孟江 黃茜 龍學(xué)淵 楊浩瓏

摘要：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題方面有極大的優(yōu)勢(shì)。文章根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的特點(diǎn)，結(jié)合真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)置不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)、啟發(fā)式和討論式、目標(biāo)驅(qū)動(dòng)等教學(xué)等方法，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，有效地提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。但在實(shí)踐過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，需要從師資隊(duì)伍、資源共享和運(yùn)行管理等方面加強(qiáng)建設(shè)，以進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法，切實(shí)提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人才培養(yǎng)中的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué);工程能力;油氣儲(chǔ)運(yùn)工程

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）12-0222-02

未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要更多實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1]。因此，需要?jiǎng)?chuàng)建貼近實(shí)際的模型、虛擬仿真實(shí)踐環(huán)境，營(yíng)造實(shí)驗(yàn)教學(xué)的工程背景，將日趨復(fù)雜的工程實(shí)景更緊密地嵌入工程教育過(guò)程中[2]，注重學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，突出工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[3]。

一、實(shí)踐探索

（一）開(kāi)發(fā)了層次遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的強(qiáng)大功能，按照“工程認(rèn)知實(shí)驗(yàn)”“簡(jiǎn)單虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“簡(jiǎn)單仿真實(shí)驗(yàn)”“復(fù)雜虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”四個(gè)層次設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由淺入深，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

1.工程認(rèn)知實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。利用離線基礎(chǔ)訓(xùn)練系統(tǒng)中的工藝流程、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理等的展示和講解，學(xué)生可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，為下一步虛擬仿真簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練打基礎(chǔ)。

2.簡(jiǎn)單虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。利用離線虛擬仿真系統(tǒng)，在虛擬工藝流程條件下，利用三維互交場(chǎng)景，對(duì)工藝流程中的設(shè)備、閥門、儀表等進(jìn)行單獨(dú)操作訓(xùn)練，操作過(guò)程完全模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。學(xué)生學(xué)習(xí)工藝流程切換的程序，掌握設(shè)備操作規(guī)范，提高工程意識(shí)。

3.簡(jiǎn)單仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，依托學(xué)校建設(shè)的、來(lái)源于油氣生產(chǎn)真實(shí)工程實(shí)際的仿真實(shí)訓(xùn)基地，進(jìn)行實(shí)際操作項(xiàng)目訓(xùn)練，讓學(xué)生在更接近于真實(shí)工程環(huán)境下進(jìn)行訓(xùn)練。通過(guò)真實(shí)的實(shí)體操作項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)備操作步驟，規(guī)范操作，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程和安全意識(shí)。

4.復(fù)雜虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。利用離線系統(tǒng)提供的故障實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在三維虛擬工藝場(chǎng)景中，通過(guò)提示完成故障的判斷和處理。學(xué)生可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)故障出現(xiàn)后工藝流程系統(tǒng)參數(shù)的變化趨勢(shì)，掌握故障判斷和處理方法，學(xué)會(huì)故障處理的程序。

（二）改革了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

1.學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的離線部分，進(jìn)入三維場(chǎng)景，點(diǎn)擊虛擬工藝流程，根據(jù)提示進(jìn)行自主操作。利用對(duì)接行業(yè)職業(yè)技能考核標(biāo)準(zhǔn)的考核系統(tǒng)[4]，學(xué)生自己檢驗(yàn)操作的規(guī)范性和掌握的熟練程度，根據(jù)自己的掌握情況，確定訓(xùn)練次數(shù)。教師一般情況下不干涉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

2.教師引導(dǎo)，提高學(xué)生的自主性。教師針對(duì)油氣集輸或天然氣輸送工藝中某一單元設(shè)置簡(jiǎn)單故障（引起故障的原因單一）。關(guān)閉操作提示，學(xué)生通過(guò)運(yùn)行參數(shù)變化，分析引起故障的原因，針對(duì)原因制定出處理措施，并驗(yàn)證措施的正確性或可行性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師只是對(duì)學(xué)生進(jìn)行提醒和點(diǎn)撥，以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

3.虛實(shí)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。在虛擬學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合石油與天然氣實(shí)訓(xùn)基地油氣集輸和天然氣輸送模塊，開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，做到能實(shí)不虛，既保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性，又實(shí)實(shí)在在地提高了操作能力。

4.采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。在教學(xué)過(guò)程中，教師對(duì)工藝流程系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，只是提醒學(xué)生目前系統(tǒng)參數(shù)異常，要求學(xué)生通過(guò)正確的調(diào)節(jié)使工況恢復(fù)正常。學(xué)生首先要判斷工況到底發(fā)生了哪種變化，然后分析其原因，找出需要采用什么樣的調(diào)節(jié)方法，如此才能使運(yùn)行工況恢復(fù)正常。

（三）學(xué)生綜合實(shí)踐能力有了明顯提高

通過(guò)不同層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置和教學(xué)方式的改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，逐步實(shí)現(xiàn)了工程背景下復(fù)雜工程項(xiàng)目的訓(xùn)練。學(xué)生逐步掌握了工程背景下設(shè)備、設(shè)施的操作和工況調(diào)節(jié)時(shí)的要求以及故障發(fā)生的原因和排除方法，學(xué)會(huì)了在進(jìn)行操作時(shí)應(yīng)考慮哪些主要因素，進(jìn)一步提高了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

二、進(jìn)一步改進(jìn)措施

雖然通過(guò)不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置和教學(xué)方法改革，較大幅度地提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。但從目前的教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在師資、教學(xué)資源共享、運(yùn)行管理等方面存在問(wèn)題，制約了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的進(jìn)一步達(dá)成。

（一）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教師工程經(jīng)歷與學(xué)生的工程能力培養(yǎng)密切相關(guān)[5]。因此，需要進(jìn)一步推行教師工程實(shí)踐鍛煉計(jì)劃，增強(qiáng)教師的現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)。每年利用假期，選派教師到企業(yè)鍛煉，學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)和管理模式，了解企業(yè)當(dāng)前對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)人才能力的需求。通過(guò)企業(yè)工程鍛煉，增加師資隊(duì)伍的工程背景，能夠使教師把工程經(jīng)驗(yàn)更好地貫穿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

（二）加強(qiáng)現(xiàn)有資源的共享

所建的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，有比較強(qiáng)大的離線自學(xué)功能，有大量的油氣儲(chǔ)運(yùn)方面的主要設(shè)備、閥門和主要工藝流程三維動(dòng)畫，但是目前沒(méi)有得到充分應(yīng)用。因此，應(yīng)該積極與開(kāi)發(fā)商溝通，改進(jìn)操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)中的離線部分通過(guò)校園網(wǎng)與學(xué)?，F(xiàn)有教學(xué)資源形成共享，給學(xué)生提供更多的自主學(xué)習(xí)平臺(tái)。目前的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)還缺乏燃?xì)?、油氣?chǔ)存等方面的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

（三）實(shí)驗(yàn)開(kāi)放升級(jí)

教學(xué)方式的變化，必然會(huì)引起實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理方式的改變。因此，從管理制度入手，簡(jiǎn)化學(xué)生申請(qǐng)開(kāi)放虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的手續(xù)，給予指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)員一定的工作量，提高學(xué)生和教師的積極性，開(kāi)發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目用于開(kāi)放，提高實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的利用率。

三、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、工程能力和解決工程復(fù)雜問(wèn)題的手段之一，目前仍然處于不斷探索和完善的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，需要根據(jù)工程教育的新要求更新觀念，完善教學(xué)方法，加強(qiáng)師資隊(duì)伍工程能力建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源共享。

參考文獻(xiàn)：

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