在化工原理仿真實驗教學中培養學生的工程素養

曹顯進

摘 要：化工原理課程教學仿真實驗軟件，對促進該門課程的教學起到了很大的推動作用，許多人對其在培養學生的作用方面做了研究，本文主要針對仿真實驗對學生工程素養的培養進行探討。

關鍵詞：教育教學 仿真實驗 化工原理

化工原理仿真實驗已廣泛應用于化工工程、制藥工程、食品工程、環境等專業的教學與培訓工作中，包括物料輸送、粉碎、篩分、混合、干燥、蒸餾、蒸發、吸收、傳熱等，其內容與化工原理課程相對應，對促進這些專業的教學和教研工作起到了積極的推動作用。

化工原理實驗仿真系統是通過動態數學模型實時模擬真實實驗現象和過程，通過互動3D模型模擬現場的真實裝置操作，并產生和真實實驗一樣的操作結果，讓學生在計算機上模擬現場操作，達到每個學生都能夠親自動手做實驗，觀察實驗現象，驗證公式、原理、定理的目的。

化工原理仿真實驗在教學中的應用，對培養和提升學生的工程素養有著很大的促進作用。

一、工程素養的含義

1.工程素養的含義

素養是指一個人在從事某項工作時應具備的素質與修養。它包括一個人的品德、知識、才能和性格等。工程素養是指從事工程實踐的能力，是面向工程實踐活動時所具有的潛能和適應性能力，它包括應用專業知識的能力、解決問題的能力、與人合作的能力、吃苦耐勞的精神、控制和改進生產的能力、使用和操作設備的能力、嚴肅認真的工作作風等。

2.讓學生具備工程素養是工科相關專業教學的重要培養目標

化工、制藥、食品、環境等專業的學生以后所從事的工作，不僅要求學生具備化工原理方面的專業知識和能力，還要求學生以后在進行工程實踐活動時，有較強的適應能力，才能創造性地進行工作，這就要求學生具備一定的工程素養。例如，化工生產液體物料的輸送，濕藥料的熱風干燥、藥液的提純，蔗糖生產中的過濾操作、蒸發操作，污水中的沉淀操作、污泥處理操作等，都要求學生對化工原理的理論和設備知識有較好的掌握，具備較好的工程素養。

為讓學生獲得一定的工程素養，在人才培養計劃中規劃了多門課程和實踐環節，包括學習專業基礎課、專業課、企業參觀、企業實習等，其中化工原理仿真實驗就是一門重要的專業基礎課程，對培養學生的工程素養起著重要作用。

二、如何在化工原理仿真實驗教學中培養學生工程素養

1.強化和鞏固學生對書本理論知識的掌握和理解

通過仿真實驗，可以強化學生對課本理論知識的掌握和鞏固所學，為后續做好化工原理實驗打好基礎。例如，通過離心泵特性曲線測定實驗，強化和鞏固學生對離心泵原理、結構、組成、工作原理、安裝和選用方法等理論知識的掌握，也為后續的整個實際實驗做了模擬準備，保證了后續實際實驗的成功。

在仿真實驗中，設計了實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項、實驗課堂練習、實驗知識介紹等環節或交互活動環節，特別是課堂練習，做對、做錯馬上顯示，使學生直觀、現場獲得正確答案與指導，加深、鞏固了對相關仿真實驗概念等基本理論知識的掌握與理解。

2.培養學生解決問題的能力

通過仿真實驗，可以培養學生解決問題的能力。學生做實驗時都要寫實驗報告，都要問實驗的目的是什么？實驗步驟怎樣？這些問題，學生自己都可以從仿真實驗的實驗指導、操作演示、教學課件等欄目中找到答案并自行學習和閱讀。通過閱讀學習后可以自行進行實驗，自己記錄數據，再按實驗的數據處理指導欄目的指導來處理數據，最后得出結論，完成實驗。通過這一實驗過程，培養學生分析和解決問題的能力，鍛煉和提高學生分析和解決問題的能力。在實驗過程中，少數學生能很快掌握，能自行把實驗進行下去并完成，有部分學生只能往下做幾個步驟，這就要求授課教師隨時巡回，進行講解和指導，有時集體講解，更多為個別的單獨指導。

例如，有的同學通過離心泵特性曲線測定實驗，繪制出的特性曲線與標準特性曲線形狀差別巨大，說明實驗數據有問題，實驗數據的問題經分析又是由于輸入的數據有錯誤等原因造成的，最終自己或共同找出了原因，提高了分析和解決問題的能力。

3.培養學生吃苦耐勞、刻苦鉆研的品質

通過仿真實驗，可以培養學生吃苦耐勞、刻苦鉆研的品質。做化工原理仿真實驗，首先要根據教程寫出實驗報告，學生自己先要弄清楚實驗的方法和過程，才能進行實驗，在做實驗的過程中，不僅要完成實驗，還要完成實驗各個步驟提出的預習問題，要認真閱讀實驗步驟、注意事項，需要認真觀察系統的演示，認真聽教師的講解，才能把實驗做成功。這些都是繁瑣的工作，要求學生要花費一定的精力來認真對待，需要耐性和吃苦精神，需要有反復練習、刻苦探究和鉆研的精神。

例如，丙酮的填料塔吸收實驗，整個實驗有15個步驟，還有3個數據處理步驟，每一步都不能錯，否則最后數據處理得出的曲線就不會是一條標準的過原點的直線。整個過程都需要學生有足夠的耐性來認真對待，方可使實驗做成功。

4.培養和提高學生控制和改進生產工藝的能力

通過仿真實驗，可以培養和提高學生控制和改進生產工藝的能力。例如，通過干燥實驗，學生應在鞏固了干燥原理、方法和設備等書本理論的基礎上，掌握溫濕度的測量方法、計算方法，從而掌握干燥曲線和干燥速率曲線的繪制方法和步驟，這是以后學生從事輕化工產品的干燥操作實踐的預演。通過仿真實驗，學生學會了今后從事相關工作時控制和改進干燥生產操作的方法和途徑，即首先要測量干燥過程的參數（溫濕度、干濕基含水量），通過繪出干燥曲線和干燥速率曲線，來對干燥生產進行掌控，并能以此為基礎來分析改進干燥生產的措施和方法。

5.學生獲得設備的使用知識

通過仿真實驗，可以培養和提高學生對設備的使用能力。例如，通過精餾仿真實驗，使學生在鞏固復習蒸餾的概念、原理、應用、分類、設備等基本知識的基礎上，直觀地了解和認識精餾操作的具體過程、設備及其操作的基本方法，掌握了精餾設備使用時的一些注意事項，為學生以后操作精餾設備打下了基礎。

通過仿真實驗，使學生對輸送設備、混合設備、干燥設備、過濾、傳熱、蒸發、蒸餾、吸收、分離、流體流動狀態參數測量等輕化工設備加深了理解與認識，獲得了更多的設備操作的知識。

6.培養和提高學生嚴肅認真、一絲不茍的工作作風

通過仿真實驗，可以培養和提高學生嚴肅認真、一絲不茍的工作作風。仿真實驗中，要求學生精力高度集中地利用鼠標點擊選項，不管是回答填空題，還是做選擇題、點擊操作對象進行實驗、輸入實驗參數值、記錄和填寫實驗數據等等，都要求認真、細心，步驟弄錯一步，實驗便進行不下去，或得不到正確的結果;或者小數點記錯一位，同樣也得不出正確的結果。“一步差錯，滿盤皆輸”，只有整個過程都做到認真細致，才能“闖關成功”，得出正確結果。在實驗過程中，學生沒有時間來閑聊，都在埋頭鉆研和學習，課堂氣氛嚴肅而緊張，彼此間有交流，但都是在詢問方法和解決各自的疑問，大多都是在爭分奪秒地思考和完成各自的實驗任務。

三、總結

總之，化工原理仿真實驗，以其逼真的實驗現場感，高度仿真的操作設備、步驟和環境，全面地提升了學生從事化工、輕工行業工作時的工程素養，不但幫助學生鞏固了對課本上的專業理論知識，熟悉和了解了化工單元操作設備的使用方法和知識，還培養和提高了學生分析和解決問題的能力，培養了學生吃苦耐勞的精神，促使其養成了認真細致、一絲不茍的工作作風，為其今后從事與化工原理有關的崗位工作，打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]阮森，張宏波.工程技術人員基本素質及工作能力的要求與培養[J].船海工程，2011（4）.

（作者單位：楚雄技師學院）