“化工单元操作技术”课程理-虚-实一体化教学模式实践研究
——以“精馏塔稳定运行及控制”为例

徐晓多

(吉林工业职业技术学院 化工与材料技术学院，吉林 吉林 132013)

高职院校《化工单元操作技术》(化工原理)课程是化工技术专业群的职业核心课程，课程以“三传”为主线，研究化工生产中各单元操作的基本原理、设备及过程操作参数的调节及控制等。

传统《化工单元操作技术》课程教学以理论教学为主，辅助开展部分验证性实验[1-2]，学生的动手能力，对实际生产中的事故的分析问题及解决问题的能力提高有限，随着高校教学改革的深入，《化工单元操作技术》课程实验实训的效果凸显[1-2]，高职院校《化工单元操作技术》中相关的实操项目、仿真项目也逐步开设，学生的动手能力得到一定提高，但仍存在着理论与实践脱节、实践项目选择不当、操作机械等问题。2019年，国务院印发《国家职业教育改革实施方案》(职教20条)，“到2020年，职业院校实践性教学课时原则上占总课时的一半以上”，同时要求，适应“互联网+职业教育”发展要求，运用现代信息技术改进教学方式方法”。因此，在教学层面，如何做到工学结合，充分利用实践教学优势，选择与生产过程对接的实训项目、整合实操项目、虚拟仿真项目优势，提高课程人才培养质量，着眼于学生的终身可持续发展是亟待解决的问题。本文分析了实际装置与虚拟仿真的优点，针对于不同的教学任务如何充分利用优势互补，形成理-虚-实一体化的教学模式，并以课程模块3物料分离单元操作与控制项目2工业酒精提纯任务4精馏塔稳定运行及控制为例，阐述该模式的具体实施过程，通过实践探索采用这种模式能有效的提高学生的知识与技能水平，促进学生素质的全面提高。

1 实操教学与仿真教学的比较

真实的化工单元操作过程存在着一定的风险性，涉及高温、高压的操作环境、操作过程需严格按操作标准执行，微小的失误不及时处理将会引起较大的事故。因此实训项目的选取受实验耗材、设备购置、环保等诸多因素制约。

1.1 虚拟仿真

化工仿真是通过数学模型的方法建造一个与真实系统相似的操作控制系统，模拟真实的生产装置，再现真实生产过程的实时动态特性，可通过计算机自主操控的软件系统。

本课程采用的是北京东方仿真集团开发的3D仿真软件。采用虚拟仿真教学，操作系统接近于真实生产，教学过程安全性高，可重复性高，学生上手容易，对项目操作过程熟练度不足的部分可反复针对训练，可随时暂停讲解理论内容；然而长期模拟真实生产过程，对参数敏感度下降，易产生麻痹心理，学生往往单打独斗，对协作能力培养不足。

1.2 实操教学

本课程采用的是与秦皇岛博赫有限公司联合开发的流体输送、传热、精馏、吸收等单元操作装置。采用真实的实操装置，模拟生产真实情境，2～3名同学小组协作完成项目操作，实操装置使学生对单元操作设备及过程能有直观的感性认识，有真实的体验感，学生互动性强，尤其锻炼现场的突发的情况锻炼突发事故的处理能力，责任担当等素质。

受教学安全等要求限制，设备规模及DCS操作系统与实际生产有一定差距，某些危险性较高的事故无法再现，实践操作时间长、风险性高的项目操作过程中理论渗透难度大。

2 教学模式

理虚实一体化教学是指利用网络教学平台、仿真教学软件、实操实训装置将理论教学、虚拟仿真与实践教学相结合。依据项目及任务特点，任务实施过程中：

(1)学生利用课程网络平台，完成任务预习。

(2)授课过程中：①风险性低的任务先进入实操环境，实际操作熟悉操作标准，渗透理论知识，然后通过仿真实操，提升DCS系统操作技能，深化理论；②风险性中、操作时间长的任务先以仿真模拟项目为载体，熟悉操作标准，掌握DCS操作，渗透理论知识，然后通过现场实操，体验真实工作环境，提升技能，深化理论；③风险高的任务通过仿真系统，完成理论与技能操作学习。课程模块3项目2实践载体应用情况如表1。

表1 模块3项目2教学任务及载体设计

(3)最终通过考核检测学习效果，课后利用网络平台进行任务拓展。

3 应用案例

学生在模块3项目2任务1-3学习过程中，知识方面掌握了精馏的设备、原理、进料热状况等内容，技能方面掌握了精馏塔的开车操作基本步骤及温度、压力控制方法，在此基础上进行任务4精馏塔稳定运行与控制，下面以此任务4为例，说明教学实施过程中理虚实一体化教学模式的具体应用。

3.1 教学目标

知识目标：(1)掌握回流比的确定、影响及选择；(2)掌握全塔物料衡算方程的应用；

能力目标：(1)能根据产品质量要求调整回流比，保证产品的质量与精馏塔稳定运行；(2)能根据生产任务确定产品产量，保证精馏塔稳定运行。

素质目标：(1)培养学生具有良好的安全意识；(2)培养学生具有良好的质量意识；(3)培养学生具有法治意识，理解自由的相对性；(4)培养学生具有人与自然平衡意识；(5)培养学生具有较强的组织管理、沟通协调、团队合作及独立工作能力；(6)培养学生具有健康的心理，能够承受较强的工作负荷及工作、生活中的各种压力。

3.2 教学实施过程

(1)课前：学生登录课程网络平台，预习任务内容，完成任务点与相关测试。

(2)课中：任务4精馏塔稳定运行与控制教学实施过程中，依托虚实结合的实训装置，对接真实生产过程，开展教学，按照安全生产、产品产量的确定、产品质量的主要影响因素序化教学环节与内容。

表2 模块3项目2任务4 教学实施过程

(3)课后：

完成相关内容测试，巩固深化理论知识。

(4)效果分析

模块3项目2任务4精馏塔的稳定运行与控制的理-虚-实一体化教学模式的实施过程中，首先，学生以仿真软件操作为载体认识到什么是回流比与物料衡算，依据系统给定参数能进行回流比与产品流量的调节，引申到如何确定回流比与产品产量，然后以实操装置为载体，依据给定的生产任务，确定实际装置的回流比与产品产量，进行实际装置操作，测定产品浓度，适当调整回流比。任务实施过程中，对物料衡算与回流比的知识由知道到会运用，回流量和产量的调节从保证安全生产的前提下，在虚拟仿真中会调节且到实操装置会调节再到根据产品质量变化会调节，对知识的理解及设备的操作技能一步步提升，安全、质量、协作、人与自然平衡意识，承压能力，法治、自由核心价值观意识全面提到提升。

4 结语

化工单元操作技术课程采用理-虚-实一体化教学模式，以教学过程对接生产过程，按照教学项目或任务的风险性、操作时长等，合理安排授课载体，依托仿真软件+实操装置，理-虚-实结合，虚拟仿真与是操作装置优势互补，学生能够在任务实施过程中理论知识、操作技能递进式深化，学习兴趣提升，综合素质得到明显提高。