注意的是，模拟并不意味着完全没有现场实习，学生的现场观察还是很重要的，通过对大型机器操作过程的亲自观察，学生可以更好地掌握所学的知识。比如在DCS这个控制系统的应用中，通过实地调查，把看与做结合起来，学习效果必然事倍功半。

4 化学工艺教学

化工技术是化工专业的一门基础课，主要学习化工基础、化工设计等方面的基本知识。一般情况下，教师在讲授知识时，往往采取单边灌输的讲授方式，要求学生死记硬背某些过程，这种讲授方法降低了学生的学习热情，使学生失去学习兴趣。与之相比，化工仿真课可以更有效地调动学生的学习兴趣，学生可以通过DCS画面模拟各种工艺过程，可以根据需要改变参数，寻找更有效、更理想的工艺路线。

5 化工实习教学

为了提高学生的实践能力，高校经常会组织学生到各化工企业参加化工实习，但是在化工实习过程中存在很多不稳定因素影响化工教学的实施。主要是复杂的生产流程，以及产品和原料易燃易爆的危险性，在导致学生在实习过程中受到各种限制，因此很难获得实际的操作经验。

同时，受到实习基金的限制，高校化工教学很难为学生提供足够的实习时间。因此，仿真模拟技术的发展和应用改变了高校化工实习的现状，高校化工实习教学可以通过仿真技术模拟和再现化工企业的生产流程，使学生能够充分了解并加深对化学生产方面的知识。

但是，模拟技术不能完全替代工厂实习。高校可组织学生先去化工企业参观学习具体的生产流程，对化学工业有初步的了解之后，再通过仿真模拟实验的教学，使其能够对化工生产的流程和相关操作更快的进行掌握。

6 化工仿真教学注意的问题

仿真教学不能脱离理论课程而单独存在，理论与实践相结合才能使学生从整体上掌握化工仿真软件设备的总体布局。把学过的理论和实际相对应，在学过的理论上加上老师的指导，学生学好这一部分的内容是很自然的事。在具体操作过程中，要有计划地、有针对性地进行化工模拟，不能仅仅依靠软件的总体布局，因为化工生产线是由多条线相互联接而成的，所以必须清楚联接线，尤其是主要几条线的联接方式和联接走向。从细节上把握系统的联接结构，可以有效地避免盲目的机械操作，将盲目的模仿变为有目的的主动操作。

（1）要建立相应的评估体系，这种评估体系要根据学生应用软件的情况来确定。对学生进行多方面的评价，如学生的实验态度、实际操作情况、最终成绩的取得等。

（2）培养学生的学习兴趣也很重要，比如在进行模拟实验时，可以让学生进行兴趣小组竞赛，激发学生的课堂学习热情，从而提高学习效率。