化工专升本专业“虚拟仿真实验”课程教学研究

2021-04-18程雪晴陈梦月赵俊杰董雄辎

合肥师范学院学报 2021年6期

李娜，程雪晴，陈梦月，赵俊杰，董雄辎

(合肥师范学院化学与化学工程学院，安徽合肥 230601)

专升本教育是使优秀的专科学生继续获得知识并提高学历层次的一种重要途径，同时还可满足地方经济快速发展对人才的需求[1]。虚拟仿真实验项目是传统实验教学的重要补充，在培养学生实践创新能力、综合素质方面起着非常重要的作用[2]。关于化工“虚拟仿真实验”教学的应用及实践，已经有教育工作者进行了深入的探讨与研究，并提出很多有价值的实施措施[3-5]。然而这些研究主要是针对本科生的虚拟仿真实验如何建设并应用在本科教学中的，针对专科生的研究比较少。笔者于2015年开始承担化工“虚拟仿真实验”教学，并且同时承担普通本科生和专升本班级的课程，对比普通本科与专升本班级教学效果的差异，不断思考和改进教学。结合化工专升本专业的特点、培养目标等，从整合和优化实验内容、创新教学模式、改革考核方式等方面进行探索“虚拟仿真实验”在化工专升本人才培养中的应用与实践，这对于地方院校化工类专升本人才的培养具有重要的理论意义。

1 教学特点

化工虚拟仿真实验是以软件为平台，以真实的工厂单元及工段为背景，以仿真机为工具，用实时运行的动态数学模型来模拟真实的带有控制点的设备和工艺流程操作[6]。学生在计算机上可以反复停车、开车甚至设计故障，这是实际工厂中所不能实现的；仿真软件提供快门设定、工况冻结、时标设定、成绩评定、趋势记录、报警记录、参数设定等特殊功能，便于教师实施各种新的教学与培训方法；教学具有直观及可操作性，理论与实践相联系；软件具有可调节性，安全、节约、环保，设计简单化、操作游戏化等优点。“虚拟仿真实验”教学可以弥补传统实验教学环节的不足，生动形象，强化学生对理论知识的理解。

2 教学研究的必要性

2.1 办学定位分析

化学工程与工艺专业培养具备化学工程与工艺方面的知识，具有高度社会责任感，具有创新意识和较强动手能力、实践能力，能在化工、能源、材料等领域工作的工程技术人才。以合肥师范学院为例，为了更好地培养优秀化工人才，积极推进以“卓越工程师”理念为指导的专业综合改革，夯实“实验、实训、实习”体系建设，提高创新性应用型人才培养质量，针对安徽省的经济建设，结合学院的化学工程与工艺、化学教育、制药工程等相关专业的发展，打造以化学工程与工艺为核心的学科群，与地方经济紧密结合，培养“应用型、复合型、实用型、针对型”人才。坚持以现代教育理念为先导，以培养学生的素质、知识和能力为核心，以过程工程为主的专业结构体系为出发点，构建适应社会需求的人才培养模式。

2.2 化工专升本班与普通本科班的对比分析

化工专升本专业的学年仅为二年，学制短，总学时少，在课程设置方面与普通本科有较大的区别。以笔者所带的班级为研究对象进行具体分析：作为实践实训课程的“虚拟仿真实验”课程，普通本科班为24课时共6个仿真实验，专升本只安排了12课时，但要涵盖本科24课时的所有内容。如果按照和本科班一样的教学方法，则上课内容多、时间紧、大部分学生无法及时消化，达不到培养学生实践创新能力培养的目的。

通过调查发现，专升本班两个班共有约11%的学生在专科阶段为非化学化工相关专业；专升本的学生来自省内外不同的专科或高职学校，各校定位不同，课程设置与教学要求也不同，教学质量差异较大，学生的学习基础不同；另外，超过一半的学生打算本科毕业后直接工作，迫切需要实际操作技能、探究学习能力的培养。由上述分析可知，专升本班级学情较为复杂，普通本科生的教学方法难以满足专科班学生的学习需求，教学质量也受到影响，因此，需对“虚拟仿真实验”教学进行探究，提出针对化工专升本班行之有效的教学方法。

“虚拟仿真实验”对化工类专业学生来说是非常重要的一门课，培养创新型、应用型人才，满足社会的需求都离不开实验、实习、实训的开展。针对化工专升本学生，为了满足他们的学习需求同时又要综合考虑他们的学习基础和课时安排，因此，需对化工专升本班采取有针对性的教学方法。化工专升本专业“虚拟仿真实验”课程的教学研究非常有必要。

3 教学措施

3.1 针对不同基础的学生进行隐性分类教学

首先使用学习通网络课程进行在线调查和统计，设计问卷对学生进行隐性分类。主要进行三方面的了解:一是对学生专科阶段的专业、学习成绩进行调查，了解学生的学习基础；二是对学生本科阶段的学习目的进行调查，以确定学生的学习需求；三是在开课前进行简单的课堂测试来调查学生的学习水平。然后综合调查结果，将学生初步分为三类，即基础较为薄弱型、基础尚可型、基础较好型。这个分类也不是一成不变的，后期的授课中可根据学生的表现进行动态变化。

对学生进行隐性分类后，为了保证学习效果，根据课时安排，选取大纲中规定的学生必须熟练掌握的工段和技能进行课堂仿真操作；让学生自学比较简单的工段，课前对学生进行提问使学生对该知识点有印象；而对于较为复杂的工艺、涉及科技前沿以及竞赛等的内容以视频讲解、文件等形式发布在学习通平台上供学有余力的同学课下自学。

3.2 建立课程群学习体系，夯实“实验、实训、实习”体系建设

依托“虚拟仿真实验”教学可以推动其他课程的教学改革，例如，刘义章阐述了虚拟仿真实验在“化工工艺学”课程教学中的应用[7]，很好地完成了“化工工艺学”的教学任务。那么，化工专业理论课程的学习也同样可以推进“虚拟仿真实验”教学的改革。为了在有限的课时内完成教学任务，构建课程群体系是非常有必要的，将“化工原理”“仪器仪表与自动化”“化工工艺学”“化工原理实验”“化工实训”等课程作为一个课程群。这些课程都是息息相关的，有些知识点会重复出现在不同的课程里。构建课程群后，可以少讲简单的、不断重复出现的知识点，减少不必要的课时浪费；借助实验、实训、实习平台讲解重点知识、需要实训的知识点，提高学生对知识点的认知和理解。例如，化工原理实验的真实操作前，可以要求学生先在建好的虚拟仿真实验平台上进行预习然后再到实验室进行实际操作，从而达到虚实结合的目的。再如，“仪器仪表与自动化”课程要求有4个课时的上机操作，老师可以选择较基础且不和“虚拟仿真实验”重复的工段让学生进行练习。对于“化工工艺学”课程的讲解，可以将虚拟仿真实验引入课堂，让同学们清楚工艺流程、把握工艺关键；另外，对事故进行模拟，使学生树立安全意识，强调虚拟仿真和实际生产的关系。在虚拟仿真实验课期间，不仅要求学生完成虚拟实验的各步操作，还要求学生绘制管道及流程图，这样可以解决学生后期进场实习不知道看什么、学什么的问题，使学生成为实习的主体。通过课程群的建立及实验实训实习体系建设，“虚拟仿真实验”教学不仅能够改进其他课程的教学效果，还能够在有限的学时内将课程群知识点最优化，真正将知识融会贯通，做到理论实践的完美统一。

3.3 对考核方式进行改进

优化“虚拟仿真实验”教学的考核方式，考核不仅包括课程的操作得分、网络平台的学习得分、工艺流程绘图得分，还将课程群的成绩纳入作为最终成绩的一部分。课程群因为包含的课程比较多，有的还在不同的学期，所以可以从中随机选取一门作为课程群成绩。虚拟仿真实验课的考核成绩为满分100分，各方面所占的比例为：虚拟仿真实验课成绩占总成绩50%，网络平台学习占总成绩的20%，工艺流程绘图占总成绩的15%，课程群成绩占总成绩的15%。

4 实施效果分析

采取上述措施对化工专升本班实施教学，经过一个学期的跟进调查，调查结果如表1-2。从调查结果可知，专升本的学生对该课程表现出极大的兴趣，学生能够主动思考、熟练操作，将虚拟仿真实验的内容与所学的理论课内容很好地联系起来，且成绩比较优异，大部分学生的操作分都在90分以上。另外，不仅虚拟仿真实验课取得好的成绩，相关课程群的成绩也非常优异。实施效果表明，以上针对专升本班的教学改革措施还是比较适用的。