仿真軟件在化工專業課程教學模式中應用的研究

蘇林欽 伊恒杰 林慶林

摘 要：在“1+X”證書制度改革的背景下，化工仿真軟件已廣泛運用于化工專業實踐課程教學中，取得了良好的效果。它不僅提高了化工單元專業知識，而且有效提高了化工專業實踐課程的課堂效率。本文通過對仿真軟件在化工專業實踐課程中的運用進行討論，分析仿真軟件在化工實踐教學課程中的優點和局限性，并提出應用策略。

關鍵詞：仿真軟件;仿真實訓;教學模式

化工生產是一個需要較高技術的產業，同時，由于化工生產具有易燃、易爆炸、易中毒、高溫、有腐蝕性的特點，其具有更高的危險性。在此條件下，由學校開展化工生產課程的各種教學形式具有一定局限性。計算機仿真是對代替真實物體或系統的模型進行實驗和研究的一門應用技術科學[1]。根據《國家信息化教學師范校建設中長期發展規劃（2010-2020）》，虛擬仿真實訓軟件已經在教學中得到相當廣泛的應用。通過在教學中應用化工仿真軟件，能夠有效改善低效率的教學形式，提升教學質量，從而達到培養優秀化工產業人才目的。尤其是針對職業教育的教學特點——“培養目標的職業定向性，教學方法的實踐性”，國內專家提出職業技能訓練為核心，生產任務為導向，職場環境為背景，工藝過程為主線，生產工具為基礎，學生自主交互為主體，智能性過程記錄為引領，安全操作為保障的設計理念。說的通俗點兒，讓學生通過操作虛擬仿真實訓軟件，學會與社會生產力接軌的職業技能，達成就業心愿。學校主要以網絡課程直播教學的方式進行教學，在這期間，對化工單元的教學中，可以很好地把仿真教學的方式充插在教學中，經過一個學期多的教學，覺得仿真軟件的運用對教學很有幫助，下面就仿真軟件在教學中運用總結的一些淺顯的探討。

1 仿真軟件在化工實踐教學課程中的優點

1.1 能夠最大程度節約教學的資源成本

在進行化工單元教學實踐期間，要確保每個學生在每個學年都擁有充足的教學時間，建立一個50人的化工單元實踐基地，至少需要購買25套的化工單元教學設備，需要上千萬資金，一般的職業院校無力承擔。學校通過使用化工仿真軟件進行教學，只需要50臺計算機即可實現高效教學，達到預期的教學效果，同時還節約的教學資源和教學成本。

1.2 能有效緩解職業院校化工單元教學設備購買力不足的問題

化工單元教學實踐項目繁多，如果直接購買，需要購買吸收解吸單元、二氧化碳壓縮機單元、電動壓縮機單元等，必須花費大量金錢來滿足學生實踐需求。通過使用化工仿真軟件，能夠實現計算機和網絡的實踐教學，有效延長學生實踐時間，提高學生對化工生產中的操作技能的掌握程度，不僅可以節約設備的購買成本，還可以減少零部件以及原材料的投入[2]。另外，化工仿真軟件具有安裝簡單，占用空間小，操作簡便，維護成本低，動態性強，可操作性強等優勢。這種教學模式從根本上緩解了學校進行化工單元實踐需要購買化工單元教學設備的困境。

1.3 解決化工單元教學設備和師資不足的問題

化工單元教學實踐和其他教學實踐之前存在一些差異，為了使學生有足夠的實踐培訓時間，必須增加許多設備，而許多職業院校存在資金緊張，從而采用小班教學方式對學生進行實訓，導致教師需求增加，師資不足。而通過化工仿真軟件的教學模式進行教學，可以有效彌補師資和設備不足的問題，通過計算機作為中介，從而指導學生完成虛擬實踐訓練。

1.4 激發學生學習的熱情

在課堂上，存在理論和專業實踐上的脫節，這是因為學生在課堂上無法和現實中相聯系，且各種原理，設備和操作說明都是抽象的，使得大多數職業院校學生對學習興趣不高。化工仿真軟件屬于現代化信息軟件，其界面生動清晰，能夠讓學生直觀的在DCS界面上或現場圖上觀察各種生產設備的結構和外觀，同時學生可以按照相應的程序進行操作，如果學生犯錯，仿真軟件還可以及時指出學生的錯誤，易于激發學生對于知識學習的渴望，培養學生的創造力和研發能力。

1.5 推進多元化的化工實踐教學

化工仿真軟件能夠用于化工實踐教學，學生能夠自主操作，并且在操作過程中，不會發生人身危險，不會造成設備損壞破壞，不會造成環境污染。其具有較高的安全系數與較高的性價比等優點，在一定程度上降低了教學成本，同時也解決了在實驗課上、實訓課上、實習教學中學生不能夠自由操作的問題，提高了學生實訓效果，提升了學生的實際動手能力[3]。

2 仿真軟件在化工實踐教學課程中的局限性

2.1 仿真軟件與實際操作存在差異

仿真軟件是動態模擬化工單元生產過程，通過計算機顯示器將化工單元生產過程動態顯示出來，這是按照一定比例進行縮小，這種縮小與實際現場操作存在一定差異。同時，在仿真軟件操作過程中，僅涉及一些相對簡單操作，例如閥打開、閥關閉、控制流量、壓力和溫度等，相對于實際操作較為容易。

2.2 仿真軟件設計上存在局限性

仿真軟件以獨特的優點受到追捧，但是毋庸置疑，在它的設計上還存在一些局限性。例如，其設計不夠合理，一些教學模型過于完善，學生只需要按照步驟開關閥門，不需要考慮工藝參數的變化即可獲得高分，缺乏一些變化。有時候，仿真軟件在設計上只考慮到工藝參數的合理性，而缺乏對教學的便利性的考慮，造成教學過程中的不便。例如在對吸收解吸系統進行加壓過程中，等待時間過長，使得一節課大部分時間都在等待其加壓。

2.3 學生容易養成一些不良習慣

由于仿真軟件的安全性，學生在對其操作的嚴謹性會降低，可能隨意操作仿真軟件。這種隨意性如果形成習慣，帶到將來工作中去，不僅會影響生產過程中的指標和進度，進一步會導致重大事故，影響嚴重。同時，在仿真軟件中存在“時間加速”功能，在設計的出發點是好的，但是如果任由學生胡亂使用，會導致學生以游戲的心態來對待仿真軟件，從而導致學習效率降低。

3 仿真軟件在化工實踐教學課程中的應用策略

3.1 科學地安排仿真軟件的使用，營造良好的實踐教學環境

教師在利用仿真軟件進行實踐教學時，應該選擇合理的教學內容，向學生展示實訓知識和技能的精髓，并結合循序漸進的教學方法進行全方位的教學。要根據學生的實際情況來規劃學生的仿真課程，要根據學生的能力來實施教學策略。在教學的初期，因大多數學生是第一次接觸仿真軟件，教師應安排一些較為簡單的操作讓學生進行操作，待學生適應仿真軟件學習后，教師應適當提高難度。對于實踐中的重點和難點，教師應該花足夠的時間去讓學生理解和掌握。還應該根據學生的興趣進行課程的安排，為不同年級和不同能力的學生安排個性化教學，以提高學生對于化工實踐教學的掌握。在虛擬仿真教學中，教師的教法要轉變，要以實際應用中出現的問題為導向來進行教學。仿真軟件使用出現的幾個問題：學生看不懂運行的前后過程關系，這里就需要配合課件來互為補充，教師的作用就是指導學生運行過程中的連接和轉換;學生對設備內部結構無法很好地理解，這里就需要教師逐步逐幀地進行講解，講解要足夠細致，同時又要運用仿真靈活性的優點，根據需要轉換視角來操作內部結構，才能更好地進行教學。

3.2 發揮仿真軟件在化工實踐教學課程中的優勢

在“1+X”證書制度改革的背景下，仿真軟件的應用是為了讓學生能夠更好地學習相關實訓知識，提高實訓教學質量。因此，在實訓教學實踐中，應充分利用仿真軟件的教學優勢。對此，首先應該提升教師的信息化水平，以便能夠跟上互聯網的發展。其次，應該更新教師的傳統的教育理念，轉換他們的教育觀念，與時俱進，對仿真軟件實訓教學有深刻的認識，把握仿真軟件的本質[4]。最后教師應提升自身的化工素養，以便達到化工教學要求，從而能夠把握仿真軟件的原理，知道仿真軟件的優缺點，更好地傳授知識，提高教學質量。

3.3 靈活地運用仿真軟件，增加學生對實訓的認知

與傳統教學相比，仿真軟件的教學模式更容易激發學生的好奇心，提高學生的學習興趣，為了能夠最大程度的發揮仿真軟件在化工實踐教學中的效果，必須靈活使用仿真軟件，提升學生對仿真軟件的認識[5]。教師使用仿真軟件進行實訓教學時，應當注意學生的操作合理性，而不是一味地追求分數，避免學生隨意操作仿真軟件，形成不良習慣。仿真軟件之所以能夠進行仿真，是因為它可以將化工生產過程中物料、溫度、壓強等情況動態的反映出來，這有利于幫助學生更好地了解化工生產情況，加快對所學的知識和技能的消化。

4 結論

通過仿真軟件的使用，可以非常直觀、形象、生動地在學生面前展示化工單元實踐教學中所用到的設備結構，運行原理，設備的運行過程和條件，使得學生能夠感受到實際生產過程中的氣氛;使得學生對化工單元實踐生產設備的工藝原理、工藝流程和生產工藝的操作有了真正的了解。它不僅僅為了學生創造一個安全的實踐教學環境，也使得化工教學不再枯燥無味，有效激發了學生對化學專業理論的學習和對專業技術的提升的積極性，也有利于提升化工課堂的教學質量，使得化工學生意識得到加強，綜合能力得到提高。仿真教學在很多的地方都可以運用，其運用方式比較靈活多樣，可以穿插在不同的教學方法中作為其他教學法的有機補充。單一教學已經不適用于現在的學生了，只有靈活多樣的活動方法才能提高教學的質量和效率。在今后的教學，本專業課程的教學將繼續探索更好更有效地把仿真軟件運用到個專業科的教學中，達到更好的效果。

參考文獻：

[1]吳重光.化工仿真實訓指南[M].北京：化學工業出版社，1999.

[2]楊友麒，項曙光.化工過程模擬與優化[M].北京：化學工業出版社，2006，5.

[3]包巨南，黃鈴.論化工仿真教學在高等職業教育中的應用[J].山東化工，2009，38（5）：46-48.

[4]曾兵，韓潤琴.虛擬仿真軟件在化工實踐教學中的應用研究[J].課程教育研究，2019，5：23-25.

[5]賈克文.開發和使用虛擬裝配及運動仿真軟件在檢修工培訓中的實踐[J].化工管理，2016，22：36-38.

作者簡介：蘇林欽（1975— ），女，漢族，福建莆田人，學士學位，高級講師，研究方向：工業分析檢驗、仿真軟件運用教學。