《化工原理》仿真教學的體會

楊海艷 楊靜 鄧佳 史正軍

摘要：指出了化工原理作為化工院系的核心課程，在培養化學化工人才方面有著重要的意義。基于此，探討了仿真技術在化工原理課程教學中所具有的優勢以對創新型人才培養的重要作用。

關鍵詞：仿真技術;人才培養;教學

中圖分類號：G642.0

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）03-0225-02

1 引言

化工原理是化工院系的核心課程之一，在培養化學化工高級人才中起著從理論到工程實際、從基礎到專業的橋梁作用[1，2]。化工原理課程中所講授的工程觀點、工程原理、工程方法將會直接影響學生后續專業課程的學習和以后的工作生涯[3]。化工原理屬于工程學科，需要解決化工生產過程中的一些工程實踐問題，培養學生實踐能力和解決工程實際問題的能力。但由于區域經濟，財政資源和企業實踐基地資源的限制，實踐性教學環節薄弱，不能實現大批量學生長駐企業實踐[4]。因此，采用化工仿真技術模擬的一些主要生產過程的流程結構圖以及一些主要生產設備的結構原理動畫圖，可以減少學生在實踐經驗上不足所產生的學習困難[5]。

2 化工原理仿真技術

化工仿真技術是指過程系統的數字仿真，以起初的物體或系統規律為依據建立數學模型，在計算機上建立虛擬的操作環境，控制原理、手段、界面和操作場景都和現代化工生產實時控制極為相似[5]。化工仿真軟件系統主要由流體流動摩擦系數測定、流量計校核、離心泵特性曲線測定、過濾常數測定、傳熱系數測定、精餾塔操作、精餾塔塔板效率測定、吸收系數實驗、干燥曲線與干燥速率曲線測定，共9個操作單元組成，每個操作單元又由實驗理論、實驗仿真、數據處理三部分構成。通過單元操作之間的有機結合，能夠對典型生產工藝進行模擬。北京化工大學和天津大學于2000年9月開發了“化工仿真實習系列多媒體課件”并進行了教學試點研究，并分別建立了“化工仿真實習基地”示范基地[7]。

3 化工仿真技術在教學應用中的優勢

在教學過程中，化工原理仿真技術將理論上的分析設計計算進行可視化演示，降低學生認識理解上的難度。通過仿真軟件對設備結構及其作用原理的動畫模擬，為學生提供現代化工生產的氛圍感受，讓學生真實地體會生產過程中的實時動態特性，并對工藝流程、設備結構、工藝參數等理論知識有深入的了解[6]。此外，將典型工業實例融人仿真系統中，有利于培養學生自覺運用所學理論知識指導生產操作的能力，做到理論與實際的密切結合。

（1）與實際生產過程的相容性和協調性。仿真教學能夠在模擬實驗室進行，教學教程中學生感受現代工業生產的同時而不影響實際生產，造成企業經濟效益的下降。仿真教學采用計算機技術模擬生產過程中的控制原理、手段、界面和操作場景，與計算機集散控制技術為主導的化工生產控制過程一致，教學與生產實際隨著計算機應用技術的發展能同步協調。

（2）高效性和效益性。利用計算機裝備、信息技術的發展，仿真系統可實現資源共享，滿足化工專業不同方向，不同層次的教學需求。此外，還可以通過網絡與企業共享，進行新職員培訓。

（3）直觀性和系統性。仿真系統將化工設備結構圖進行可視化演示，能夠使學生真實地感受并了解設備工作原理和結構。通過各個單元操作的結合形成一個完整的化工生產工藝流程，能夠讓學生體驗實際化工生產過程，并對整個流程參數變化有直觀的認識，加深學生對穩定連續（動態）生產的了解。此外，學生在仿真實踐中對設備的操作有利于克服真實設備操作時的畏懼心理，為就業做前期準備。

（4）提升學生職業素養。化工企業存在易燃、易爆、危險性大的特點，且化工事故破壞性大。仿真系統可實現故障模擬教學，訓練學生對生產中突發事件的應變能力，開拓學生視野，提高學生分析和解決問題的能力，提升學生職業素養。

仿真技術可彌補理論教學的不足，為了使仿真技術達到理想的效果，在化工原理教學過程中必須注重理論知識的講解，制定合理的教學計劃，在理論的基礎上指導實踐。并建立相應的評分制度，在激發學生學習積極性的同時，提高學生對仿真技術的重視，提升教學結果。

4 化工仿真技術與創新人才培養

實際動手能力和工程能力是工程專業學生的最重要的能力，化工原理實踐教學對于培養學生工程意識，提高學生的工程實踐能力和綜合能力，培養學生創新能力中起著舉足輕重的作用。在仿真實踐中，學生可對現有方案進行技術改造，也可進行探索性的方案設計，并通過仿真系統對方案可行性進行論證。仿真技術的這一功能有利于加強學生對未知事物的認識、思考和探索，培養學生創新思維和能力。此外，仿真教學過程能夠將專業建設、職業技能訓練和職業崗位培訓結合在一起，實現對學生知識、能力和素質的培養，使學生成為化工類專業應用型、復合型和創新型人才。

5 結論

仿真技術將化工原理課程中抽象的理論內容可視化，降低了學生的接受難度，激發了學生的學習熱情，為化工原理課程教學手段的改進，教學質量的提升提供了有力保障。仿真系統中對實際生產過程的模擬有利于培養學生分析和解決問題的能力，培養學生的操作技能和工程思維，提升化工類專業學生的職業素養。

參考文獻：

[1]姚金環，李延偉，梁 軍.“化工原理”課程體系改革實踐教學研究 [J].高教論壇，2016，4（4）：36～38.

[2]王任芳，李克華.《化工原理》課程體系的構建與實踐[J].長江大學 學報（自然科學版），2008，5（1）：324-325.

[3]仇明華，黃念東.化工原理課程建設與教學實踐[J].當代教育理論 與實踐，2014，6（2）：76～78.

[4]段東紅，劉世斌，郝曉剛，等，化工類本科專業課程體系實踐性教學 環節改革方案的研究與實踐[J]化工高等教育，2007 （1）：25～27.

[5]劉敏，羅婕，戴玉春.仿真技術在《化工原理》教學中創新應用 與實踐[J].河北化工，2010，9（33）：71～73.

[6]鄒春萍，王玉強.從企業需求出發，改革化工原理教學[J].廣州化 工，2008，36（4）：74～75.

[7]余國琮.化工類專業創新人才培養模式、教學內容、教學方法和教 學技術改革的研究與實施項目成果匯編[M].北京：化學工業出版 社，2004.