模擬仿真軟件教學(xué)結(jié)合實際提高化工專業(yè)職業(yè)技能探索與實踐

杜春霖 張慧東 劉 飛 張 芳

（遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院，遼寧 丹東 118003）

化工專業(yè)高等職業(yè)教育著重培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，學(xué)生要具有系統(tǒng)的工程實踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷，掌握典型化工過程與單元設(shè)備的操作、設(shè)計、模擬及優(yōu)化的基本方法，具備運(yùn)用本專業(yè)基本理論知識和工程基礎(chǔ)知識解決復(fù)雜工程問題的能力[1]。化工專業(yè)是應(yīng)用性、實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，是典型的技術(shù)型、應(yīng)用型專業(yè)，實踐教學(xué)至關(guān)重要，具有鮮明的工程特色，培養(yǎng)的學(xué)生能夠從事化工生產(chǎn)及管理、工程設(shè)計、技術(shù)研發(fā)等工作，終極培養(yǎng)目標(biāo)是學(xué)生能自主運(yùn)用實踐工具與手段去創(chuàng)新、創(chuàng)造[2]。這一專業(yè)開展的仿真模擬實驗教學(xué)順應(yīng)了教育信息化的發(fā)展趨勢和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的現(xiàn)實需要，是聯(lián)系理論知識和生產(chǎn)實踐的橋梁，對于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要[3、4]。模擬仿真軟件操作實驗怎樣結(jié)合實體實驗和化工企業(yè)生產(chǎn)線實際的操作，讓學(xué)生在視覺和觸覺上同時對企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備操作有完整認(rèn)識是學(xué)生培養(yǎng)實踐技能的關(guān)鍵。

1 模擬仿真軟件教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 模擬仿真軟件教學(xué)優(yōu)勢

模擬仿真軟件操作實驗已成為提高化工專業(yè)學(xué)生職業(yè)技能的重要手段，設(shè)計者將設(shè)備總體布局有效地虛擬在屏幕上展現(xiàn)出來，突出反映物料在生產(chǎn)線中運(yùn)行軌跡，包括運(yùn)行到不同環(huán)節(jié)出現(xiàn)的現(xiàn)象、可能出現(xiàn)的危險及危險處理方法提示等，依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實驗，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果[5]。模擬仿真軟件操作界面設(shè)備安裝布局、設(shè)備形狀、設(shè)施配置等更趨近于工廠實際生產(chǎn)線，學(xué)生通過動畫界面能更直觀地觀察到每一設(shè)備及管路中物料運(yùn)行狀況，使學(xué)生不進(jìn)工廠就能夠得到裝置開車、停車和事故處理的操作體驗[6]。模擬仿真軟件教學(xué)承擔(dān)了理論與實踐的紐帶，起到了實體實驗、工廠實習(xí)中可能出現(xiàn)危險事故的直觀警示和處理所遇問題的方法，為避免不可預(yù)見性危險事故發(fā)生具有重要作用。

1.2 教師信息技術(shù)應(yīng)用能力得到大幅度提升

模擬仿真軟件教學(xué)是利用新技術(shù)新媒介和新概念手段提高學(xué)生的職業(yè)技能，在實驗室建設(shè)過程中教師在實驗室建設(shè)規(guī)模、所用設(shè)施及操作軟件選用等各方面具有決定性作用，規(guī)劃效果決定了將來實驗室在教學(xué)中發(fā)揮的作用，這不僅需要教師具有深厚的專業(yè)知識，還需要有應(yīng)用信息技術(shù)的能力素質(zhì)。為能適應(yīng)教學(xué)需要，在實驗室建設(shè)之前學(xué)校應(yīng)采取多種措施，通過派出專業(yè)教師進(jìn)行實驗建設(shè)調(diào)研考察、對教師加強(qiáng)信息技術(shù)相關(guān)技能培訓(xùn)、軟件操作培訓(xùn)，從而通過提高任課教師專業(yè)教學(xué)素質(zhì)來滿足未來教學(xué)需要。教師為迎接新的教學(xué)方式的挑戰(zhàn)，既要加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)知識學(xué)習(xí)，還要學(xué)習(xí)模擬仿真軟件操作、虛擬設(shè)備與真實設(shè)備對接、傳授知識方法改進(jìn)、人機(jī)交流方式、問題解決等一系列內(nèi)容，通過實驗室建設(shè)和學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力得到大幅度提升，其培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能方式、方法、手段全面更新，因此有實力投入實驗教學(xué)改革、實驗?zāi)Ｊ絼?chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新。

1.3 為學(xué)生增加了新的學(xué)習(xí)方式

培養(yǎng)具有“扎實工程技術(shù)基礎(chǔ)和良好科研素質(zhì)”的創(chuàng)新型人才，學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工作能力、全面提高學(xué)生素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[7]。模擬仿真軟件教學(xué)讓學(xué)生打開了另一扇提高實踐技能的大門，基于互聯(lián)網(wǎng)模式下的具有交互功能的開放式在線學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過代表性化學(xué)品生產(chǎn)過程、生動直觀的畫面展示、嚴(yán)謹(jǐn)合理的操作規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)化的提示指導(dǎo)，使學(xué)生在“娛樂”中學(xué)到了生產(chǎn)設(shè)備操作方法，提高了專業(yè)技能。在針對處理危險性狀況的培訓(xùn)方面，避免了實際操作中相同事故出現(xiàn)對學(xué)生身體的傷害，該種學(xué)習(xí)方式更容易讓學(xué)生接受。

2 模擬仿真軟件教學(xué)中存在的問題

2.1 課程安排計劃問題

化工專業(yè)模擬仿真軟件涵蓋了專業(yè)教學(xué)過程多個層面內(nèi)容，包括安全、單元培訓(xùn)、生產(chǎn)線演示操作等等，對應(yīng)理論教學(xué)的不同階段。在實際教學(xué)過程中普遍存在著把模擬仿真軟件教學(xué)當(dāng)作一門獨(dú)立課程集中安排，在沒有經(jīng)過基礎(chǔ)實驗教學(xué)的情況下讓學(xué)生操作模擬仿真軟件，學(xué)生仍處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，課程結(jié)束后對軟件內(nèi)容沒有留下深刻印象，失去了其所應(yīng)起的紐帶作用。模擬仿真與實物脫節(jié)，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)實習(xí)階段時，企業(yè)生產(chǎn)線上龐大的生產(chǎn)設(shè)備、五顏六色的管道排布、錯綜復(fù)雜的設(shè)備聯(lián)結(jié)，與軟件操作中看到的、學(xué)到的不盡相同，甚至對生產(chǎn)工藝路線摸不到頭緒，在學(xué)校所學(xué)的知識與生產(chǎn)實際之間找不到對應(yīng)點(diǎn)，沒有起到應(yīng)有的理論與實踐的紐帶作用。

2.2 教師在教學(xué)中指導(dǎo)作用問題

模擬仿真軟件實驗教學(xué)模擬現(xiàn)實、構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，設(shè)計者對現(xiàn)實實驗可能出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行了多方位準(zhǔn)備，并對出現(xiàn)的問題給予了合理的指導(dǎo)及解答，堪稱完美的現(xiàn)實再現(xiàn)。在實驗教學(xué)中學(xué)生打開電腦連接工作站進(jìn)入操作程序，依提示操作似乎完成了基本學(xué)習(xí)內(nèi)容，忽視了模擬仿真界面與現(xiàn)實之間存在的差距，雖然完成了教學(xué)內(nèi)容課時，實際并沒有達(dá)到預(yù)想的實驗教學(xué)效果。模擬仿真軟件操作界面設(shè)備安裝布局、設(shè)備形狀、設(shè)施配置等雖然更趨近于工廠實際生產(chǎn)線，反應(yīng)物料在設(shè)備及管路中的運(yùn)行更加直觀，控制操作簡易明顯，但與工廠實際有著很大差異。因此，教師在模擬仿真軟件實驗教學(xué)中不單要有牢固的化工基礎(chǔ)知識，同時應(yīng)具備較強(qiáng)的工廠實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新能力，在學(xué)生軟件操作學(xué)習(xí)中應(yīng)加強(qiáng)指導(dǎo)，虛擬與現(xiàn)實相聯(lián)系以提高職業(yè)技能。

2.3 學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性問題

模擬仿真教學(xué)鞏固已學(xué)到的理論知識，能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題的能力，活躍學(xué)生思維、開闊思路、提高創(chuàng)新能力[8]。化工專業(yè)開設(shè)模擬仿真軟件實驗教學(xué)的目的是讓學(xué)生通過軟件操作學(xué)習(xí)實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)的實用性專業(yè)人才目的。該教學(xué)方式是傳統(tǒng)實體實驗教學(xué)的延伸和有效補(bǔ)充，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實體實驗不足，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效果。在實驗教學(xué)中存在學(xué)生單純?yōu)橥瓿蓪W(xué)習(xí)任務(wù)走過場，把軟件操作當(dāng)作游戲娛樂，沒有將理論與實踐融合作用體現(xiàn)出來，失去了該教學(xué)應(yīng)起到的作用。如何以興趣為導(dǎo)向，讓學(xué)生在模擬仿真軟件操作中把理論與實踐相結(jié)合，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，靈活快捷地獲取優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，是模擬仿真教學(xué)中能達(dá)到何種效果的關(guān)鍵。

3 模擬仿真實驗與實體實驗虛實結(jié)合教學(xué)的改進(jìn)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，學(xué)科范圍不斷擴(kuò)大，化工專業(yè)職業(yè)高等教育面臨諸多新的問題，并且跨學(xué)科專業(yè)知識不斷發(fā)展，相應(yīng)地對化工類人才的要求也在發(fā)生深刻的變化[9]。培養(yǎng)學(xué)生能力素質(zhì)、邏輯思維、想象力和創(chuàng)造力，具備運(yùn)用本專業(yè)基本理論知識和工程基礎(chǔ)知識解決復(fù)雜工程問題的能力，理論與實踐相結(jié)合是實現(xiàn)目標(biāo)的保障。項目實施在逐步提高教師指導(dǎo)力度的基礎(chǔ)上，課程安排方面進(jìn)行了有計劃的調(diào)整，將模擬仿真軟件實驗教學(xué)中安全培訓(xùn)的內(nèi)容優(yōu)先向?qū)W生進(jìn)行傳授，通過實驗室安全VR系統(tǒng)教學(xué)，讓學(xué)生在進(jìn)入實驗室之前了解化工專業(yè)實驗中存在的安全隱患及事故的處理方法。在專業(yè)實驗教學(xué)開展階段，有針對性地開展模擬仿真軟件實驗教學(xué)，通過生動有趣的畫面演示，培養(yǎng)學(xué)生實踐興趣，學(xué)會規(guī)范的專業(yè)實驗操作方法。對于無法完成的、會造成大量資源浪費(fèi)的實驗，實際實驗過程中或?qū)嶒炐Ч麤]有虛擬實驗靈活高效的實驗，會造成大量環(huán)境污染的實驗，危險度高的實驗，需要反復(fù)實踐記憶或者摸索條件的實驗內(nèi)容以軟件操作的方式進(jìn)行教學(xué)[10]，拓展學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)思路，為專業(yè)實驗教學(xué)打下堅實基礎(chǔ)。通過單元實驗裝置操作彌補(bǔ)模擬仿真軟件操作無實物操作的不足，在學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)企業(yè)實習(xí)前，開展具有代表性的產(chǎn)品生產(chǎn)模擬仿真軟件操作培訓(xùn)，期間帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)企業(yè)見習(xí)，讓學(xué)生實地了解模擬仿真軟件畫面中生產(chǎn)設(shè)備與真實設(shè)備排布結(jié)構(gòu)上的差距，建立設(shè)備及控制配件在空間結(jié)構(gòu)上的認(rèn)識，讓學(xué)生對大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)有一定了解，為學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)實習(xí)打下基礎(chǔ)。針對教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，以化工原理和化工過程控制兩門實驗課教學(xué)為對象，以培養(yǎng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力、提高職業(yè)技能為核心，采用了實體實驗后再以模擬實驗鞏固模擬實驗，再以實體實驗的方法進(jìn)行了專門實踐，通過探索與實踐，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能的目的。

4 結(jié)語

化工專業(yè)職業(yè)技能是化工專業(yè)學(xué)生未來從事相應(yīng)工作的保障。基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的辦學(xué)理念、新工科培養(yǎng)優(yōu)秀化工專業(yè)高素質(zhì)技術(shù)人才目的，探索化工專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，構(gòu)建了“課程實驗、模擬訓(xùn)練、實習(xí)”三層次實踐教學(xué)體系，采取成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心和持續(xù)改進(jìn)原則，加強(qiáng)模擬仿真軟件教學(xué)應(yīng)用于實踐環(huán)節(jié)。提出了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)為中心，建立與之相應(yīng)的教學(xué)平臺和實施方法。該實踐教學(xué)體系實現(xiàn)了理論學(xué)習(xí)與實踐創(chuàng)新的緊密結(jié)合，提高了化工類學(xué)生的專業(yè)技能和經(jīng)驗，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。項目方法的實施為培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型化工類人才提供了新的思路，對深化化工專業(yè)實踐教學(xué)改革起到了良好的示范作用。為高校化學(xué)工程與工藝專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)和改革提供了參考和借鑒。