职业学校化工专业课程实训教学研究

王志平

【摘要】化工类职业学校是培养化工企业操作工的摇篮，化工专业课程教学直接决定了学员日后能否胜任企业一线操作工作岗位。利用虚实结合的教学方式，依托实训设备，在虚拟技术手段下，进行沉浸式的化工学习。学员在此过程中学习了化工理论知识、掌握了化工操作技能、提升了职业素养，为日后进入化工企业打下了坚实基础。

【关键词】实训教学  虚实结合  操作技能

【中图分类号】G712.4   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）40-0067-03

化工行业是传统行业，石油化工、基础化工和化学化纤是国家的基础和支柱产业，因此化工行业是人类生产生活离不开的行业。化工行业操作工的好坏是一个化工企业发展的关键，因此化工行业对于一线操作工的要求越来越高。

如何培养技能更高、职业素养更好的操作工[1]，如何让学员在学校里学到更多贴近企业真实生产的知识，是每一所职业学校老师所关注的。

传统的化工教学注重依托实验实训理实一体教学，近年来随着信息技术、人工智能、虚拟技术的发展，把化工教学和虚拟技术结合起来，从而模拟化工厂真实生产环节，让学生身临其境，沉浸式学习，真正学到知识。

本文分析了传统教学的优缺点，阐述了本校化工教学过程和虚拟技术结合的必要性，总结了化工教学和虚拟技术结合的教学方式。

一、理实一体教学和实训教学

传统的化工教学以实验实训设备为载体，开展理实一体和实训教学。

理实一体教学在教室、实验室、实训室进行。首先设定不同的项目和课题，以一个子项目或者一个子课题为一节课的主题。在学习和完成这些项目和课题的时候，以化工装置、设备设施、单元操作和化工案例等为教学载体，通过项目教学的形式，把理论教学和实操教学结合起来，让学员能够完成项目和课题的同时学到化工生产知识和技能。

实训教学在实训室进行。首先选定不同的实训模块，例如以化工中试生产装置操作，泵、压缩机传动设备运行，管路机械组装，分离操作等为实训模块。每一实训模块中包含了很多实训项目和实训任务，例如化工厂的加料和卸料、离心泵的开停车操作、管路的气密性试验等。完成这些项目和任务的时候，以上述实训模块为载体，通过预先设定的任务，在任务实施和成果检验的过程中，学员学会了生产所需要的化工专业知识，掌握了化工操作技能，提升了职业素养。

传统教学以项目为载体，通过任务引领的方式让学员在做中学、学中做，学员能够通过一个实训项目和实训任务的完成，不断提升操作技能，不断强化职业素养，不断建立化工知识体系。但是传统教学也有不足之处，实训设备和真实生产装置有所区别，实训过程无法完成真实的生产操作。因此本校教师积极开拓了新的教学思路。

二、仿真软件教学

本校的化工教学过程还以2D和3D仿真软件为载体，通过仿真软件学习和操作，学员能够接触到与化工实际生产一模一样的真实生产工艺，能够通过调节参数稳定化工生产过程，能够分析温度、压力等对化工生产的影响，能够处理化工生产过程中的故障，能够根据生产实况分析生产过程中的事故。和传统的理实一体、实践教学相比，仿真教学可以模拟学校无法直接现场呈现的典型化工生产过程，同时，事先植入仿真系统中的操作步骤和评分指标能够客观直接地对学员整个练习和操作过程给予评判。

仿真软件教学因其能模拟真实化工生产，操作评分直接客观，从而得到了本校教师的青睐。但是仿真软件教学也存在着弊端。例如仿真操作软件一般只是给予操作步骤分，但操作是否规范以及操作的顺序正确与否并不属于系统评分，很容易导致学员为了得到操作步骤分，使用快速捷径的操作方法，而这恰恰违背了化工企业需按照化工生产严格规范的SOP流程操作的思路。

三、虚实结合教学

随着信息技术和化工行业的不断融合，化工专业操作技能的提升越来越依托虚拟仿真技术;随着实践教学和互联网的结合，线上和线下教学整合资源，更能提升学员的自主学习和学习效率。因此在结合“虚实结合，相互补充，能实不虚”的原则下，应该充分发挥虚拟技术在实践教学中的重要性，建设虚实结合的教学体系。

（一）半实物实训装置教学

半实物实训装置是以化工厂真实生产装置为原型，按照一定的比例缩小制作而成的。建好实训装置以后，配套建设一套功能全面的DCS系统和工艺仿真软件。学员可以在逼真的环境中，真实的操作过程中，提升化工操作能力。

半实物实训装置区别于实物装置和仿真教学，但又融合了实训装置和仿真软件的优点。半实物实训装置以真实的装置为原型，现场阀门、设备可以动作，实操感强。操作时无需真实物料，无各类安全隐患，无污染，实训成本低廉。同时，现场操作和DCS系统联动，可以通过调节温度、压力等参数掌握化工工艺过程。半实物实训装置以其独特的优点受到了学员的青睐。

以本校危险化学品离心泵实操考核系统为例，依托于现场的实际离心泵，配备先进的3D虚拟现实和仿真技术，以危化品生产过程中离心泵的典型事故应急预案及异常处理方案为内容，提供具有交互功能的三维虚拟场景与操作，能够高精度地模拟离心泵的运行状态、参数变化、事故现象，以及异常处理和应急处置的操作过程。学员可以在现场开关离心泵，可以在DCS端调节参数，可以在仿真系统中处理着火泄漏事故。通过半实物实训装置的学习，学员的理论知识得到了强化，操作能力得到了提升。

（二）VR实训教学

VR是指虚拟现实，顾名思义，就是虚拟和现实相互结合。从理论上来讲，化工VR实训教学虚拟现实技术就是利用化工生产中的真实数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让学员操作和感受到的现象。

VR虚拟现实技术已经成为促进化工教学发展的一种新型手段。利用虚拟现实技术可以帮助学员打造生动、逼真的学习环境，使学员通过真实感受来增强记忆，相比于被动性灌输，利用虚拟现实技术進行自主学习更容易让学员接受，这种方式更容易激发学员的学习兴趣。例如化工生产中如果违背生产安全操规程，可能引发泄漏、火灾、人员伤亡等现象及事故，以前的教学方式只能通过文字、图片、案例、视频结合的方式教学，学员更多的是被动接收知识，缺乏直观的感受和认知。而VR虚拟技术可以模拟泄漏和火灾现场，学员佩戴特定的眼镜，可以在模拟的环境中实现堵漏或者灭火。学员可以身临其境，学习相关知识和技能。

（三）AR实训教学

AR是指增强现实，顾名思义，增强现实技术也被称为扩增现实，AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容。AR实训教学是将原本在实际装置中比较难以进行体验和操作的实际信息借助电脑和软件等科学技术，实施模拟仿真处理，将虚拟信息内容叠加在真实生产装置中加以有效应用，并且在这一过程中，操作员能够感知操作过程，从而实现超越现实的感官体验。AR最特别的地方在于其真实实训操作环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。当然，哪一部分是实际的，哪一部分是虚拟的，操作者也很容易区分。AR实训教学的实现也需要一个特定的头盔，通过头盔上面的眼镜能够看到虚拟的画面。

例如传统的教学过程中，换热器冷热流体的交换，借助动画、视频的方式演示。而AR实训教学则可以把换热器冷热流体的交换过程做成三维动画，该动画以小程序的方式植入后台，当戴上特定头盔，选择该程序，动画就能展现在眼前，该动画可以单独观看，也可以在换热器运行过程中观看，在交互式的学习过程中实现了知识点的学习。

（四）MR实训教学

MR实训教学综合了VR和AR实训教学的优点，改进了VR和AR实训教学过程中的缺点，MR实训教学即混合现实教学。和VR实训教学相比，它依托于现场实物装置;和AR实训教学相比，它能把虚拟的影像和现场设备做高度叠加，建立全息影像。当操作人员带上装有眼镜的头盔时，能沉浸式置身于化工厂，操作者能实现交互学习，从而实现高效学习，理论知识得到了更深层次的理解，操作技能得到更高效的提升。

MR实训教学和VR、AR实训教学一样，依托于电脑、投屏电视、特定眼镜，例如微软公司的Hololens眼镜完全能实现MR实训教学要求。以化工装置操作中单元级设备离心泵的学习为例，离心泵的原理、离心泵的内部结构、离心泵的拆装、离心泵的运行都可以通过MR实训教学实现。同时，学员佩戴MR眼镜，在仿真工厂现场进行巡检，能查看设备的运行状态和系统的运行参数。在MR实训课程中，MR会带来更强烈的沉浸感，能实现立体抓取离心泵的各部件进行组装，达到二维向三维立体质变的体验，让知识与人交互、互动起来。总之，MR实训教学更直观，更具体，操作性强，符合现代化工信息化与趣味性的教学理念。

四、结语

通过本文的论述，化工专业课程的教学还是应该遵循“虚实结合，相互补充，能实不虚”的教学原则。对于能够依托实训装置解决的教学知识点和操作技能，一定要以实训装置为主体，通过项目教学、任务引领的方式让学员在自主学习的过程中学习理论知识，掌握操作技能。依托实训装置难以实现的知识点和操作技能则考虑使用虚拟技术。例如虚拟仿真教学系统可以代替传统实训条件下无法完成的实训操作，或由于實训设备昂贵而难以实现的操作训练。同时，通过VR、AR、MR创建一个能够和实物装置融合在一起的逼真的虚拟学习环境，在沉浸式的虚拟世界中进行操作练习，丰富的互动性既增加了真实感又激发了学员的学习兴趣。

毋庸置疑，和传统教学相比，富有科技性的虚拟仿真教学更为直观、更加受学员青睐，教学效果更加出色。并且虚拟技术能打破时间和空间的局限性，为学员提供开放的学习环境，支持多人同时在线学习，让学员随时随地进行实践操作训练。

虚实结合的教学方式解决了化工实训教学的难题，为能培养知识储备丰富、操作技能过硬、职业素养高的现代化工人才奠定了良好的基础。

参考文献：

[1]吕国峰.基于学科核心素养的中职化工实训教学策略研究[J].职业教育，2019（44）：26.