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        基于虛擬仿真和項目教學的化工工藝學教學實踐改革

        2019-02-16 12:38:10
        山東化工 2019年2期
        關鍵詞:工藝學工藝流程化工

        ,

        (三峽大學 材料與化工學院,湖北 宜昌 443002)

        根據《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》以及《教育部關于中央部門所屬高校深化教育教學改革指導意見》,對于課程教學應強化實踐育人環(huán)節(jié),加強實驗室、實習實訓基地、實踐教學共享平臺建設,重點建設一批國家級實驗教學示范中心、國家大學生校外實踐教學基地。同時,在加強綜合實訓中心建設基礎上,兼顧基礎教學與前沿課題引導,構建功能多樣化、前沿化、資源共享、充分開放的專業(yè)類或跨專業(yè)類的實驗教學平臺,全面推進信息化實踐教學平臺建設,充分利用信息技術實現(xiàn)各學科實驗教學資源的開放共享?;すに噷W,內容涉及廣,許多都是沒法在真正的實踐課程中實現(xiàn)的。因此,針對化工工藝學課程教學存在的問題,結合當代大學生學習特點,依托現(xiàn)代信息技術和先進教學方法,設計實踐教學改革的有效途徑。在實際教學過程中通過虛擬仿真和項目教學對教學效果進行探索。期望通過此方法,充分吸收課程知識,充分發(fā)揮學生的能動性,提高動手實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。

        1 虛擬仿真教學

        根據近年來高等工程教育改革的要求,依托于高速發(fā)展的信息技術和虛擬仿真技術,在涉及高危和極端環(huán)境、高成本、高消耗的工藝流程教學過程中,從單一的課堂教學,利用虛擬仿真部分替代實踐教學。提供可靠、安全和經濟的實驗項目。對于化工學院,虛擬仿真實驗教學是將會成為實驗教學不可或缺的重要組成部分,承擔輔助教學的任務,致力于解決“做不到”“做不好”“做不了”等日常實驗教學中的難點、痛點問題[1-2]。

        虛擬仿真在傳統(tǒng)平面仿真的基礎上引入三維圖形、多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術,使得仿真界面、仿真內容更加立體生動,達到身臨其境的效果是一種近年來被提倡推廣的教學模式,至今已推廣至VR技術,可以在計算機的幫助下,設置教學場景,對高危工藝進行手動操作,具有情境性強、內容豐富等優(yōu)勢。以“尿素工廠仿真生產實訓”為例,實際工藝流程基本包括7個工藝單元,原料二氧化碳、氨的壓縮,尿素的高壓合成,含尿素溶液的分離過程,未反應氨和二氧化碳的循環(huán)回收,尿素溶液的濃縮,造粒與產品輸送,工藝冷凝液處理。實踐教學是不可能實現(xiàn)的。借助仿真軟件,通過DCS控制系統(tǒng),在計算機界面構建與生產實際高度相似的仿真模型,同時縮小設備體積,搭建仿真設備模型,完全模擬工廠的遠程操控模型。設置多種實訓操作項目,如裝置開車、裝置正常停工、緊急停車、事故處理、現(xiàn)場巡查等項目,學生根據不同的操作項目,可以直面實物現(xiàn)場,對工廠布置有直觀的認識、對現(xiàn)場儀表、設備進行了解。同時通過現(xiàn)場和計算機界面調控結合,了解自動化控制系統(tǒng),以及相關參數整定的方法。此種教學模式的改革,豐富了課外實踐學習方式,整合實踐教學平臺和資源條件,推動實踐教學模式的轉變,提升實踐教學質量。同時,互聯(lián)網技術的發(fā)展為學生全天候接收信息提供了條件,使虛擬實驗教學能夠在全天候、全空間的范圍內實現(xiàn)??梢越鉀Q實踐教學不能解決的實驗問題,實現(xiàn)實驗和虛擬仿真教學的虛實結合,相互補充,能實不虛,以促進大學生的全面發(fā)展和適應社會需要為宗旨,以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為核心,提高高等教育人才培養(yǎng)質量。

        2 項目教學

        以提高學生的工程勝任能力為目標,開展化工工藝學的課堂教學改革。化工工藝學基于化工原理、化工熱力學、化學反應工程、傳遞、分離、制圖、軟件模擬、機械、儀表自控、安全等等,進行化工過程分析與合成、化工設計,是以前所學知識的集成,教學中應注重融匯貫通,對化工專業(yè)的發(fā)展起到承上啟下的作用。工藝學設計內容廣泛,如原料資源,化工過程的物料衡算和熱量衡算,化工過程的基礎知識等等,因為課時有限,應對課堂內容和課后內容做好選擇。部分教學內容采用教師教課形式,部分內容采用項目教學形式[3-4]。

        傳統(tǒng)化工工藝學為課堂理論教學模式,以當今化工行業(yè),無機化工、有機化工、石油煉制、煤化工等典型產品生產工藝為線,以合成器制備工藝和甲醇的生產工藝為主線,建立了有機化工-煤化工的橋梁,并注重環(huán)保、清潔和可持續(xù)發(fā)展的理念。各產品均從原料處理、反應、分離等多方面對工藝流程進行優(yōu)化。為了提高教學質量,本論文從項目教學出發(fā),教學過程中,注重過程工程和產品工程的科學及應用技術,同時注重于其他過程相關課程緊密結合。結合工業(yè)案例,要求學生從需求分析、方案海選、科學選擇和生產過程設計四個方面對產品生產工藝進行設計。首先對教師給定題目,分組并收集相關資料;一定時間后,各小組匯報自己的實習方案,任課教師、邀請工廠相關工段工程師及其他同學對其方案進行評價和分析,對存在問題提出意見和建議;根據研究方案,進行物料衡算、能量衡算、經濟分析,并得出工藝流程圖;在工藝流程基礎上,設計帶控制點的工藝流程圖;最后進行學術自評、小組互評、教師評價,并進行相互交流。

        3 結語

        本論文結合高校信息化建設和實踐教學的需要,開展建設工作,從虛擬仿真和項目教學兩個方面推動化工工藝學教學,實現(xiàn)知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展、理論、實踐、創(chuàng)新全面提高。

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