仿真软件在化工专业课程教学模式中应用的研究

苏林钦 伊恒杰 林庆林

摘 要：在“1+X”证书制度改革的背景下，化工仿真软件已广泛运用于化工专业实践课程教学中，取得了良好的效果。它不仅提高了化工单元专业知识，而且有效提高了化工专业实践课程的课堂效率。本文通过对仿真软件在化工专业实践课程中的运用进行讨论，分析仿真软件在化工实践教学课程中的优点和局限性，并提出应用策略。

关键词：仿真软件;仿真实训;教学模式

化工生产是一个需要较高技术的产业，同时，由于化工生产具有易燃、易爆炸、易中毒、高温、有腐蚀性的特点，其具有更高的危险性。在此条件下，由学校开展化工生产课程的各种教学形式具有一定局限性。计算机仿真是对代替真实物体或系统的模型进行实验和研究的一门应用技术科学[1]。根据《国家信息化教学师范校建设中长期发展规划（2010-2020）》，虚拟仿真实训软件已经在教学中得到相当广泛的应用。通过在教学中应用化工仿真软件，能够有效改善低效率的教学形式，提升教学质量，从而达到培养优秀化工产业人才目的。尤其是针对职业教育的教学特点——“培养目标的职业定向性，教学方法的实践性”，国内专家提出职业技能训练为核心，生产任务为导向，职场环境为背景，工艺过程为主线，生产工具为基础，学生自主交互为主体，智能性过程记录为引领，安全操作为保障的设计理念。说的通俗点儿，让学生通过操作虚拟仿真实训软件，学会与社会生产力接轨的职业技能，达成就业心愿。学校主要以网络课程直播教学的方式进行教学，在这期间，对化工单元的教学中，可以很好地把仿真教学的方式充插在教学中，经过一个学期多的教学，觉得仿真软件的运用对教学很有帮助，下面就仿真软件在教学中运用总结的一些浅显的探讨。

1 仿真软件在化工实践教学课程中的优点

1.1 能够最大程度节约教学的资源成本

在进行化工单元教学实践期间，要确保每个学生在每个学年都拥有充足的教学时间，建立一个50人的化工单元实践基地，至少需要购买25套的化工单元教学设备，需要上千万资金，一般的职业院校无力承担。学校通过使用化工仿真软件进行教学，只需要50台计算机即可实现高效教学，达到预期的教学效果，同时还节约的教学资源和教学成本。

1.2 能有效缓解职业院校化工单元教学设备购买力不足的问题

化工单元教学实践项目繁多，如果直接购买，需要购买吸收解吸单元、二氧化碳压缩机单元、电动压缩机单元等，必须花费大量金钱来满足学生实践需求。通过使用化工仿真软件，能够实现计算机和网络的实践教学，有效延长学生实践时间，提高学生对化工生产中的操作技能的掌握程度，不仅可以节约设备的购买成本，还可以减少零部件以及原材料的投入[2]。另外，化工仿真软件具有安装简单，占用空间小，操作简便，维护成本低，动态性强，可操作性强等优势。这种教学模式从根本上缓解了学校进行化工单元实践需要购买化工单元教学设备的困境。

1.3 解决化工单元教学设备和师资不足的问题

化工单元教学实践和其他教学实践之前存在一些差异，为了使学生有足够的实践培训时间，必须增加许多设备，而许多职业院校存在资金紧张，从而采用小班教学方式对学生进行实训，导致教师需求增加，师资不足。而通过化工仿真软件的教学模式进行教学，可以有效弥补师资和设备不足的问题，通过计算机作为中介，从而指导学生完成虚拟实践训练。

1.4 激发学生学习的热情

在课堂上，存在理论和专业实践上的脱节，这是因为学生在课堂上无法和现实中相联系，且各种原理，设备和操作说明都是抽象的，使得大多数职业院校学生对学习兴趣不高。化工仿真软件属于现代化信息软件，其界面生动清晰，能够让学生直观的在DCS界面上或现场图上观察各种生产设备的结构和外观，同時学生可以按照相应的程序进行操作，如果学生犯错，仿真软件还可以及时指出学生的错误，易于激发学生对于知识学习的渴望，培养学生的创造力和研发能力。

1.5 推进多元化的化工实践教学

化工仿真软件能够用于化工实践教学，学生能够自主操作，并且在操作过程中，不会发生人身危险，不会造成设备损坏破坏，不会造成环境污染。其具有较高的安全系数与较高的性价比等优点，在一定程度上降低了教学成本，同时也解决了在实验课上、实训课上、实习教学中学生不能够自由操作的问题，提高了学生实训效果，提升了学生的实际动手能力[3]。

2 仿真软件在化工实践教学课程中的局限性

2.1 仿真软件与实际操作存在差异

仿真软件是动态模拟化工单元生产过程，通过计算机显示器将化工单元生产过程动态显示出来，这是按照一定比例进行缩小，这种缩小与实际现场操作存在一定差异。同时，在仿真软件操作过程中，仅涉及一些相对简单操作，例如阀打开、阀关闭、控制流量、压力和温度等，相对于实际操作较为容易。

2.2 仿真软件设计上存在局限性

仿真软件以独特的优点受到追捧，但是毋庸置疑，在它的设计上还存在一些局限性。例如，其设计不够合理，一些教学模型过于完善，学生只需要按照步骤开关阀门，不需要考虑工艺参数的变化即可获得高分，缺乏一些变化。有时候，仿真软件在设计上只考虑到工艺参数的合理性，而缺乏对教学的便利性的考虑，造成教学过程中的不便。例如在对吸收解吸系统进行加压过程中，等待时间过长，使得一节课大部分时间都在等待其加压。

2.3 学生容易养成一些不良习惯

由于仿真软件的安全性，学生在对其操作的严谨性会降低，可能随意操作仿真软件。这种随意性如果形成习惯，带到将来工作中去，不仅会影响生产过程中的指标和进度，进一步会导致重大事故，影响严重。同时，在仿真软件中存在“时间加速”功能，在设计的出发点是好的，但是如果任由学生胡乱使用，会导致学生以游戏的心态来对待仿真软件，从而导致学习效率降低。

3 仿真软件在化工实践教学课程中的应用策略

3.1 科学地安排仿真软件的使用，营造良好的实践教学环境

教师在利用仿真软件进行实践教学时，应该选择合理的教学内容，向学生展示实训知识和技能的精髓，并结合循序渐进的教学方法进行全方位的教学。要根据学生的实际情况来规划学生的仿真课程，要根据学生的能力来实施教学策略。在教学的初期，因大多数学生是第一次接触仿真软件，教师应安排一些较为简单的操作让学生进行操作，待学生适应仿真软件学习后，教师应适当提高难度。对于实践中的重点和难点，教师应该花足够的时间去让学生理解和掌握。还应该根据学生的兴趣进行课程的安排，为不同年级和不同能力的学生安排个性化教学，以提高学生对于化工实践教学的掌握。在虚拟仿真教学中，教师的教法要转变，要以实际应用中出现的问题为导向来进行教学。仿真软件使用出现的几个问题：学生看不懂运行的前后过程关系，这里就需要配合课件来互为补充，教师的作用就是指导学生运行过程中的连接和转换;学生对设备内部结构无法很好地理解，这里就需要教师逐步逐帧地进行讲解，讲解要足够细致，同时又要运用仿真灵活性的优点，根据需要转换视角来操作内部结构，才能更好地进行教学。

3.2 发挥仿真软件在化工实践教学课程中的优势

在“1+X”证书制度改革的背景下，仿真软件的应用是为了让学生能够更好地学习相关实训知识，提高实训教学质量。因此，在实训教学实践中，应充分利用仿真软件的教学优势。对此，首先应该提升教师的信息化水平，以便能够跟上互联网的发展。其次，应该更新教师的传统的教育理念，转换他们的教育观念，与时俱进，对仿真软件实训教学有深刻的认识，把握仿真软件的本质[4]。最后教师应提升自身的化工素养，以便达到化工教学要求，从而能够把握仿真软件的原理，知道仿真软件的优缺点，更好地传授知识，提高教学质量。

3.3 灵活地运用仿真软件，增加学生对实训的认知

与传统教学相比，仿真软件的教学模式更容易激发学生的好奇心，提高学生的学习兴趣，为了能够最大程度的发挥仿真软件在化工实践教学中的效果，必须灵活使用仿真软件，提升学生对仿真软件的认识[5]。教师使用仿真软件进行实训教学时，应当注意学生的操作合理性，而不是一味地追求分数，避免学生随意操作仿真软件，形成不良习惯。仿真软件之所以能够进行仿真，是因为它可以将化工生产过程中物料、温度、压强等情况动态的反映出来，这有利于帮助学生更好地了解化工生产情况，加快对所学的知识和技能的消化。

4 结论

通过仿真软件的使用，可以非常直观、形象、生动地在学生面前展示化工单元实践教学中所用到的设备结构，运行原理，设备的运行过程和条件，使得学生能够感受到实际生产过程中的气氛;使得学生对化工单元实践生产设备的工艺原理、工艺流程和生产工艺的操作有了真正的了解。它不仅仅为了学生创造一个安全的实践教学环境，也使得化工教学不再枯燥无味，有效激发了学生对化学专业理论的学习和对专业技术的提升的积极性，也有利于提升化工课堂的教学质量，使得化工学生意识得到加强，综合能力得到提高。仿真教学在很多的地方都可以运用，其运用方式比较灵活多样，可以穿插在不同的教学方法中作为其他教学法的有机补充。单一教学已经不适用于现在的学生了，只有灵活多样的活动方法才能提高教学的质量和效率。在今后的教学，本专业课程的教学将继续探索更好更有效地把仿真软件运用到个专业科的教学中，达到更好的效果。

参考文献：

[1]吴重光.化工仿真实训指南[M].北京：化学工业出版社，1999.

[2]杨友麒，项曙光.化工过程模拟与优化[M].北京：化学工业出版社，2006，5.

[3]包巨南，黄铃.论化工仿真教学在高等职业教育中的应用[J].山东化工，2009，38（5）：46-48.

[4]曾兵，韩润琴.虚拟仿真软件在化工实践教学中的应用研究[J].课程教育研究，2019，5：23-25.

[5]贾克文.开发和使用虛拟装配及运动仿真软件在检修工培训中的实践[J].化工管理，2016，22：36-38.

作者简介：苏林钦（1975— ），女，汉族，福建莆田人，学士学位，高级讲师，研究方向：工业分析检验、仿真软件运用教学。