虛擬仿真技術在化工專業實踐教學中的應用

摘要：時代在不斷進步，經濟在不斷地增長，促使國家對人才需求量在不斷地擴大，在安全穩定的環境中如何培養高素質優秀人才，是當前國家教育相關部門值得深思的問題。化工專業中諸多實踐活動若直接開展難度相對較大，因而需要學生通過其他方式進行活動。但當前卻存在學生實踐機會較少、學習過程的安全性無法得到保障等問題，這無疑推動了虛擬仿真技術的出現，能夠使學生通過電腦進行實踐學習。基于此，本文詳細介紹虛擬仿真技術在化工專業實踐教學中的應用。

關鍵詞：虛擬仿真技術;化工專業實踐;應用

引言

經濟促使教育得到快速發展，教師在傳遞學生理論知識的同時，也需要注重學生實踐能力的培養。而化工專業中虛擬仿真技術的應用，在一定程度上推動了實踐教學質量和效率的提升。不僅能夠促使學生掌握和理解理論知識，同時也可以幫助學生提高實際操作能力。所以，在實際化工專業實踐教學過程中，教師需要充分發揮虛擬仿真技術的作用，促使學生能夠將所學知識運用在實踐中，進而推動學生的全面發展。

1化工專業實踐教學中虛擬仿真技術應用的重要性

化工專業實踐教學的開展在一定程度上能夠促使學生實際操作能力的提升，因而開展這項課程十分重要。實踐教學的開展雖然能夠促使學生動手操作能力的提升，但也存在著一定的弊端。在化工專業實踐教學中工藝實驗十分重要，主要包含化工工藝中的閥門、泵等操作內容，同時也需要通過各種工藝的聯系促使學生能力的提升。在當前階段，化工專業實踐教學主要是通過小型設備，例如精餾操作量一般為一千毫升。大型化工反應裝備應要投入大量的資金支持，同時也需要擁有一定的安全措施，實踐化工工藝之間有著一定的差異性，導致學生對化工工藝參數、管路設備等方面認識存在一定的局限性。除此之外，化工工藝一般包含高溫高壓以及易燃易爆的操作，這些操作無法在室內進行。而化工專業實踐教學對化工專業人才培養個有著十分重要的意義。而虛擬仿真技術的應用，能夠使教師將一些較為經典的案例融入在教學中，在一定程度上能夠提高學生的動手操作能力，更好地接觸大型工藝，進而促使化工專業實踐教學效率和質量的提升。

2化工專業實踐教學存在的問題

2.1仿真操作游戲化，安全操作意識淡薄

虛擬仿真技術是以信息技術為前提，錄入數據信息、移動鼠標以及VR眼鏡的使用，學生就可以完成學習目標。教師為了激發學生學習興趣，極易容易將教學放在如何高質量完成學習目標中，致使學生操作不規范且不重視操作過程，而出現各種錯誤，若出現實際生產過程中，那么將會造成無法避免的后果。在化工專業實踐教學過程中，若不規范仿真界面操作流程，很容易致使學生養成不良的行為習慣，進而為學生今后走進企業崗位帶來不利的影響。因此，教師應要根據學生實際情況，合理開展仿真實訓，促使學生化工安全生產責任心以及良好行為的形成，否則將會適得其反。

2.2仿真實訓與下廠實踐相差較多，一些操作簡單

從化工原理實驗模擬來看，一些實驗會使用到一些大型設備和數量眾多的管道、閥門等，為了使學生更好的進行操作，在仿真實訓中，但設備和管線間的格局與實際情況有著很大的區別。學生不僅無法結合實際情況掌握管線的排布，同時閥門開度只需要動手錄入一個%即可，這樣簡單的操作，會導致學生將仿真實訓與實際操作無法聯系在一起。總之，仿真實訓開展的實際作用是能夠促使學生更好地了解工藝原理，但學生無法學習到實際的操作相關注意事項、操作原理。除此之外，仿真實訓中的仿真模型會影響學生對工藝參數變化的理解，進而無法更好地處理實際生產中出現的問題[1]。

2.3教材內容相對簡單

當前經濟的愈發昌盛，使越來越多的人開始意識到環保工作的重要性，新技術、新理念逐漸應運而生，無疑對環保、和諧生產提出了一定的要求，進而促使化工行業得到迅猛發展。但根據實際情況來看，在當前階段化工專業的教材中對企業工藝設備的介紹相對較少，導致學生理論知識無法與實際相聯系，進而使學生喪失了學習的積極性，無法主動參與到實踐教學中，從而影響教師教學質量和教學進度，也無法促使學生實踐能力的提升。因此，教師需要將教學的重點轉移到關注教材內容如何完善和創新中。

2.4實驗設備數量無法滿足教學需求

由于學校學生眾多，生源地豐富多彩，化工專業實踐教學過程中存在較為嚴重的設備老舊落后，無法滿足學生實際學習需求的問題。同時，由于學生人數眾多，設備數量少、設備年代久遠，無法及時更新等問題，也嚴重影響著化工專業實踐教學質量以及效率的提升。另外，也存在著嚴重的實驗場地不足的問題，導致學生實踐機會少之又少。

2.5資金能力有限，實驗無法順利開展

隨著當前階段化學實驗儀器、藥品等價格的不斷上調，若資金能力有限，那么將無法支撐實驗的順利開展。由于化工專業實驗時間長，需要擁有大量的儀器和藥品作為實踐的支撐，而這些無疑對增添學校的經濟負擔。學校為了保障實踐教學的順利開展，會縮減一些實驗類型，減少一些實驗項目[2]。

2.6社會對畢業生實踐能力認可有待提升

正是由于上述問題的存在，導致學生在實際企業實踐中，能力存在一些的不足，使學生在進入企業崗位時需要很長一段時間的適應期，實踐能力以及管理能力等方面呈現的不足，導致社會和企業對畢業生實踐能力認可度相對較低。

3化工專業實踐教學中虛擬仿真技術的應用

3.1工廠實習相結合

為了能夠促使學生在化工專業實踐教學中，學生自身實踐能力的有效提升，教師需要將仿真訓練與實習結合在一起，讓學生能夠通過仿真操作，對實際設備運行、工作流程等有初步的了解，之后進行工廠實習，進而促使學生將所學知識運用在實際生產中，使學生能夠掌握理論知識的同時，能夠提高自身實踐能力。除此之外，學生在進行仿真訓練過程中，安全意識很容易降低，無法擁有良好的安全責任意識。所以，教師需要在化工專業實踐教學過程中，注重學生掌握實際生產操作的同時，也需要與工廠實習實際情況相融合，促使學生樹立良好的安全意識。

3.2合理應用虛擬仿真技術，提高實踐效果

教師在化工專業實踐教學中虛擬仿真技術的應用，能夠大大激發學生學習興趣，使學生能夠主動參與其中，最大化發揮虛擬仿真技術的作用，促使化工專業實踐教學質量的提高。因此，教師需要根據實際情況，靈活應用虛擬仿真技術，使學生能夠認識虛擬仿真技術。除此之外，教師自身也需要擁有新的教學觀念和想法，進而能夠通過虛擬仿真技術促使學生對化工實際生產有詳細的了解，減少工作流于表面問題的出現，不能夠通過成績高低判斷學生。教師可以利用隨堂練習的方式，與實踐教學相結合，考察學生知識的掌握程度，從而教師能夠更加具有針對性的開展實踐教學[3]。

3.3與“互聯網+”技術結合，促使教學效率提升

化工專業實踐教學中虛擬仿真技術的應用，是需要以信息技術為前提依據。在當前諸多學校在開展虛擬仿真化工實踐活動時，仍舊是在微機室進行實驗操作，學生缺少外出鍛煉的計劃。因此，教師應要與時俱進，加快“互聯網+虛擬仿真化工”的研究力度，充分利用“互聯網+”技術推進虛擬仿真技術在化工專業實踐教學中的應用，進而形成全面、高效率、方便快捷的實踐平臺，使學生能夠通過該平臺學習到更多的知識以及實踐經驗，同時也有利于教師及時了解學生的實際情況，進而推動學生的全面發展，最大化發揮虛擬仿真技術的作用，促使實踐教學效率的提升。

3.4根據實際情況，豐富實踐教學內容

為了保障虛擬仿真技術能夠有效應用在化工專業實踐教學中，教師應要根據實際情況對教學方案進行適當的調整，促使學生實踐經驗和能力的提升。教師可以首先帶領學生進行基礎實驗操作，然后待學生熟悉后進行深層次的專業基礎實驗操作，之后教師將基礎實驗與專業實驗相結合，使學生進行綜合實踐訓練，待學生擁有豐富操作經驗以及能力之后，教師可以組織學生進行企業實習。通過這樣由淺入深，循序漸進的方式，學生不僅能夠擁有扎實的基礎知識以及良好的專業能力，同時也有助于學生從單一的基礎操作向綜合性化工生產操作的過渡，使學生在虛擬仿真技術支持下真實感受現場實習情況，讓理論與實際有效結合在一起，實現教學與生產的共同進步，促使學生形成完善的知識體系結構，能夠系統化的學習化工專業相關知識。

在當前階段學校人才培養方案中越來越關注實踐教學，培養應用實踐人才。所以，教師可以利用虛擬仿真技術細化化工專業課程，使學生在虛擬的實踐中掌握化工行業發展方向以及工藝操作核心內容。當前階段，學校能力的提升，陸續增設了諸多實踐操作設備，在一定程度上滿足了學生的實踐操作需求[4]。比如，學生在學習天然氣加工時，原先由于缺少專業設備無法完成實際操作，而現階段政府部門建立了石油、天然氣化工專業實驗室，為學生提供了更多的方便，進而促使學生更好地理解天然氣加工實際過程以及相關知識。

3.5利用虛擬仿真技術，促使實踐效果提高

眾所周知，化工生產流程涉及內容廣泛，需要使用的設備種類較多，操作難度相對較大，學生在工廠實習中無法通過親自操作工藝設備，導致生產感受不足，理論與實際相脫離。為了有效解決該問題，教師可以利用虛擬仿真技術，為學生搭建仿真中心，根據教學大綱要求，合理安排實踐周，讓學生以計算機操作一些經典的化工實踐方案，比如煉油常減壓蒸餾、催化裂化流程等。學生通過仿真訓練，逐漸熟悉和掌握化工集散控制系統，熟知裝置開停車操作，有能力應對常見的事故。教師通過虛擬仿真技術開展化工專業實踐教學，使這些實踐操作與實際生產相接近，進而能夠起到還原真是生產場景的作用，使學生能夠詳細了解生產情況，為今后走向工作崗位夯實基礎。

3.6建立仿真生產線，提高學生實踐能力

教師利用虛擬仿真技術為學生建立仿真生產線，雖然能夠在線還原諸多操作流程以及設備控制，但卻無法進行真實的實物操作。雖然單元仿真設備是實物操作設備滿足一部分實踐需求，但卻無法形成一個完善的化工系統。實際上，化工企業生產不只是單一的依靠操控室就可以完成，而是需要現場配合操作各類設備[5]。比如，在進行丙烯酸甲酯工藝時，教師可以利用虛擬仿真技術建立仿真生產線，能夠使學生清楚的看到有機合成工業各環節的操作過程。其中仿真裝置包含生產區、工業控制、仿真系統等內容，能夠有效實現化工集散控制系統自動化控制，現場設備操作，各種情況模擬以及故障分析，虛擬巡檢等。學生在這樣的實踐中，能夠更好的認識化工生產，帶給學生身臨其境的感受，熟知實際操作。這樣的綜合性虛擬仿真實踐訓練效果遠遠高于企業實習效果，同時這樣的開放性學習，也能夠激發學生學習興趣，可以根據專業靈活選擇實驗課程。這樣的實踐教學雖然有著實際操作和工況參數顯示，但系統確是利用水和空氣代替真實生產材料，能夠在一定程度上節約成本費用，環保廢物排放為零。

3.7建立化工模擬計算中心，解決化工生產問題

教師不僅可以在化工專業實踐教學中采取虛擬仿真技術，同時也可以也應用在化工生產技術服務中。比如，教師可以在石油天然氣化工研究中建立化工模擬計算中心，利用計算機系統以及流程模擬軟件等，幫助學生解決計算機在化工專業中存在的問題。同時以這些技術作為支撐，定期組織學生開展化工設計競賽，比如工藝流程的繪制等活動。另外，教師還可以采取虛擬仿真技術，對油田助劑分子結構設計進行優化，模擬化工流程等，促使學生學習到更多的知識，推動學生的全面發展[6]。

結束語

總而言之，教師在化工專業實踐教學中充分應用虛擬仿真技術有著十分重要的現實意義，能夠為化工專業實踐教學提供新的教學方法和思路。因此，教師可以在專業實踐教學、實訓過程中融入虛擬仿真技術，最大化激發學生學習積極性，促使學生學習效率的提升，從而能夠使學生將理論與實踐有機結合。另外，虛擬仿真技術的合理應用，在一定程度上還可以促使學生學習能力得以提升，擁有處理突發事件的能力以及操作化工生產的能力，對培養學生創新能力也產生著一定的影響。總之，化工專業實踐教學中虛擬仿真技術的應用能夠促使教學質量和效率的提升，進而推動學生全面發展。

參考文獻：

[1]聶麗蓉，盧明夏，李宗齊.虛擬仿真技術在化工與制藥類專業實踐教學中的應用[J].現代鹽化工，2021，48（06）：120-121.DOI：10.19465/j.cnki.2095-97別與10.2021.06.052.

[2]張先明，李艷萍，王云飛，王建敏，李宇，王思瓊，王躍梅.虛擬仿真技術在化工專業實踐教學中的應用研究[J].教育現代化，2020，7（41）：21-23.DOI：10.16541/j.cnki.2095-8420.2020.41.006.

[3]劉海龍，趙揚，何璐紅.基于物聯網+虛擬仿真技術的新型化工實踐教學模式的構建與探索[J].河南化工，2020，37（02）：66-68.DOI：10.14173/j.cnki.hnhg.2020.02.022.

[4]吳剛強，郎中敏，赫文秀，于戈文，周晨亮.仿真技術在化工專業實踐教學環節的應用[J].化學工程與裝備，2018（05）：331-332.DOI：10.19566/j.cnki.cn35-1285/tq.2018.05.118.

[5]邱奎，熊偉.虛擬仿真在化工專業實踐教學中的應用[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2014（12）：164-166.DOI：10.19406/j.cnki.cqkjxyxbskb.2014.12.049.

[6]李廷真，賴慶軻，黃美英.淺議化工仿真技術在化工專業實踐教學中的作用[J].中國西部科技，2013，12（07）：92-93.

作者簡介：燕傳勇（1985.10-），男，漢，江蘇省徐州市人，徐州工業職業技術學院，副教授，主要研究方向為化工生產工藝。