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摘要：根據(jù)化工專業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，闡述了在實(shí)踐教學(xué)中提出的“實(shí)操+仿真+實(shí)操”、“仿真+實(shí)操+仿真”和“參觀+仿真+實(shí)操”等仿真與實(shí)操有機(jī)結(jié)合的三種模式和成功搭建化工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的途徑。

關(guān)鍵詞：化工；實(shí)際操作；實(shí)訓(xùn)模式；仿真

高職教育是我國(guó)高等教育體系的重要組成部分，其目的是要培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的實(shí)踐能力強(qiáng)和職業(yè)素質(zhì)高的高技能人才。為此，在高職教育中實(shí)踐教學(xué)顯得尤其重要。如何結(jié)合實(shí)際情況建設(shè)實(shí)訓(xùn)基地、搭建實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，是擺在專業(yè)建設(shè)面前至關(guān)重要的問題。

化工專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)面臨的問題

因?qū)I(yè)的特殊性，化工專業(yè)校內(nèi)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)面臨著重重困難，原因主要有：化工生產(chǎn)條件比較苛刻，如需高溫、高壓等；所涉及的物料常是有毒、有害、易燃、易爆的；化工生產(chǎn)裝置比較復(fù)雜，體型較龐大，占場(chǎng)地，且對(duì)場(chǎng)地的條件要求較多，建設(shè)費(fèi)用較高；化工生產(chǎn)中環(huán)保問題較為突出，必須有解決“三廢”的技術(shù)、方法、措施和資金等；化工生產(chǎn)操作中危險(xiǎn)性較高，有些化學(xué)反應(yīng)存在著不確定因素，有些生產(chǎn)工藝條件異?？量獭Ｋ?，如何建設(shè)校內(nèi)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地這一問題，困擾著眾多化工類院校。

即便建成了一定規(guī)模的化工專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地，一般也存在著下列問題：同樣型號(hào)的設(shè)備不會(huì)有多臺(tái)，“粥少僧多”，難以滿足大量學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的需要，以致學(xué)生實(shí)訓(xùn)有效時(shí)間不足；化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)一般在封閉的不透明的管道中或在塔器中運(yùn)行，學(xué)生無法觀察介質(zhì)的變化，造成學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)過程的原理只能一知半解；教學(xué)時(shí)，在復(fù)雜儀器設(shè)備面前教師的示范操作很難讓每個(gè)學(xué)生看清，每個(gè)學(xué)生的操作又很難讓教師顧及，教學(xué)效果不理想且存在著安全隱患。

另外，學(xué)生到校外化工廠實(shí)習(xí)，也存在著一定問題。比如，工廠對(duì)生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)——開車、停車操作非常慎重，不會(huì)隨意讓學(xué)生介入進(jìn)行相應(yīng)訓(xùn)練；工廠是以完成生產(chǎn)任務(wù)、獲得效益和保證安全為目的，不會(huì)因?qū)W生實(shí)習(xí)而調(diào)整生產(chǎn)工藝條件或改變?cè)袭a(chǎn)品種類，一般只允許學(xué)生看而不允許學(xué)生動(dòng)手。這樣，實(shí)習(xí)效果會(huì)大打折扣。

因此，化工專業(yè)學(xué)生要進(jìn)行“實(shí)操”會(huì)碰到一些困難。那么，學(xué)生的職業(yè)技能如何得以訓(xùn)練呢？考慮到化工生產(chǎn)過程越來越連續(xù)化、自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)控制越來越普及，為此“仿真”訓(xùn)練將是一種非常好的方式。

仿真訓(xùn)練的特點(diǎn)

化工仿真技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工具，用實(shí)時(shí)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際設(shè)備、實(shí)際工廠，用鍵盤、鼠標(biāo)模仿實(shí)際操作，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、化工專業(yè)技術(shù)于一體的一門技術(shù)，可再現(xiàn)一個(gè)化工生產(chǎn)過程，可模擬生產(chǎn)中流量、溫度、壓力、液位、組成等數(shù)據(jù)的生成或變化，可人為地模擬生產(chǎn)事故或故障，可使學(xué)生得到非常逼真的操作環(huán)境，可安全地糾正學(xué)生的錯(cuò)誤，提高學(xué)生的安全意識(shí)，可針對(duì)實(shí)際情況引導(dǎo)學(xué)生思考、分析及解決問題等。仿真技術(shù)的發(fā)展為高職實(shí)踐教學(xué)提供了廣闊的空間。

仿真訓(xùn)練的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）利用學(xué)生愛玩電腦的特點(diǎn)，在電腦上進(jìn)行模擬訓(xùn)練，在電腦上實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，所以，仿真訓(xùn)練具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。而且，人機(jī)界面友好、絕對(duì)一視同仁，具有較強(qiáng)的親和力和交互功能，能吸引學(xué)生注意力和發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性，從而有利于提高學(xué)生實(shí)習(xí)效果。（2）仿真軟件移植性強(qiáng)、擴(kuò)展性好，易進(jìn)行升級(jí)和完善。仿真軟件中內(nèi)容可及時(shí)更新，能做到與專業(yè)技術(shù)實(shí)際發(fā)展同步。（3）仿真軟件中具有工況凍結(jié)、參數(shù)設(shè)定、時(shí)標(biāo)設(shè)定、成績(jī)?cè)u(píng)定、趨勢(shì)記錄、報(bào)警記錄、儲(chǔ)存加載等技術(shù)，這樣，便于教師采取靈活的教學(xué)方法和不同的測(cè)評(píng)方式訓(xùn)練和考核學(xué)生。這是在實(shí)操中難于做到的。（4）仿真軟件中可設(shè)定各種故障、極限運(yùn)行狀態(tài)等，以鍛煉學(xué)生處理復(fù)雜問題的能力和識(shí)別事故、排除事故、解決事故的能力。這也是在實(shí)操中難于做到的。（5）利用軟件技術(shù)可反復(fù)進(jìn)行開車、停車訓(xùn)練，可觀察和解讀生產(chǎn)過程中發(fā)生的一些變化，能強(qiáng)化知識(shí)的理解和彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，能形象生動(dòng)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理、工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)等。若發(fā)現(xiàn)自己對(duì)某一操作步驟難于掌握時(shí)，可利用軟件的“快門記錄”和“重演記錄”功能，反復(fù)對(duì)這一步驟進(jìn)行練習(xí)，直到掌握為止；而每次操作不必將全過程重做一遍，節(jié)省了時(shí)間、提高了效率。這更是在實(shí)操中難以做到的。（6）在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行化工生產(chǎn)虛擬操作安全性強(qiáng)，不會(huì)造成人身危害、設(shè)備破壞、環(huán)境污染等，不用擔(dān)心學(xué)生操作失誤所造成的影響；仿真軟件又能真實(shí)模仿生產(chǎn)操作，而且還可模擬生產(chǎn)事故進(jìn)行反面教育。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目不受操作難度、危險(xiǎn)程度、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、投資費(fèi)用、成本消耗等影響。（7）可節(jié)省開支，如節(jié)省設(shè)備運(yùn)行費(fèi)、物料能量消耗費(fèi)、學(xué)生下廠經(jīng)費(fèi)等；運(yùn)行成本低廉，實(shí)訓(xùn)時(shí)間易于控制，設(shè)備易于維修，內(nèi)容易于擴(kuò)充等。

所以，仿真訓(xùn)練對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)很有效，對(duì)提高學(xué)生實(shí)踐技能和職業(yè)素養(yǎng)很有用，就像飛行員的訓(xùn)練并非總是在空中實(shí)練一樣，仿真訓(xùn)練已成為一種國(guó)際公認(rèn)的高效的現(xiàn)代化教學(xué)手段。在已開展的多屆“全國(guó)石油和化工院校學(xué)生化工總控工技能大賽”中，其中有一項(xiàng)重要的比賽項(xiàng)目就是“化工仿真操作”。仿真訓(xùn)練已成為化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的極其重要方式。

但是，“仿真”畢竟是仿真，其所起的作用有限，本身也存在著一些局限性：缺乏現(xiàn)場(chǎng)感，無法產(chǎn)生真實(shí)的臨境感受；模型精度不高，仿真技術(shù)有待進(jìn)一步提高；訓(xùn)練時(shí)，學(xué)生機(jī)械地點(diǎn)擊或敲擊，有“玩游戲”之嫌。仿真操

作不能完全代替實(shí)操。

搭建仿真與實(shí)操有機(jī)結(jié)合的化工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

從以上分析可知，“實(shí)操”很重要但實(shí)施有困難，“仿真”有很多優(yōu)勢(shì)但存在局限。為此，“實(shí)操”與“仿真”有機(jī)結(jié)合，這才是方向。下面介紹在化工專業(yè)中如何搭建仿真與實(shí)操有機(jī)結(jié)合（三段式）的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。我們的做法是，將化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容（涉及仿真訓(xùn)練的內(nèi)容）劃分成三個(gè)模塊，按照每個(gè)模塊的情況采用不同的“三段式”實(shí)踐教學(xué)模式，有的先實(shí)操、然后仿真、再實(shí)操，有的先仿真、然后實(shí)操、再仿真，有的先參觀、然后仿真、再實(shí)操。在仿真中理解，在實(shí)操中鞏固，在反復(fù)訓(xùn)練中升華。通過仿真訓(xùn)練與真實(shí)操練有機(jī)結(jié)合，既充分發(fā)揮了“仿真”的優(yōu)勢(shì)，又克服了化工專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的困難；通過仿真訓(xùn)練與真實(shí)操練有機(jī)結(jié)合，既為學(xué)院節(jié)省了辦學(xué)成本，又明顯提升了學(xué)生職業(yè)能力訓(xùn)練的有效性。

化工原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K：采用“實(shí)操+仿真+實(shí)操”三段式這一模塊具體內(nèi)容主要有：流體阻力系數(shù)測(cè)定、離心泵特性曲線測(cè)定、流量計(jì)的認(rèn)識(shí)和校核、傳熱實(shí)驗(yàn)（水—蒸汽）、精餾實(shí)驗(yàn)（乙醇—水）、吸收實(shí)驗(yàn)（氨—水）、干燥實(shí)驗(yàn)、過濾實(shí)驗(yàn)等八個(gè)方面。這一模塊實(shí)驗(yàn)設(shè)備較簡(jiǎn)單，搬運(yùn)和安裝也較方便，技術(shù)成熟、裝置成套，為此，我們建有“化工原理實(shí)訓(xùn)室”，其設(shè)備先進(jìn)、裝置齊全?；ぴ韺?shí)驗(yàn)也是化工專業(yè)最為重要的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，其中包含的實(shí)踐技能是化工專業(yè)學(xué)生必須掌握的最基本技能，這一模塊也是其他兩個(gè)模塊的基礎(chǔ)。為此，這一模塊的訓(xùn)練非常強(qiáng)調(diào)“實(shí)操”，而且有條件讓學(xué)生進(jìn)行“實(shí)操”，所以采用“實(shí)操+仿真+實(shí)操”三段式訓(xùn)練模式。第一階段的“實(shí)操”是指《化工原理》課程開設(shè)時(shí)摻入理論課教學(xué)中所做的實(shí)驗(yàn)，是為理解每一個(gè)化工單元操作的基本概念、原理等而開展的。第二階段是“仿真”，使用專門的化工單元操作仿真軟件，在電腦上進(jìn)行訓(xùn)練。仿真訓(xùn)練不受條件、成本、安全等限制，可反復(fù)訓(xùn)練，可重復(fù)訓(xùn)練，能更快地實(shí)現(xiàn)由初學(xué)者向熟練者過渡，并且易于實(shí)現(xiàn)等級(jí)篩選、過關(guān)考核，對(duì)合格者才可進(jìn)行后面的操作。要?jiǎng)邮窒冗^仿真關(guān)，使后面的實(shí)操更安全、更有效、更快捷。第三階段就是為期兩周的“化工單元操作”實(shí)訓(xùn)，是真刀真槍的訓(xùn)練，全面地、系統(tǒng)地掌握化工單元操作技能，為學(xué)生樹立“系統(tǒng)工程”觀念，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)處理能力和事故突發(fā)應(yīng)急能力等。

化工設(shè)備單元訓(xùn)練模塊：采用“仿真+實(shí)操+仿真”三段式這一模塊具體內(nèi)容主要有：離心泵單元、壓縮機(jī)單元、液體控制系統(tǒng)、管式加熱爐單元、換熱器單元、間歇反應(yīng)釜單元、固定床反應(yīng)器單元、流化床反應(yīng)器單元等八個(gè)方面，總共實(shí)訓(xùn)時(shí)間為4周。這一模塊以熟悉常見的化工生產(chǎn)設(shè)備為主，要求學(xué)生掌握這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、性能以及使用等；而這些設(shè)備種類多、用途廣，在化工生產(chǎn)裝置中與其他設(shè)備構(gòu)成有機(jī)整體，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目的。我們采取的辦法是“工藝在仿真上練、設(shè)備在實(shí)物上看”，以仿真訓(xùn)練為主，以仿真開始、以仿真結(jié)束，中間通過觀看具體實(shí)物加以感悟。比如，在實(shí)訓(xùn)室擺放的各種各樣離心泵、壓縮機(jī)、流量計(jì)、換熱器和反應(yīng)器等，以供第二階段“實(shí)操”時(shí)觀看，起到“眼見為實(shí)”的效果。在仿真訓(xùn)練之后，看看其中涉及的一些實(shí)物，熟悉“實(shí)物”后再回到仿真軟件上“應(yīng)用”。這樣，這一塊就不要過多投入資金，且實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地也易于建設(shè)。在仿真上練“工藝”，在實(shí)物上識(shí)“設(shè)備”，懂“工藝”知“設(shè)備”以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。通過仿真訓(xùn)練，可強(qiáng)化學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)與探索性學(xué)習(xí)。學(xué)生在仿真過程中可深刻體驗(yàn)所學(xué)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能、作用等，以達(dá)到對(duì)所學(xué)設(shè)備的駕馭和掌握，達(dá)到對(duì)常見化工設(shè)備胸有成竹的熟悉程度和舉一反三的作用，以提升學(xué)生以后學(xué)習(xí)和就業(yè)的自信度。這種自我信念和技能，能夠形成強(qiáng)大的沖擊波，促進(jìn)與推動(dòng)學(xué)生在專業(yè)技能方面的提高。

大型化工流程訓(xùn)練模塊：采用“參觀+仿真+實(shí)操”三段式這一模塊屬于專業(yè)綜合性實(shí)習(xí)，難度大、要求高，時(shí)間為8周。針對(duì)這一部分，除少數(shù)學(xué)校在校內(nèi)建有大型化工生產(chǎn)訓(xùn)練裝置外，多數(shù)學(xué)校只能充分發(fā)揮校外實(shí)習(xí)基地的作用和校內(nèi)仿真的功能。首先從下廠參觀開始，從感性認(rèn)識(shí)起步，之后再仿真和實(shí)操。通過認(rèn)知鍛煉，減少知識(shí)與技能向?qū)W生傳遞的阻力，啟動(dòng)學(xué)生的心智，打開學(xué)生學(xué)習(xí)之門。通過下廠認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，可以了解各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、空間幾何形狀，了解工藝過程組成、控制系統(tǒng)組成，了解管道走向、閥門位置，了解化工生產(chǎn)一些專業(yè)術(shù)語如盤車、連鎖等，使學(xué)生建立一個(gè)完整、真實(shí)的化工生產(chǎn)過程概念。又因之后要仿真，下廠實(shí)習(xí)時(shí)學(xué)生會(huì)有壓力、會(huì)更認(rèn)真，雖是“走馬觀花”，但要“觀”細(xì)“觀”清，做到“有的放矢”。這就是第一階段“參觀”所應(yīng)達(dá)到的目的。第二階段仿真的內(nèi)容主要有：30萬噸合成氨工藝仿真、6萬噸乙醛氧化制醋酸工藝仿真、均苯四甲酸二酐工藝仿真和青霉素發(fā)酵工藝仿真等，所以，前期參觀的校外工廠主要是省內(nèi)知名的化肥廠、精細(xì)化工廠和制藥廠等。第三階段的“實(shí)操”執(zhí)行有一定難度，因?yàn)檫@一部分的實(shí)訓(xùn)條件多數(shù)學(xué)校均較缺乏。解決的辦法：一是與前期參觀過的校外工廠協(xié)商，要求允許學(xué)生再次前往以能實(shí)打?qū)嵉亍皩?shí)操”，因?yàn)樗麄兺ㄟ^“參觀”和“仿真”兩關(guān)，已具備“實(shí)操”的能力和水平。二是在頂崗實(shí)習(xí)時(shí)進(jìn)行“實(shí)操”。若是能在校內(nèi)建有相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)裝置，則最為理想。比如，南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院自籌資金一千多萬元建設(shè)了自己的化工綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，能夠進(jìn)行真實(shí)產(chǎn)品的生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中包含氧化、水解、吸收、結(jié)晶、干燥等多個(gè)典型化工單元操作，安全性較高，可供學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)。又如，常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建有年產(chǎn)1000噸聚酯切片的生產(chǎn)(冷模)實(shí)訓(xùn)中心，能同時(shí)滿足幾十名學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)訓(xùn)練。在校內(nèi)建設(shè)大型化工生產(chǎn)裝置，既能滿足學(xué)生實(shí)訓(xùn)，又能生產(chǎn)真正的產(chǎn)品，這正得到越來越多的學(xué)校和有關(guān)企業(yè)的關(guān)注。

通過探索和實(shí)踐，我們?cè)诨I(yè)的實(shí)踐教學(xué)中有效地、有機(jī)地將“實(shí)操”與“仿真”結(jié)合，針對(duì)具體情況構(gòu)建了三種“三段式”訓(xùn)練模式，為化工專業(yè)搭建了非常好的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。我們既重視“仿真”，又強(qiáng)調(diào)“實(shí)操”，并處理好“仿真”與“實(shí)操”之間的關(guān)系，實(shí)施效果明顯。

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作者簡(jiǎn)介：

胡孝貴（1970—），男，江西興國(guó)人，江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系副主任，副教授，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)應(yīng)用技術(shù)、高職教育。