職業學?；I課程實訓教學研究

王志平

【摘要】化工類職業學校是培養化工企業操作工的搖籃，化工專業課程教學直接決定了學員日后能否勝任企業一線操作工作崗位。利用虛實結合的教學方式，依托實訓設備，在虛擬技術手段下，進行沉浸式的化工學習。學員在此過程中學習了化工理論知識、掌握了化工操作技能、提升了職業素養，為日后進入化工企業打下了堅實基礎。

【關鍵詞】實訓教學? 虛實結合? 操作技能

【中圖分類號】G712.4 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）40-0067-03

化工行業是傳統行業，石油化工、基礎化工和化學化纖是國家的基礎和支柱產業，因此化工行業是人類生產生活離不開的行業?；ば袠I操作工的好壞是一個化工企業發展的關鍵，因此化工行業對于一線操作工的要求越來越高。

如何培養技能更高、職業素養更好的操作工[1]，如何讓學員在學校里學到更多貼近企業真實生產的知識，是每一所職業學校老師所關注的。

傳統的化工教學注重依托實驗實訓理實一體教學，近年來隨著信息技術、人工智能、虛擬技術的發展，把化工教學和虛擬技術結合起來，從而模擬化工廠真實生產環節，讓學生身臨其境，沉浸式學習，真正學到知識。

本文分析了傳統教學的優缺點，闡述了本校化工教學過程和虛擬技術結合的必要性，總結了化工教學和虛擬技術結合的教學方式。

一、理實一體教學和實訓教學

傳統的化工教學以實驗實訓設備為載體，開展理實一體和實訓教學。

理實一體教學在教室、實驗室、實訓室進行。首先設定不同的項目和課題，以一個子項目或者一個子課題為一節課的主題。在學習和完成這些項目和課題的時候，以化工裝置、設備設施、單元操作和化工案例等為教學載體，通過項目教學的形式，把理論教學和實操教學結合起來，讓學員能夠完成項目和課題的同時學到化工生產知識和技能。

實訓教學在實訓室進行。首先選定不同的實訓模塊，例如以化工中試生產裝置操作，泵、壓縮機傳動設備運行，管路機械組裝，分離操作等為實訓模塊。每一實訓模塊中包含了很多實訓項目和實訓任務，例如化工廠的加料和卸料、離心泵的開停車操作、管路的氣密性試驗等。完成這些項目和任務的時候，以上述實訓模塊為載體，通過預先設定的任務，在任務實施和成果檢驗的過程中，學員學會了生產所需要的化工專業知識，掌握了化工操作技能，提升了職業素養。

傳統教學以項目為載體，通過任務引領的方式讓學員在做中學、學中做，學員能夠通過一個實訓項目和實訓任務的完成，不斷提升操作技能，不斷強化職業素養，不斷建立化工知識體系。但是傳統教學也有不足之處，實訓設備和真實生產裝置有所區別，實訓過程無法完成真實的生產操作。因此本校教師積極開拓了新的教學思路。

二、仿真軟件教學

本校的化工教學過程還以2D和3D仿真軟件為載體，通過仿真軟件學習和操作，學員能夠接觸到與化工實際生產一模一樣的真實生產工藝，能夠通過調節參數穩定化工生產過程，能夠分析溫度、壓力等對化工生產的影響，能夠處理化工生產過程中的故障，能夠根據生產實況分析生產過程中的事故。和傳統的理實一體、實踐教學相比，仿真教學可以模擬學校無法直接現場呈現的典型化工生產過程，同時，事先植入仿真系統中的操作步驟和評分指標能夠客觀直接地對學員整個練習和操作過程給予評判。

仿真軟件教學因其能模擬真實化工生產，操作評分直接客觀，從而得到了本校教師的青睞。但是仿真軟件教學也存在著弊端。例如仿真操作軟件一般只是給予操作步驟分，但操作是否規范以及操作的順序正確與否并不屬于系統評分，很容易導致學員為了得到操作步驟分，使用快速捷徑的操作方法，而這恰恰違背了化工企業需按照化工生產嚴格規范的SOP流程操作的思路。

三、虛實結合教學

隨著信息技術和化工行業的不斷融合，化工專業操作技能的提升越來越依托虛擬仿真技術;隨著實踐教學和互聯網的結合，線上和線下教學整合資源，更能提升學員的自主學習和學習效率。因此在結合“虛實結合，相互補充，能實不虛”的原則下，應該充分發揮虛擬技術在實踐教學中的重要性，建設虛實結合的教學體系。

（一）半實物實訓裝置教學

半實物實訓裝置是以化工廠真實生產裝置為原型，按照一定的比例縮小制作而成的。建好實訓裝置以后，配套建設一套功能全面的DCS系統和工藝仿真軟件。學員可以在逼真的環境中，真實的操作過程中，提升化工操作能力。

半實物實訓裝置區別于實物裝置和仿真教學，但又融合了實訓裝置和仿真軟件的優點。半實物實訓裝置以真實的裝置為原型，現場閥門、設備可以動作，實操感強。操作時無需真實物料，無各類安全隱患，無污染，實訓成本低廉。同時，現場操作和DCS系統聯動，可以通過調節溫度、壓力等參數掌握化工工藝過程。半實物實訓裝置以其獨特的優點受到了學員的青睞。

以本校危險化學品離心泵實操考核系統為例，依托于現場的實際離心泵，配備先進的3D虛擬現實和仿真技術，以危化品生產過程中離心泵的典型事故應急預案及異常處理方案為內容，提供具有交互功能的三維虛擬場景與操作，能夠高精度地模擬離心泵的運行狀態、參數變化、事故現象，以及異常處理和應急處置的操作過程。學員可以在現場開關離心泵，可以在DCS端調節參數，可以在仿真系統中處理著火泄漏事故。通過半實物實訓裝置的學習，學員的理論知識得到了強化，操作能力得到了提升。

（二）VR實訓教學

VR是指虛擬現實，顧名思義，就是虛擬和現實相互結合。從理論上來講，化工VR實訓教學虛擬現實技術就是利用化工生產中的真實數據，通過計算機技術產生的電子信號，將其與各種輸出設備結合使其轉化為能夠讓學員操作和感受到的現象。

VR虛擬現實技術已經成為促進化工教學發展的一種新型手段。利用虛擬現實技術可以幫助學員打造生動、逼真的學習環境，使學員通過真實感受來增強記憶，相比于被動性灌輸，利用虛擬現實技術進行自主學習更容易讓學員接受，這種方式更容易激發學員的學習興趣。例如化工生產中如果違背生產安全操規程，可能引發泄漏、火災、人員傷亡等現象及事故，以前的教學方式只能通過文字、圖片、案例、視頻結合的方式教學，學員更多的是被動接收知識，缺乏直觀的感受和認知。而VR虛擬技術可以模擬泄漏和火災現場，學員佩戴特定的眼鏡，可以在模擬的環境中實現堵漏或者滅火。學員可以身臨其境，學習相關知識和技能。

（三）AR實訓教學

AR是指增強現實，顧名思義，增強現實技術也被稱為擴增現實，AR增強現實技術是促使真實世界信息和虛擬世界信息內容之間綜合在一起的較新的技術內容。AR實訓教學是將原本在實際裝置中比較難以進行體驗和操作的實際信息借助電腦和軟件等科學技術，實施模擬仿真處理，將虛擬信息內容疊加在真實生產裝置中加以有效應用，并且在這一過程中，操作員能夠感知操作過程，從而實現超越現實的感官體驗。AR最特別的地方在于其真實實訓操作環境和虛擬物體之間重疊之后，能夠在同一個畫面以及空間中同時存在。當然，哪一部分是實際的，哪一部分是虛擬的，操作者也很容易區分。AR實訓教學的實現也需要一個特定的頭盔，通過頭盔上面的眼鏡能夠看到虛擬的畫面。

例如傳統的教學過程中，換熱器冷熱流體的交換，借助動畫、視頻的方式演示。而AR實訓教學則可以把換熱器冷熱流體的交換過程做成三維動畫，該動畫以小程序的方式植入后臺，當戴上特定頭盔，選擇該程序，動畫就能展現在眼前，該動畫可以單獨觀看，也可以在換熱器運行過程中觀看，在交互式的學習過程中實現了知識點的學習。

（四）MR實訓教學

MR實訓教學綜合了VR和AR實訓教學的優點，改進了VR和AR實訓教學過程中的缺點，MR實訓教學即混合現實教學。和VR實訓教學相比，它依托于現場實物裝置;和AR實訓教學相比，它能把虛擬的影像和現場設備做高度疊加，建立全息影像。當操作人員帶上裝有眼鏡的頭盔時，能沉浸式置身于化工廠，操作者能實現交互學習，從而實現高效學習，理論知識得到了更深層次的理解，操作技能得到更高效的提升。

MR實訓教學和VR、AR實訓教學一樣，依托于電腦、投屏電視、特定眼鏡，例如微軟公司的Hololens眼鏡完全能實現MR實訓教學要求。以化工裝置操作中單元級設備離心泵的學習為例，離心泵的原理、離心泵的內部結構、離心泵的拆裝、離心泵的運行都可以通過MR實訓教學實現。同時，學員佩戴MR眼鏡，在仿真工廠現場進行巡檢，能查看設備的運行狀態和系統的運行參數。在MR實訓課程中，MR會帶來更強烈的沉浸感，能實現立體抓取離心泵的各部件進行組裝，達到二維向三維立體質變的體驗，讓知識與人交互、互動起來?？傊?，MR實訓教學更直觀，更具體，操作性強，符合現代化工信息化與趣味性的教學理念。

四、結語

通過本文的論述，化工專業課程的教學還是應該遵循“虛實結合，相互補充，能實不虛”的教學原則。對于能夠依托實訓裝置解決的教學知識點和操作技能，一定要以實訓裝置為主體，通過項目教學、任務引領的方式讓學員在自主學習的過程中學習理論知識，掌握操作技能。依托實訓裝置難以實現的知識點和操作技能則考慮使用虛擬技術。例如虛擬仿真教學系統可以代替傳統實訓條件下無法完成的實訓操作，或由于實訓設備昂貴而難以實現的操作訓練。同時，通過VR、AR、MR創建一個能夠和實物裝置融合在一起的逼真的虛擬學習環境，在沉浸式的虛擬世界中進行操作練習，豐富的互動性既增加了真實感又激發了學員的學習興趣。

毋庸置疑，和傳統教學相比，富有科技性的虛擬仿真教學更為直觀、更加受學員青睞，教學效果更加出色。并且虛擬技術能打破時間和空間的局限性，為學員提供開放的學習環境，支持多人同時在線學習，讓學員隨時隨地進行實踐操作訓練。

虛實結合的教學方式解決了化工實訓教學的難題，為能培養知識儲備豐富、操作技能過硬、職業素養高的現代化工人才奠定了良好的基礎。

參考文獻：

[1]呂國峰.基于學科核心素養的中職化工實訓教學策略研究[J].職業教育，2019（44）：26.