《化工仿真實訓(xùn)》教學(xué)模式的改革與實踐

程忠玲，劉 濤

(承德石油高等?？茖W(xué)?；瘜W(xué)工程系，河北承德 067000)

石油化工生產(chǎn)日趨高度集中化、連續(xù)化、自動化，操作條件越來越嚴(yán)格，裝置也越來越復(fù)雜、昂貴，如果操作失誤將極其危險，因此，人員上崗前的操作水平和操作技能將直接影響到企業(yè)經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)。無論企業(yè)員工還是到企業(yè)實習(xí)的高校學(xué)生，傳統(tǒng)的教學(xué)做法是在生產(chǎn)裝置上直接進行，這種現(xiàn)場學(xué)習(xí)方式存在一些明顯的缺點:1)學(xué)員常常只能看，不能動手操作，學(xué)習(xí)效果差;2)化工裝置多為連續(xù)化生產(chǎn)，正常情況下處于穩(wěn)定工況，對于不經(jīng)常出現(xiàn)且又至關(guān)重要的開車、停車、事故等非穩(wěn)定工況，學(xué)員往往缺少機會練習(xí)。對于以實踐為基礎(chǔ)、需要動態(tài)地分析問題和解決問題以及強調(diào)動手能力的工科生而言，這種傳統(tǒng)教學(xué)模式已顯得非常落后［1］?；し抡婕夹g(shù)可以對石化企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進行模擬仿真，目的是在無投料、無危險的條件下為企業(yè)快速培養(yǎng)出富有事故處理經(jīng)驗的操作人員。仿真實訓(xùn)教學(xué)使學(xué)生不進工廠就能得到開車、停車及事故處理的操作機會，因此，多數(shù)高校采用仿真實訓(xùn)與生產(chǎn)實習(xí)相結(jié)合的方法，學(xué)生學(xué)習(xí)起來事半功倍［2］。本文旨在充分利用仿真軟件提供的平臺，改革化工仿真實訓(xùn)教學(xué)模式，提高學(xué)生的操作技能和操作水平，從而實現(xiàn)培養(yǎng)高技能化工人才的目標(biāo)。

1 化工仿真實訓(xùn)教學(xué)模式的設(shè)計

1.1 “教、學(xué)、做”一體化

《化工仿真實訓(xùn)》采用課堂與實習(xí)地點一體化的教學(xué)場景，實施“教、學(xué)、做”一體化。這種理論實踐一體化教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的理論教學(xué)和實踐教學(xué)相分離的教學(xué)形式，突出了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的應(yīng)用性、綜合性、實踐性，它集理論知識傳授、現(xiàn)場觀摩、實踐操作技能學(xué)習(xí)、訓(xùn)練為一體，集教師與學(xué)生雙向交流和指導(dǎo)、小組討論協(xié)作為一體，促進了對知識、技能的理解，避免了操作的盲目性，提高了學(xué)生實訓(xùn)的興趣和實際動手能力，由被動模擬變?yōu)橹鲃硬僮?，為今后走向工作崗位增強了適應(yīng)能力。

1.2 行動導(dǎo)向的任務(wù)驅(qū)動

《化工仿真實訓(xùn)》采用任務(wù)驅(qū)動的行動導(dǎo)向的教學(xué)模式，在與企業(yè)實際相似的學(xué)習(xí)情境(裝置)中設(shè)置若干工作任務(wù)，包括:1)設(shè)計工藝流程;2)編寫開車操作規(guī)程及開車操作;3)編寫停車操作規(guī)程及停車操作;4)編寫事故預(yù)案及事故處理。通過任務(wù)的設(shè)置使復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程，轉(zhuǎn)為相對簡單的任務(wù)指標(biāo)的落實。在完成任務(wù)過程中，學(xué)生通過獲取信息、設(shè)計流程、制定操作規(guī)程、操作等完整實踐過程，掌握職業(yè)技能、獲得專業(yè)知識，構(gòu)建自己的經(jīng)驗和知識體系。

2 化工仿真實訓(xùn)的教學(xué)過程

2.1 六步法組織教學(xué)

遵循學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)規(guī)律，以工作任務(wù)設(shè)計教學(xué)情境。每個工作任務(wù)，主要采用“資訊—決策—計劃—實施—檢查—評估”六步法來組織教學(xué)。以帶壓液體輸送裝置中的《編寫開車操作規(guī)程及開車操作》任務(wù)為例，教學(xué)組織過程見表1。

表1 任務(wù)的教學(xué)組織過程

2.2 運用靈活多樣的教學(xué)方法

1)任務(wù)為導(dǎo)向、基于工作過程的項目化教學(xué)法。《化工仿真實訓(xùn)》采用的教學(xué)項目主要包括帶壓液體輸送、液位控制、冷熱物流換熱、丁烷精餾、C4吸收、促進劑合成等裝置。項目從簡單到綜合，例如，丁烷精餾這個項目包括了液體輸送、冷熱流體換熱、液位控制等子項目，這些子項目就會在此復(fù)雜項目實施前分別作為單獨項目來學(xué)習(xí)，既分散了難點，又符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，由淺入深、從簡到繁、先易后難。

在教學(xué)過程中應(yīng)避免仿真教學(xué)“游戲化”的不良趨向。以往教學(xué)學(xué)生只是按操作指導(dǎo)書操作，經(jīng)常不知所以然，而采用任務(wù)為導(dǎo)向、基于工作過程的項目化教學(xué)法，學(xué)生需要自編工藝流程、開停車操作規(guī)程、事故處理預(yù)案等，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生逐漸理解了工藝流程、操作規(guī)程、事故處理以及控制的原理等，避免了仿真操作的盲目性和機械性，不僅會操作，還知道為什么這樣操作，變無目的被動模擬為有目的主動操作。

2)引導(dǎo)文法。每一個項目都有一個學(xué)習(xí)任務(wù)單提供給學(xué)生，學(xué)生按照任務(wù)單的提示，一步一步地完成項目任務(wù)。例如設(shè)計帶壓液體輸送裝置工藝流程時，由于學(xué)生是第一次設(shè)計流程，為了幫助學(xué)生理清設(shè)計思路，任務(wù)單會有提示:a)泵前需設(shè)一個帶壓緩沖罐(帶壓罐)，防止前一工段的短暫停車造成后續(xù)工段的波動或停工。b)采用離心泵輸送。設(shè)計備用泵，避免因為泵故障造成停車。備用泵和運轉(zhuǎn)泵并聯(lián)安裝以備切換。泵前后要設(shè)置進口閥和出口閥，可在泵切換或維修時關(guān)閉前后閥門，使故障泵與主流程隔離。c)泵出口流量大小采用流量調(diào)節(jié)器自動控制。d)自動控制閥門一般都有旁路閥和前后手閥。當(dāng)自動控制閥發(fā)生故障，可以通過旁路閥手動調(diào)節(jié)使生產(chǎn)繼續(xù)，關(guān)閉前后手閥后，可維修自動控制閥門。

3)案例教學(xué)法。將學(xué)生違規(guī)操作或教師通過教師機設(shè)置故障引發(fā)的事故案例進行教學(xué)分析，可引導(dǎo)學(xué)生多方位思考，組織學(xué)生討論分析出現(xiàn)的問題，提出正確的操作方法。

仿真還可以進行嘗試那些有可能引發(fā)事故而在真實環(huán)境中不被允許進行的操作和控制。學(xué)生可以親眼目睹不當(dāng)操作產(chǎn)生的后果。例如，淹塔、燒泵等事故的發(fā)生，提升了學(xué)生的操作技能，增強了學(xué)生的安全責(zé)任感。

4)角色扮演法。角色扮演主要是仿照實際現(xiàn)場的崗位設(shè)置，將學(xué)生分組并分配角色，統(tǒng)籌安排工作量及工作順序，每個角色各負(fù)其責(zé)，相互配合共同完成一個裝置開車任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生之間的團結(jié)協(xié)作意識。在操作過程中，學(xué)生要進行現(xiàn)場操作界面(FIELD界面)與監(jiān)控界面(DCS界面)的切換，這個過程類似于實際生產(chǎn)過程中中控室人員與現(xiàn)場操作人員的協(xié)作，要求學(xué)生按分配的角色分工操作，防止仿真實訓(xùn)與實際生產(chǎn)過程的脫節(jié)［3］。例如，啟動離心泵時，現(xiàn)場操作人員先關(guān)閉出口閥門，打開泵的進口閥門灌泵排氣;現(xiàn)場操作人員通知中控室操作人員啟動離心泵;當(dāng)泵出口液體達到一定壓力時，現(xiàn)場操作人員打開泵的出口閥門等。

2.3 建立多元化的考核方法

《化工仿真實訓(xùn)》考核評價分為過程性評價(占70%)和終結(jié)性評價(占30%)兩部分。過程性評價由教師和學(xué)生共同完成，包括平時態(tài)度、學(xué)生自評互評、操作考核、結(jié)果考核等多種形式，全面、科學(xué)地考核學(xué)生對專業(yè)能力的掌握、理論知識的應(yīng)用、團隊協(xié)作精神、計劃和決策能力、完成工作任務(wù)質(zhì)量、自我學(xué)習(xí)等多元能力。終結(jié)性評價以理論和實際操作考試兩種形式考核學(xué)生對知識、技能的掌握。仿真考試以上機操作形式進行。理論考試是從題庫中隨機抽取，并根據(jù)每個項目的特點按比例進行組題。實際操作考試是用仿真軟件提供的平臺進行考核，并與化工總控工職業(yè)資格鑒定相結(jié)合，采用屏蔽操作指導(dǎo)，要求學(xué)生能夠獨立完成，嚴(yán)格控制操作的規(guī)范性，按操作步驟、操作質(zhì)量、操作趨勢等多項內(nèi)容細(xì)化評分標(biāo)準(zhǔn)，考核了學(xué)生利用計算機DCS控制生產(chǎn)過程的能力。

3 化工仿真實訓(xùn)教學(xué)改革的實施效果

《化工仿真實訓(xùn)》課程教學(xué)改革實施后使學(xué)生的綜合職業(yè)能力得到大幅度提高，主要表現(xiàn)為:1)具有一定的設(shè)計工藝流程、編寫開停車操作規(guī)程和事故處理預(yù)案的能力，這些能力的培養(yǎng)融匯了化工單元操作、儀表、自控、反應(yīng)、工藝等多方面的知識，培養(yǎng)了學(xué)生解決化工工程問題的綜合能力。2)通過操作仿真軟件進行事故處理，分析事故產(chǎn)生的原因和可能造成的后果，掌握事故的處理方法，提高獨立分析和工作的能力，進而提高安全意識。3)具有預(yù)見性分析能力，正確判斷裝置工藝參數(shù)的變化趨勢，待參數(shù)偏離正常值之前及時進行微調(diào)，提高了學(xué)生對復(fù)雜化工過程動態(tài)運行的分析和決策能力。4)學(xué)生真正感受到團隊合作的重要性，相互溝通，目標(biāo)一致，才能順利完成工作任務(wù)。

［1］ 劉天霞，姬鴻斌.仿真實習(xí)在化學(xué)工程專業(yè)教育中的應(yīng)用［J］.石油化工應(yīng)用，2007，27(2):88－90.

［2］ 張淑新.高職化工仿真實訓(xùn)教學(xué)策略研究［J］.中國成人教育，2010(10):170－171.

［3］ 邱挺，黃智賢，葉釗，等.化工仿真實習(xí)課程的教學(xué)實踐與改革［J］.化工高等教育，2012，127(5):56－58.