侯珂珂

（許昌學院化學化工學院，河南許昌461000）

1 引言

實踐教學是鞏固和加深對理論知識認識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質工程技術人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯系實際、培養(yǎng)學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。對于以培養(yǎng)高層次應用型人才為宗旨的應用型本科院校來說，實踐教學環(huán)節(jié)尤為重要，但在實踐教學過程中，由于受到實驗實訓條件、安全等方面的因素制約，實踐教學環(huán)節(jié)的教學過程和效果還不盡如人意[1-3]。為了適應二十一世紀社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，加強實踐環(huán)節(jié)，改革實踐教學方式方法，國家教育部高教司于2013年下文在全國構建國家級的虛擬實驗教學中心，建設一批具有示范、引領作用的虛擬仿真實驗教學中心，持續(xù)推進實驗教學信息化建設，推動高等學校實驗教學改革與創(chuàng)新[4]。因此，開展虛擬仿真在化學化工類專業(yè)實踐教學中的應用探索具有重要的意義。

2 高校化學化工類專業(yè)實踐教學現狀

由于化工過程的復雜性，化工類實訓實踐教學的開展面臨著重重困難，究其原因主要是校內實踐基地建設面臨很多問題：①化工生產裝置復雜龐大，購置具備完整功能的試驗設備需要投入的資金較多，硬件、維修場地的要求較高；②化工操作條件苛刻，如高溫、高壓等，操作危險性較高；③生產中所涉及的原料通常是易燃、易爆、有毒的化學試劑，對操作環(huán)境及周圍環(huán)境影響較大。

而學生校外企業(yè)實踐也存在一些問題。由于化工企業(yè)的生產過程具有復雜性和一定的危險性，在實習期間，一般不允許學生動手操作；開車、停車操作不會由于學生的訓練而隨意進行；工廠是以完成生產任務、獲得經濟效益和保證安全為目的，不會因學生的介入而調整生產工藝條件。此外，化工設備自動化程度高，很多生產過程看不見、摸不著，實習效果差，致使單純的校外企業(yè)實踐很難達到預期的效果。

3 虛擬仿真實驗概述

虛擬仿真實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實等技術在計算機上建立部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環(huán)節(jié)的相關軟硬件操作環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預定的實驗項目，所取得的學習或訓練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果[5]。

虛擬仿真實驗由于形象逼真，給枯燥的實驗教學帶來了生機，使學生的學習資源更加豐富，學習形式更加多樣化，現已成為教育領域的研究熱點[6]。

3.1 虛擬仿真實驗的特點

虛擬仿真實驗有如下幾個特點[5-8]：

（1）使學生學習更具沉浸性。虛擬仿真平臺可模擬生產中流量、溫度、壓力、液位、組成等數據的生成或變化，使學生得到非常逼真的操作環(huán)境，在近似真實的實驗環(huán)境中去認識，操作其中的虛擬設備，體驗實驗的真實過程。

（2）交互性。仿真軟件具有較強交互性，提供快門設定、工況凍結、成績評定、事故設置、報警記錄等各項功能，在虛擬實驗中學生可以利用鼠標、鍵盤或其它物理設備操作虛擬設備，而虛擬設備同樣會像現實中一樣表現出其實驗現象，使學生體驗到身臨其境的感覺。

（3）開放性。由于互聯網技術的發(fā)展，虛擬仿真實驗可以以WEB的方式發(fā)布到網絡上，學生可以通過網絡化平臺完成，不受時間、空間的制約，在寢室、校園內或家中隨時、隨地通過用戶名和密碼登錄系統進入虛擬實驗室完成實驗項目。

（4）擴展性?？梢詫μ摂M設備進行靈活配置和組合，而且相關軟件升級和更新方便，學生能夠對虛擬設備進行二次開發(fā)。

3.2 虛擬仿真實驗的局限性

“仿真”畢竟是虛擬的，因而存在一些局限性。目前化工仿真軟件操作界面通常為二維平面，并非3D仿真，缺乏立體感，無法產生真實的臨境感受；仿真訓練時，學生按照操作規(guī)程機械地點擊按鈕，并不能像真實訓練中真正的用手去抓，去連接，去傾倒。虛擬仿真實驗只能完成逼真的演示效果，對學生動手操作能力的培養(yǎng)欠缺，所以仿真操作不能完全代替實際操作。

4 虛擬仿真在實踐教學中的應用

鑒于虛擬仿真實驗的特點及其局限性，通過對近年來本科院?；ゎ悓嵺`教學現狀分析及我校的實際情況，我們構建了虛擬仿真與真實訓練相結合、校內實訓與校外企業(yè)實訓基地相結合的化工類專業(yè)實訓實踐教學模式，上述方式有機結合，相互促進，共同強化提高學生的實踐能力及綜合素質的培養(yǎng)。

目前我院利用400萬元資金建設了化工虛擬仿真實訓中心、校內化工類工程實訓基地，把學院實踐教學平臺提升到了一個新的高度。校內化工類工程實訓基地以實際化工生產工藝為模板，百余件工業(yè)生產設備為基礎，結合自動控制技術，把生產自動控制技術與虛擬仿真技術有機地結合起來。

上述實訓實踐教學平臺建設完成后，已用于2011級化學工程與工藝專業(yè)三個班77人的化工生產實訓及虛擬仿真實訓實踐課程教學，取得了較好的教學效果：①增加了學生的學習興趣：虛擬仿真教學系統采用二維可視動畫技術展現了設備、儀表、化工單元過程的內部結構與狀態(tài)，形象直觀，使學生的學習積極性大大提高；②提升了學生的職業(yè)技能：上述實踐教學模式彌補了企業(yè)實習只能看不能動，不能參與生產與管理的弊端，真正實現了從操作到管理系統工程的訓練。

上述虛實結合實踐教學平臺應用后，我們對77名學生進行調查顯示，幾乎一致認為該實踐教學平臺能顯著提高動手實踐能力及其職業(yè)素養(yǎng)。

5 結論

虛擬仿真實驗與真實實訓相結合的實踐教學模式在化學化工類實踐教學中取得了很好的教學效果，能較好地彌補以往實踐教學模式的不足，明顯增強學生實踐能力的培養(yǎng)，不僅解決了實訓中學生動手操作機會少、不能隨意開停車及事故處理操作等問題，而且促使學生更系統全面地掌握專業(yè)知識，從而更好地培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力。

[1]胡劍慧.應用型本科院校實訓中心的問題及其對策研究[D].上海：華東師范大學，2007.

[2]盧琴芳，嚴平，湯明.地方高?；I(yè)“四位一體”實踐教學模式的探索[J].化學教育，2014（2）：15-17.

[3]鐘宏，韓響鈴，劉有才，等.礦業(yè)工程化學虛擬仿真實驗教學中心“四位一體”建設模式的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2014，31（9）：10-14.

[4]中華人民共和國教育部高等教育司.關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[EB/OL].教高司函[2013]94號，2013-08-13.

[5]吳新華，萬強.虛擬實驗在高校教學中的應用[J].萍鄉(xiāng)高等專科學校學報，2013，30（6）：91-94.

[6]徐嵐.虛擬仿真實驗在計算機專業(yè)實驗教學中的應用探索與研究[J].牡丹江教育學院學報，2013，142（6）：150-152.

[7]胡征.高校虛擬仿真實驗教學模式的研究[J].高校論壇，2014（13）：184-185.

[8]周燕.虛擬仿真技術在大學物理實驗教學中的應用[J].合肥工業(yè)大學學報（社會科學版），2008，22（5）：106-109.□