仿真技术在化工生产技术教学改革中的应用研究

葛军营，刘艳蕊，窦建芝

(潍坊工程职业学院 应用化学与食品药品学院，山东 青州 262500)

随着科学技术的不断发展，教育信息化和信息化教学越来越受到国家的高度重视，在教育教学中发挥着重要的作用。化工仿真技术作为一种信息化教学手段，借助计算机在仿真软件上模拟实际的化工生产操作与控制系统环境，再现化工生产过程的实时状况与特征，在学生专业能力的培养和综合素质的提高方面有其独特的作用,是普通课堂教学无法替代的[1]。化工生产技术课程是应用化工技术专业的核心课程，课程实际操作内容涉及大型生产工艺，学校不可能在校内建设真正的生产场地供学生实习操作，为本课程的实践教学带来了困难。本文探索实践了将化工仿真技术应用到化工生产技术课程教学中，改变传统教学模式，解决本课程实践教学难以开展的难题，促进了学生学习的主动性、有效性，提高了教育教学质量。

1 仿真技术在课程教学中的应用

选取本校2017级应用化工技术专业学生作为研究对象，对其化工生产技术课程实施仿真教学。为达到好的教学效果，我们选取乙醛氧化制乙酸、丙烯酸甲酯生产技术两个典型的化工产品仿真项目，并改变传统的以教师讲授为主的教学方式，在具体的教学中，利用化工仿真软件实施化工仿真教学的过程如下(以乙醛氧化制乙酸为例)：

1.1 明确仿真任务

根据乙醛氧化制乙酸仿真项目的课程标准和课程整体设计开展教学，该仿真项目包含两个仿真任务，即氧化工段和精制工段，学生通过练习达到能够熟练操作仿真软件、熟悉仿真工艺流程、正确选择工艺条件的目标。

1.2 学生分组熟悉工艺原理、流程和步骤

为增强学生的团队意识、沟通意识和自我学习能力，将全班30个同学分为5个小组，并在小组间引入竞争机制。教师首先讲解乙醛氧化制乙酸仿真项目的工艺原理、工艺流程和操作步骤，然后让学生以小组为单位进行讨论，对照仿真界面进一步熟悉工艺原理、工艺流程和操作步骤，并弄懂操作步骤间的前后顺序。在学习的过程中，小组中的成员可以互相帮助解决问题。

1.3 学生仿真练习

学生进入仿真实训室后，首先熟悉仿真操作界面，熟悉每一个开关、按钮的位置和仿真操作步骤，然后按照仿真步骤进入仿真练习环节。按照分组情况，每位同学固定一台电脑，按照布置的仿真任务进行仿真练习。在仿真练习的过程中，学生遇到问题首先在小组内进行讨论，讨论后仍不能解决的问题向指导教师请教。

1.4 小组交流讨论、教师答疑指导

每个仿真任务练习8节课以后，在仿真实训室进行小组交流、讨论活动。以小组为单位，每一小组选派一名组员做代表，对整个仿真流程做简要叙述，并提出仿真练习过程中出现的问题以及解决方案进行讨论。教师参与小组交流讨论活动的整个过程，并对小组讨论、交流形成的结论进行点评，对于学生不能解决的问题进行答疑指导。通过小组讨论交流活动，进一步锻炼学生的表达能力、分析和解决问题的能力以及团队协作能力。

1.5 学生二轮仿真练习

通过小组交流、教师指导，学生在仿真过程中遇到的问题得到有效解决，加深了学生对仿真任务及目标的理解，在此基础上，再一次进行系统、深入的化工仿真练习，真正做到熟练操作仿真软件，完成仿真任务。

1.6 总结、成绩评定

当任务完成后，进入总结、评价阶段。先由小组进行总结，最后由教师对整个训练过程进行总结点评。

在二轮仿真练习之后，学生能够熟练完成仿真任务，进入考核测评阶段。所有的学生进入仿真系统的测评系统，在规定的时间内完成仿真任务，系统会根据学生仿真结果给出评定分。同时，教师根据学生在操作过程中的学习态度、操作规范性、整个流程的总体控制等方面的表现给每位学生进行评订打分。最后，按照公式“总分=仿真系统评分×0.6+教师评分×0.4”计算出每个学生的总成绩。通过分析学生的仿真成绩，总结仿真实训效果。

2 仿真技术在教学中的应用成效

通过比较化工仿真技术应用于化工生产技术课程前后，学生对知识的掌握程度、学生的学习积极性、实践教学的可操作性等方面，化工仿真技术应用于教学中所取得的成效主要有以下几个方面：

2.1 解决了本课程实践教学难以开展的问题

化工生产技术课程中的实践操作部分都是大型生产工艺，学校不可能在校内建设真正的生产场地供学生实习操作，化工仿真软件具有直观性、可操作性和安全性的特点，使学生不进生产现场就能了解化工生产装置的生产和操作过程，完成生产过程中各个岗位的实际操作的训练。仿真软件中可设定各种生产中可能发生的各类故障，可以让学生充分认识到发生事故时出现的现象并掌握处理故障的方法，真正锻炼了学生判断故障、排除故障、解决问题和处理问题的能力。学生在化工仿真操作过程中，就像置身于真实的职业环境中工作，最大限度的解决了本课程实践部分教学难以实现的难题。

2.2 节约了实践教学的投入成本

化工仿真软件可根据化工生产实际的变化和教学的需要，用较少的费用或免费即可要求软件公司对化工仿真软件中内容进行及时更新和升级，真正能做到与专业技术实际的发展同步。化工仿真软件的可重复性使学生在仿真系统上可反复进行化工生产过程的开车、停车、正常运转、事故判断和处理的训练，以增强自身对知识的理解，提高自身的实践操作技能，而这在企业的真实生产中是不可能实现的，为实践教学节约了成本。

2.3 提高了教育教学质量

化工仿真软件具有较好的交互功能，学生可以自己亲自动手操作，学生的学习主动性有了较大的提高，学生的理论与技能训练得到了有效的结合，在掌握专业知识和技能操作的同时，学生的综合职业能力也得到了锻炼，学生的学习兴趣、学习积极性以及学习成绩都有了明显提高。通过分组实训,学生的动手能力和团队协作能力也得到了训练，从而提高了学生学习效果和教育教学质量。

3 化工仿真教学的影响因素及改进措施

3.1 教师对化工仿真教学的影响

在化工仿真教学活动中，对教师的要求比传统教学要高的多。首先，教师需要更新教学理念[2]，引入了化工仿真软件进行教学，教学模式和方法发生了很大的变化，教师要以学生为主体，熟练掌握任务驱动的教学方法，在教学的过程中既要培养学生的专业能力也要重视学生的方法能力、社会能力以及职业态度的培养。其次，化工仿真教学需要教师非常熟悉化工企业的生产过程，同时还要了解化工仿真与企业实际生产的不同之处。因此，教师除了掌握扎实的专业理论知识外，还要努力提升自己的实践技能。

3.2 学生对化工仿真教学的影响

在化工仿真教学过程中，学生的主动性、参与性和积极性对教学的影响非常大，因此，在教学过程中，教师要根据学生的特点，由易到难，由简单到复杂，逐步地调动学生的学习积极性。

3.3 教材对化工仿真教学的影响

目前，学生在本课程学习时，使用的教材仍然是传统教材，传统教材主要是为教师的教而设计的，而不是为学生的学设计的。在教学的过程中我们对使用的教材进行了初步整改，编制成校本教材，方便了学生的学习，但校本教材还存在一些不足之处。因此，必须加强教材的建设工作。

3.4 仿真软件对化工仿真教学的影响

目前应用于化工仿真教学的仿真软件还比较少，功能比较单一，开发功能多样化[3]且与实际生产结合紧密的仿真软件，丰富仿真内容，对于提高仿真技术在教学中的应用价值具有重要的作用。

4 结论与启示

将化工仿真技术引入化工生产技术课程教学后，较好的解决了实践教学难以开展的问题，并使枯燥乏味的知识变得轻松有趣。学生动手机会的增多，激发了学生的学习兴趣，促进了学习的主动性，学生的学习成绩、实际动手操作能力、综合职业能力和企业对学生的认可度等方面均有了较为显著的改善。