仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于化工原理教學(xué)的思索

侯彥濤 王小林

（河南省醫(yī)藥學(xué)校，河南 開(kāi)封 475000）

化工原理是我校藥物制劑專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程以化工傳遞過(guò)程的基本理論和工程方法論為兩條主線，系統(tǒng)地講授了化工生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)單元操作的工作原理、相關(guān)設(shè)備的工藝結(jié)構(gòu)和具體的操作過(guò)程，在整個(gè)教學(xué)體系中起著承上啟下的重要作用[1-2]。隨著時(shí)代的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和教育理念的革新，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)教學(xué)思想、教學(xué)方法和教學(xué)手段提出了全新的要求和挑戰(zhàn)。在這樣的形勢(shì)下，化工原理課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段也在進(jìn)行著新的嘗試與改革，把計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)運(yùn)用于化工原理課程的教學(xué)將成為一種趨勢(shì)[3]。

化工仿真實(shí)驗(yàn)利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真，建立虛擬的操作環(huán)境 ，同時(shí)營(yíng)造類似于工廠控制室的教學(xué)環(huán)境，訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題 、解決問(wèn)題和故障處理的能力，是一種先進(jìn)的教學(xué)手段。

1 仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

1.1 直觀性

仿真實(shí)驗(yàn)可以模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)全過(guò)程，形象逼真生動(dòng)、簡(jiǎn)明易懂，既有科學(xué)性又富有趣味性，便于學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)了解實(shí)驗(yàn)單元的操作方法和操作技巧[4]。通過(guò)模擬開(kāi)車、停車、正常運(yùn)行以及發(fā)生事故時(shí)所涉及的參數(shù)及數(shù)據(jù)的變化，明白正常狀態(tài)、事故發(fā)生狀態(tài)以及事故處理的規(guī)律和方法，加深學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)裝置操作過(guò)程的了解和對(duì)其功能把握，鞏固所學(xué)知識(shí)。

1.2 可操作性

由于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備的規(guī)模及內(nèi)容有限，同時(shí)受教學(xué)時(shí)數(shù)的限制，很多情況下一些實(shí)驗(yàn)被簡(jiǎn)化、調(diào)整甚至放棄。有時(shí)某些實(shí)驗(yàn)采取教師演示操作學(xué)生觀看或者幾個(gè)學(xué)生一組的合作實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生得到單獨(dú)操作練習(xí)的機(jī)會(huì)很少，這樣會(huì)造成學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解不夠透徹，動(dòng)手能力得不到應(yīng)有的鍛煉，甚至所學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)，教學(xué)效果會(huì)受到一定程度的影響。利用仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以在仿真軟件上反復(fù)進(jìn)行設(shè)備的開(kāi)、停車及事故處理訓(xùn)練，直到操作技能達(dá)到要求，這在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中和實(shí)驗(yàn)室中是難以實(shí)現(xiàn)的。

1.3 安全性

對(duì)于化工原理課的一些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生由于之前預(yù)習(xí)不充分或者課堂上開(kāi)小差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由實(shí)驗(yàn)操作失誤現(xiàn)象，輕則影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度，重則還會(huì)危害教師和學(xué)生的身體健康，造成嚴(yán)重的教學(xué)事故。例如：離心泵的啟動(dòng)或關(guān)停的誤操作會(huì)引起離心泵電機(jī)的燒毀；吸收塔操作失誤則會(huì)引起氨氣泄露等安全事故。在教學(xué)的過(guò)程中使用仿真實(shí)驗(yàn)，即使學(xué)生在仿真計(jì)算機(jī)上進(jìn)行誤操作時(shí)也不會(huì)發(fā)生人身危險(xiǎn)，同時(shí)也不會(huì)造成儀器設(shè)備、儀表、元件破壞和環(huán)境污染等經(jīng)濟(jì)損失。

1.4 經(jīng)濟(jì)性

化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般價(jià)格高、體積大，而仿真實(shí)驗(yàn)只需將軟件安裝在電腦上即可運(yùn)行，且在使用過(guò)程中，仿真實(shí)驗(yàn)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的日常維護(hù)和實(shí)驗(yàn)藥品的消耗，在達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的同時(shí)，還能減少教學(xué)投資，節(jié)約實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。

2 仿真實(shí)驗(yàn)的不足

任何事物具有雙面性，仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)有利也有弊，在教學(xué)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)了仿真實(shí)驗(yàn)有以下三個(gè)不足之處。

2.1 真實(shí)生產(chǎn)與仿真實(shí)驗(yàn)存在較大差別

仿真實(shí)驗(yàn)操作的模擬性和程序化與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作的靈活性、不可預(yù)見(jiàn)性還有相當(dāng)?shù)木嚯x。以仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程的離心泵操作實(shí)驗(yàn)為例，仿真軟件可以模擬離心泵的操作順序，在操作順序出錯(cuò)時(shí)，軟件會(huì)報(bào)警提示，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，泵在啟動(dòng)前要盤泵，檢查密封裝置及潤(rùn)滑油的液位等，而仿真系統(tǒng)中這些操作步驟是沒(méi)有的。同時(shí)真實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中存在大量的不可預(yù)見(jiàn)性的問(wèn)題，需要操作人員憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)迅速反應(yīng)并及時(shí)果斷處理，而仿真實(shí)驗(yàn)只是實(shí)際生產(chǎn)裝置的簡(jiǎn)單化處理。

2.2 減少學(xué)生應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的機(jī)會(huì)

而在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中遇到儀器故障、突發(fā)問(wèn)題等，會(huì)使學(xué)生增加克服困難的訓(xùn)練機(jī)會(huì)，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。而仿真實(shí)驗(yàn)室的條件相對(duì)理想，減少了學(xué)生應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、排除故障及對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的常規(guī)檢修的機(jī)會(huì)，又由于仿真實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)也是程序設(shè)置好的，也減少了使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析這一環(huán)節(jié)體驗(yàn)，同時(shí)也減少了對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的反思及尋找可用的經(jīng)驗(yàn)和過(guò)失機(jī)會(huì)。

2.3 不利于學(xué)生安全生產(chǎn)觀念的培養(yǎng)

仿真實(shí)驗(yàn)帶有游戲色彩，學(xué)生在電腦面前通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤來(lái)操縱生產(chǎn)過(guò)程時(shí)沒(méi)有壓力，完全可以處于輕松的心理狀態(tài)，操作失誤時(shí)可以通過(guò)重新再做來(lái)彌補(bǔ)前次操作的過(guò)失，很難體會(huì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作的緊張及工作壓力，不利于增強(qiáng)學(xué)生安全生產(chǎn)的高度責(zé)任感、緊迫感。因此，要讓學(xué)生真正掌握化工生產(chǎn)操作技能，了解化工生產(chǎn)安全問(wèn)題的重要性，提高分析判斷和處理的問(wèn)題的能力，還必須與實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

3 結(jié)論

化工仿真和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，既可以在仿真中理解所學(xué)的理論知識(shí)，又可提高學(xué)生對(duì)化工操作的感性認(rèn)識(shí)。通過(guò)仿真訓(xùn)練與真實(shí)操練有機(jī)結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，既節(jié)省成本，又提升學(xué)生實(shí)際操作能力訓(xùn)練的有效性，更加提高了教學(xué)效果。

［1］賈紹義.化工原理[M].2版.北京:高等教育出版社,2010.

［2］倪獻(xiàn)智.化工原理課程教學(xué)中突出工程觀點(diǎn)和方法教育[J].化工高等教育,2007(3):79-82.

［3］譚懷琴,郭芳,李軍.運(yùn)用仿真實(shí)驗(yàn)提高化工原理課程教學(xué)質(zhì)量[J].科學(xué)咨詢,2012(28):88-89.

［4］付家新.淺談化工仿真在化工原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息,2009(5):210-214.