模拟仿真软件教学结合实际提高化工专业职业技能探索与实践

杜春霖 张慧东 刘 飞 张 芳

（辽东学院化工与机械学院，辽宁 丹东 118003）

化工专业高等职业教育着重培养应用型、复合型、创新型人才，学生要具有系统的工程实践学习经历，掌握典型化工过程与单元设备的操作、设计、模拟及优化的基本方法，具备运用本专业基本理论知识和工程基础知识解决复杂工程问题的能力[1]。化工专业是应用性、实践性很强的学科，是典型的技术型、应用型专业，实践教学至关重要，具有鲜明的工程特色，培养的学生能够从事化工生产及管理、工程设计、技术研发等工作，终极培养目标是学生能自主运用实践工具与手段去创新、创造[2]。这一专业开展的仿真模拟实验教学顺应了教育信息化的发展趋势和应用型人才培养的现实需要，是联系理论知识和生产实践的桥梁，对于培养学生的工程实践能力和创新能力至关重要[3、4]。模拟仿真软件操作实验怎样结合实体实验和化工企业生产线实际的操作，让学生在视觉和触觉上同时对企业生产设备操作有完整认识是学生培养实践技能的关键。

1 模拟仿真软件教学现状

1.1 模拟仿真软件教学优势

模拟仿真软件操作实验已成为提高化工专业学生职业技能的重要手段，设计者将设备总体布局有效地虚拟在屏幕上展现出来，突出反映物料在生产线中运行轨迹，包括运行到不同环节出现的现象、可能出现的危险及危险处理方法提示等，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果[5]。模拟仿真软件操作界面设备安装布局、设备形状、设施配置等更趋近于工厂实际生产线，学生通过动画界面能更直观地观察到每一设备及管路中物料运行状况，使学生不进工厂就能够得到装置开车、停车和事故处理的操作体验[6]。模拟仿真软件教学承担了理论与实践的纽带，起到了实体实验、工厂实习中可能出现危险事故的直观警示和处理所遇问题的方法，为避免不可预见性危险事故发生具有重要作用。

1.2 教师信息技术应用能力得到大幅度提升

模拟仿真软件教学是利用新技术新媒介和新概念手段提高学生的职业技能，在实验室建设过程中教师在实验室建设规模、所用设施及操作软件选用等各方面具有决定性作用，规划效果决定了将来实验室在教学中发挥的作用，这不仅需要教师具有深厚的专业知识，还需要有应用信息技术的能力素质。为能适应教学需要，在实验室建设之前学校应采取多种措施，通过派出专业教师进行实验建设调研考察、对教师加强信息技术相关技能培训、软件操作培训，从而通过提高任课教师专业教学素质来满足未来教学需要。教师为迎接新的教学方式的挑战，既要加强相关专业知识学习，还要学习模拟仿真软件操作、虚拟设备与真实设备对接、传授知识方法改进、人机交流方式、问题解决等一系列内容，通过实验室建设和学习准备，教师的信息技术应用能力得到大幅度提升，其培养学生职业技能方式、方法、手段全面更新，因此有实力投入实验教学改革、实验模式创新和新技术应用创新。

1.3 为学生增加了新的学习方式

培养具有“扎实工程技术基础和良好科研素质”的创新型人才，学习的主体是学生，实践教学是培养学生工作能力、全面提高学生素质的重要环节[7]。模拟仿真软件教学让学生打开了另一扇提高实践技能的大门，基于互联网模式下的具有交互功能的开放式在线学习，提高了学生学习兴趣，通过代表性化学品生产过程、生动直观的画面展示、严谨合理的操作规程、标准化的提示指导，使学生在“娱乐”中学到了生产设备操作方法，提高了专业技能。在针对处理危险性状况的培训方面，避免了实际操作中相同事故出现对学生身体的伤害，该种学习方式更容易让学生接受。

2 模拟仿真软件教学中存在的问题

2.1 课程安排计划问题

化工专业模拟仿真软件涵盖了专业教学过程多个层面内容，包括安全、单元培训、生产线演示操作等等，对应理论教学的不同阶段。在实际教学过程中普遍存在着把模拟仿真软件教学当作一门独立课程集中安排，在没有经过基础实验教学的情况下让学生操作模拟仿真软件，学生仍处于被动学习状态，课程结束后对软件内容没有留下深刻印象，失去了其所应起的纽带作用。模拟仿真与实物脱节，当学生进入生产实习阶段时，企业生产线上庞大的生产设备、五颜六色的管道排布、错综复杂的设备联结，与软件操作中看到的、学到的不尽相同，甚至对生产工艺路线摸不到头绪，在学校所学的知识与生产实际之间找不到对应点，没有起到应有的理论与实践的纽带作用。

2.2 教师在教学中指导作用问题

模拟仿真软件实验教学模拟现实、构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，设计者对现实实验可能出现的现象进行了多方位准备，并对出现的问题给予了合理的指导及解答，堪称完美的现实再现。在实验教学中学生打开电脑连接工作站进入操作程序，依提示操作似乎完成了基本学习内容，忽视了模拟仿真界面与现实之间存在的差距，虽然完成了教学内容课时，实际并没有达到预想的实验教学效果。模拟仿真软件操作界面设备安装布局、设备形状、设施配置等虽然更趋近于工厂实际生产线，反应物料在设备及管路中的运行更加直观，控制操作简易明显，但与工厂实际有着很大差异。因此，教师在模拟仿真软件实验教学中不单要有牢固的化工基础知识，同时应具备较强的工厂实践经验和创新能力，在学生软件操作学习中应加强指导，虚拟与现实相联系以提高职业技能。

2.3 学生的学习主动性问题

模拟仿真教学巩固已学到的理论知识，能培养学生理论联系实际、分析问题、解决问题的能力，活跃学生思维、开阔思路、提高创新能力[8]。化工专业开设模拟仿真软件实验教学的目的是让学生通过软件操作学习实现理论与实践相结合，达到培养高素质的实用性专业人才目的。该教学方式是传统实体实验教学的延伸和有效补充，可以弥补传统实体实验不足，可以激发学生学习兴趣，提高学习质量和效果。在实验教学中存在学生单纯为完成学习任务走过场，把软件操作当作游戏娱乐，没有将理论与实践融合作用体现出来，失去了该教学应起到的作用。如何以兴趣为导向，让学生在模拟仿真软件操作中把理论与实践相结合，变被动学习为主动学习，灵活快捷地获取优质教学资源，是模拟仿真教学中能达到何种效果的关键。

3 模拟仿真实验与实体实验虚实结合教学的改进

随着科学技术的进步，学科范围不断扩大，化工专业职业高等教育面临诸多新的问题，并且跨学科专业知识不断发展，相应地对化工类人才的要求也在发生深刻的变化[9]。培养学生能力素质、逻辑思维、想象力和创造力，具备运用本专业基本理论知识和工程基础知识解决复杂工程问题的能力，理论与实践相结合是实现目标的保障。项目实施在逐步提高教师指导力度的基础上，课程安排方面进行了有计划的调整，将模拟仿真软件实验教学中安全培训的内容优先向学生进行传授，通过实验室安全VR系统教学，让学生在进入实验室之前了解化工专业实验中存在的安全隐患及事故的处理方法。在专业实验教学开展阶段，有针对性地开展模拟仿真软件实验教学，通过生动有趣的画面演示，培养学生实践兴趣，学会规范的专业实验操作方法。对于无法完成的、会造成大量资源浪费的实验，实际实验过程中或实验效果没有虚拟实验灵活高效的实验，会造成大量环境污染的实验，危险度高的实验，需要反复实践记忆或者摸索条件的实验内容以软件操作的方式进行教学[10]，拓展学生理论与实践相结合的学习思路，为专业实验教学打下坚实基础。通过单元实验装置操作弥补模拟仿真软件操作无实物操作的不足，在学生进入生产企业实习前，开展具有代表性的产品生产模拟仿真软件操作培训，期间带领学生进入生产企业见习，让学生实地了解模拟仿真软件画面中生产设备与真实设备排布结构上的差距，建立设备及控制配件在空间结构上的认识，让学生对大规模生产设备系统有一定了解，为学生进入生产实习打下基础。针对教学中发现的问题，以化工原理和化工过程控制两门实验课教学为对象，以培养学生实践和创新能力、提高职业技能为核心，采用了实体实验后再以模拟实验巩固模拟实验，再以实体实验的方法进行了专门实践，通过探索与实践，达到培养学生职业技能的目的。

4 结语

化工专业职业技能是化工专业学生未来从事相应工作的保障。基于工程教育专业认证的办学理念、新工科培养优秀化工专业高素质技术人才目的，探索化工专业应用型人才的培养模式，构建了“课程实验、模拟训练、实习”三层次实践教学体系，采取成果导向、以学生为中心和持续改进原则，加强模拟仿真软件教学应用于实践环节。提出了应用型人才的培养模式，以应用型人才培养目标为中心，建立与之相应的教学平台和实施方法。该实践教学体系实现了理论学习与实践创新的紧密结合，提高了化工类学生的专业技能和经验，培养了学生的创新意识和能力。项目方法的实施为培养复合型、创新型化工类人才提供了新的思路，对深化化工专业实践教学改革起到了良好的示范作用。为高校化学工程与工艺专业应用型人才的培养和改革提供了参考和借鉴。