化工專升本專業“虛擬仿真實驗”課程教學研究

李 娜，程雪晴，陳夢月，趙俊杰，董雄輜

(合肥師范學院 化學與化學工程學院，安徽 合肥 230601)

專升本教育是使優秀的專科學生繼續獲得知識并提高學歷層次的一種重要途徑，同時還可滿足地方經濟快速發展對人才的需求[1]。虛擬仿真實驗項目是傳統實驗教學的重要補充，在培養學生實踐創新能力、綜合素質方面起著非常重要的作用[2]。關于化工“虛擬仿真實驗”教學的應用及實踐，已經有教育工作者進行了深入的探討與研究，并提出很多有價值的實施措施[3-5]。然而這些研究主要是針對本科生的虛擬仿真實驗如何建設并應用在本科教學中的，針對專科生的研究比較少。筆者于2015年開始承擔化工“虛擬仿真實驗”教學，并且同時承擔普通本科生和專升本班級的課程，對比普通本科與專升本班級教學效果的差異，不斷思考和改進教學。結合化工專升本專業的特點、培養目標等，從整合和優化實驗內容、創新教學模式、改革考核方式等方面進行探索“虛擬仿真實驗”在化工專升本人才培養中的應用與實踐，這對于地方院校化工類專升本人才的培養具有重要的理論意義。

1 教學特點

化工虛擬仿真實驗是以軟件為平臺，以真實的工廠單元及工段為背景，以仿真機為工具，用實時運行的動態數學模型來模擬真實的帶有控制點的設備和工藝流程操作[6]。學生在計算機上可以反復停車、開車甚至設計故障，這是實際工廠中所不能實現的；仿真軟件提供快門設定、工況凍結、時標設定、成績評定、趨勢記錄、報警記錄、參數設定等特殊功能，便于教師實施各種新的教學與培訓方法；教學具有直觀及可操作性，理論與實踐相聯系；軟件具有可調節性，安全、節約、環保，設計簡單化、操作游戲化等優點。“虛擬仿真實驗”教學可以彌補傳統實驗教學環節的不足，生動形象，強化學生對理論知識的理解。

2 教學研究的必要性

2.1 辦學定位分析

化學工程與工藝專業培養具備化學工程與工藝方面的知識，具有高度社會責任感，具有創新意識和較強動手能力、實踐能力，能在化工、能源、材料等領域工作的工程技術人才。以合肥師范學院為例，為了更好地培養優秀化工人才，積極推進以“卓越工程師”理念為指導的專業綜合改革，夯實“實驗、實訓、實習”體系建設，提高創新性應用型人才培養質量，針對安徽省的經濟建設，結合學院的化學工程與工藝、化學教育、制藥工程等相關專業的發展，打造以化學工程與工藝為核心的學科群，與地方經濟緊密結合，培養“應用型、復合型、實用型、針對型”人才。堅持以現代教育理念為先導，以培養學生的素質、知識和能力為核心，以過程工程為主的專業結構體系為出發點，構建適應社會需求的人才培養模式。

2.2 化工專升本班與普通本科班的對比分析

化工專升本專業的學年僅為二年，學制短，總學時少，在課程設置方面與普通本科有較大的區別。以筆者所帶的班級為研究對象進行具體分析：作為實踐實訓課程的“虛擬仿真實驗”課程，普通本科班為24課時共6個仿真實驗，專升本只安排了12課時，但要涵蓋本科24課時的所有內容。如果按照和本科班一樣的教學方法，則上課內容多、時間緊、大部分學生無法及時消化，達不到培養學生實踐創新能力培養的目的。

通過調查發現，專升本班兩個班共有約11%的學生在專科階段為非化學化工相關專業；專升本的學生來自省內外不同的專科或高職學校，各校定位不同，課程設置與教學要求也不同，教學質量差異較大，學生的學習基礎不同；另外，超過一半的學生打算本科畢業后直接工作，迫切需要實際操作技能、探究學習能力的培養。由上述分析可知，專升本班級學情較為復雜，普通本科生的教學方法難以滿足專科班學生的學習需求，教學質量也受到影響，因此，需對“虛擬仿真實驗”教學進行探究，提出針對化工專升本班行之有效的教學方法。

“虛擬仿真實驗”對化工類專業學生來說是非常重要的一門課，培養創新型、應用型人才，滿足社會的需求都離不開實驗、實習、實訓的開展。針對化工專升本學生，為了滿足他們的學習需求同時又要綜合考慮他們的學習基礎和課時安排，因此，需對化工專升本班采取有針對性的教學方法。化工專升本專業“虛擬仿真實驗”課程的教學研究非常有必要。

3 教學措施

3.1 針對不同基礎的學生進行隱性分類教學

首先使用學習通網絡課程進行在線調查和統計，設計問卷對學生進行隱性分類。主要進行三方面的了解:一是對學生專科階段的專業、學習成績進行調查，了解學生的學習基礎；二是對學生本科階段的學習目的進行調查，以確定學生的學習需求；三是在開課前進行簡單的課堂測試來調查學生的學習水平。然后綜合調查結果，將學生初步分為三類，即基礎較為薄弱型、基礎尚可型、基礎較好型。這個分類也不是一成不變的，后期的授課中可根據學生的表現進行動態變化。

對學生進行隱性分類后，為了保證學習效果，根據課時安排，選取大綱中規定的學生必須熟練掌握的工段和技能進行課堂仿真操作；讓學生自學比較簡單的工段，課前對學生進行提問使學生對該知識點有印象；而對于較為復雜的工藝、涉及科技前沿以及競賽等的內容以視頻講解、文件等形式發布在學習通平臺上供學有余力的同學課下自學。

3.2 建立課程群學習體系，夯實“實驗、實訓、實習”體系建設

依托“虛擬仿真實驗”教學可以推動其他課程的教學改革，例如，劉義章闡述了虛擬仿真實驗在“化工工藝學”課程教學中的應用[7]，很好地完成了“化工工藝學”的教學任務。那么，化工專業理論課程的學習也同樣可以推進“虛擬仿真實驗”教學的改革。為了在有限的課時內完成教學任務，構建課程群體系是非常有必要的，將“化工原理”“儀器儀表與自動化”“化工工藝學”“化工原理實驗”“化工實訓”等課程作為一個課程群。這些課程都是息息相關的，有些知識點會重復出現在不同的課程里。構建課程群后，可以少講簡單的、不斷重復出現的知識點，減少不必要的課時浪費；借助實驗、實訓、實習平臺講解重點知識、需要實訓的知識點，提高學生對知識點的認知和理解。例如，化工原理實驗的真實操作前，可以要求學生先在建好的虛擬仿真實驗平臺上進行預習然后再到實驗室進行實際操作，從而達到虛實結合的目的。再如，“儀器儀表與自動化”課程要求有4個課時的上機操作，老師可以選擇較基礎且不和“虛擬仿真實驗”重復的工段讓學生進行練習。對于“化工工藝學”課程的講解，可以將虛擬仿真實驗引入課堂，讓同學們清楚工藝流程、把握工藝關鍵；另外，對事故進行模擬，使學生樹立安全意識，強調虛擬仿真和實際生產的關系。在虛擬仿真實驗課期間，不僅要求學生完成虛擬實驗的各步操作，還要求學生繪制管道及流程圖，這樣可以解決學生后期進場實習不知道看什么、學什么的問題，使學生成為實習的主體。通過課程群的建立及實驗實訓實習體系建設，“虛擬仿真實驗”教學不僅能夠改進其他課程的教學效果，還能夠在有限的學時內將課程群知識點最優化，真正將知識融會貫通，做到理論實踐的完美統一。

3.3 對考核方式進行改進

優化“虛擬仿真實驗”教學的考核方式，考核不僅包括課程的操作得分、網絡平臺的學習得分、工藝流程繪圖得分，還將課程群的成績納入作為最終成績的一部分。課程群因為包含的課程比較多，有的還在不同的學期，所以可以從中隨機選取一門作為課程群成績。虛擬仿真實驗課的考核成績為滿分100分，各方面所占的比例為：虛擬仿真實驗課成績占總成績50%，網絡平臺學習占總成績的20%，工藝流程繪圖占總成績的15%，課程群成績占總成績的15%。

4 實施效果分析

采取上述措施對化工專升本班實施教學，經過一個學期的跟進調查，調查結果如表1-2。從調查結果可知，專升本的學生對該課程表現出極大的興趣，學生能夠主動思考、熟練操作，將虛擬仿真實驗的內容與所學的理論課內容很好地聯系起來，且成績比較優異，大部分學生的操作分都在90分以上。另外，不僅虛擬仿真實驗課取得好的成績，相關課程群的成績也非常優異。實施效果表明，以上針對專升本班的教學改革措施還是比較適用的。

表1 虛擬仿真實驗教學學生學情統計

表2 虛擬仿真實驗操作成績及課程群成績統計

5 結語

化工專升本專業實施的“虛擬仿真實驗”教學改革和實踐，充分考慮了學生的自身情況及專業背景，極大地發揮了“虛擬仿真實驗”教學的優勢，提高了學生的學習興趣和實踐能力，有效地完成了教學目標和培養計劃，為地方院校化工類專升本人才的培養提供重要參考。