傅華　陳曉霞

摘 要：由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人們對(duì)教育的重視程度提高，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。在化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以使教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)有趣，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及實(shí)踐能力方面具有十分重要的作用。因此，首先介紹了虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用背景，其次分析了在化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的意義，再次闡述了虛擬仿真技術(shù)在化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的問(wèn)題，最后全面分析了虛擬仿真技術(shù)在不同化工專業(yè)實(shí)踐課程中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；化工專業(yè)；實(shí)踐教學(xué)

職業(yè)院?；I(yè)許多專業(yè)課程的實(shí)踐性與應(yīng)用性非常強(qiáng)，因此，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力至關(guān)重要。但是，目前化工專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)還存在許多問(wèn)題，比如部分實(shí)驗(yàn)因存在安全風(fēng)險(xiǎn)或能源消耗過(guò)多等問(wèn)題而難以進(jìn)行；由于一些化工企業(yè)禁止化工專業(yè)的實(shí)習(xí)生動(dòng)手操作，學(xué)生的實(shí)習(xí)效果不佳；企業(yè)因?qū)嵺`資源不足而不接收化工專業(yè)的實(shí)習(xí)生，導(dǎo)致化工專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)大大減少，實(shí)踐教學(xué)起不到實(shí)際效用。在教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)模擬真實(shí)的實(shí)踐過(guò)程，可以在避免部分安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

1?虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用背景

我國(guó)高度重視職業(yè)技術(shù)教育，尤其是對(duì)一些應(yīng)用型學(xué)科，鼓勵(lì)職業(yè)院校培養(yǎng)更多社會(huì)以及化工企業(yè)需要的應(yīng)用型人才，順應(yīng)職業(yè)教育信息化時(shí)代的潮流，鼓勵(lì)使用虛擬仿真技術(shù)等現(xiàn)代教育技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立操作能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。在化工專業(yè)課程中，實(shí)踐操作類課程必不可少，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)對(duì)化工專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)具有明顯的效果，借助虛擬仿真技術(shù)模擬實(shí)際操作過(guò)程能讓學(xué)生身臨其境，幫助學(xué)生更快適應(yīng)化工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境。

2?在化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的重要意義

虛擬仿真技術(shù)就是通過(guò)一些技術(shù)手段對(duì)另一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行模仿，即在現(xiàn)實(shí)生活中通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體驗(yàn)虛擬世界。虛擬仿真可以模仿人們已知或未知的世界，使用者可以憑借各種感官感知虛擬世界。在化工實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)、創(chuàng)建虛擬仿真訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室，可以讓學(xué)生更加直觀地看到清晰的化學(xué)操作過(guò)程，教師也可以利用這種靈活、先進(jìn)的教學(xué)方法將學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力轉(zhuǎn)移到課堂中，并且提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)與工程思維。給予學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)，可以讓學(xué)生更加了解和熟悉化工行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，將知識(shí)變得更加具體形象，方便學(xué)生記憶，這對(duì)實(shí)踐教學(xué)具有重要意義[1]。

2.1? 提供個(gè)性化實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力

在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一就是教師可以采用個(gè)性化的教學(xué)方案、學(xué)生可以定制更有興趣的實(shí)驗(yàn)方案，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的學(xué)習(xí)功能，讓學(xué)生真正掌握實(shí)驗(yàn)技能。另外，互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展也進(jìn)一步加快了虛擬仿真技術(shù)在化工實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用步伐，使虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用不再受空間和時(shí)間的限制，這不僅在一定程度上提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)研究效率，還提高了教師實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，讓每個(gè)學(xué)生都能做自己感興趣并且對(duì)自己有幫助的實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生帶來(lái)良好的實(shí)踐體驗(yàn)，讓學(xué)生在親自動(dòng)手操作的過(guò)程中提高自己的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.2? 突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的限制，實(shí)現(xiàn)綠色教學(xué)

虛擬仿真技術(shù)在化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用可以幫助教師和學(xué)生突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的限制，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)綠色教學(xué)。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師往往會(huì)用到很多大型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。例如在進(jìn)行藥物分析實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)用到高效液相色譜儀、核磁共振分析儀、質(zhì)譜儀、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等。由于這些大型儀器非常昂貴且實(shí)驗(yàn)運(yùn)行成本也非常高，不能使每個(gè)學(xué)生都有操作機(jī)會(huì)。另外，在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中常常會(huì)用到一些有毒或有害化學(xué)試劑，稍有不慎就會(huì)對(duì)學(xué)生造成危害；實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的垃圾處理成本也非常高，并且會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。若在化工實(shí)踐教學(xué)中適當(dāng)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，不僅能突破時(shí)間與空間的限制，大大降低實(shí)驗(yàn)成本，還可以消除化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的安全隱患，減少對(duì)環(huán)境的污染，充分實(shí)現(xiàn)綠色教學(xué)。

2.3? 使實(shí)踐課堂充滿趣味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師通常采用現(xiàn)場(chǎng)講解化學(xué)操作實(shí)驗(yàn)過(guò)程的教學(xué)方法，學(xué)生很少有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可通過(guò)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程產(chǎn)生切身的感受，豐富動(dòng)畫和音頻效果，使學(xué)生更快樂(lè)地學(xué)習(xí)化學(xué)相關(guān)知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能，增加化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的趣味性，充分激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的求知欲以及對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的好奇心，使學(xué)生掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能[2]。

3?化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

化工專業(yè)除了要讓學(xué)生掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，還需要學(xué)生掌握一些基本的實(shí)驗(yàn)技能與操作技巧。由于化工專業(yè)課程具有非常強(qiáng)的實(shí)踐性與應(yīng)用性，其培養(yǎng)重點(diǎn)是提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，而化學(xué)實(shí)驗(yàn)架起了知識(shí)理論與實(shí)踐操作的重要橋梁。由于近年來(lái)化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，化工產(chǎn)品的種類和數(shù)量不斷增加，其中不免有反應(yīng)性和毒性較強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)，這給化工生產(chǎn)帶來(lái)了很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了更好地保障化工生產(chǎn)人員的人身安全，進(jìn)一步降低化工安全事故的發(fā)生概率，很多化工操作已經(jīng)高度自動(dòng)化，減少了很多人工操作的環(huán)節(jié)。考慮到生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，很多企業(yè)會(huì)拒絕實(shí)習(xí)生到化工現(xiàn)場(chǎng)觀摩學(xué)習(xí)，即使去了也鮮有機(jī)會(huì)動(dòng)手操作，難以提高他們的動(dòng)手操作能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。

3.1? 教師的實(shí)踐教學(xué)專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，難以滿足人才培養(yǎng)要求

在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，利用一定的現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段對(duì)推動(dòng)化工專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)有積極影響。由于教師缺乏實(shí)踐教學(xué)專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)化工行業(yè)中的技術(shù)更新與發(fā)展了解得不全面，工程技術(shù)和化工實(shí)踐能力不足，未能構(gòu)建完整的化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系、發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)的最大作用，所以培養(yǎng)的化工專業(yè)人才不符合化工類企業(yè)對(duì)人才的真正要求。由于缺乏對(duì)人才培養(yǎng)要求的把握，在實(shí)踐教學(xué)中制定的課程教學(xué)目標(biāo)會(huì)很難實(shí)現(xiàn)，不能滿足學(xué)生化工實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求。

3.2? 實(shí)驗(yàn)條件不足，存在安全風(fēng)險(xiǎn)

目前，很多工科院校的專業(yè)實(shí)踐課程仍然受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、辦學(xué)經(jīng)費(fèi)以及實(shí)驗(yàn)成本的限制。例如在實(shí)驗(yàn)室合成藥物時(shí)，學(xué)校只配備了一些簡(jiǎn)單的玻璃儀器裝置，學(xué)生只能完成條件簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，與實(shí)際的藥物生產(chǎn)有較大差距，不能滿足化工企業(yè)對(duì)應(yīng)用技術(shù)型人才的真正需求。近年來(lái)，隨著學(xué)校實(shí)驗(yàn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)成本逐漸增加，加上實(shí)驗(yàn)條件不足，在開展部分藥物實(shí)驗(yàn)時(shí)容易造成環(huán)境污染。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還有可能會(huì)用到許多易爆炸、易燃燒、腐蝕性較強(qiáng)的化學(xué)藥劑，若是使用不當(dāng)，很有可能發(fā)生爆炸等嚴(yán)重事故，威脅師生安全，也對(duì)學(xué)校造成一定的財(cái)產(chǎn)損失[3]。

3.3? 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不夠豐富，阻礙學(xué)生的全面發(fā)展

雖然化工專業(yè)課程中有相當(dāng)豐富的實(shí)踐內(nèi)容，但是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中只能學(xué)到一些簡(jiǎn)單的操作方法和技能，很難全面掌握化工生產(chǎn)過(guò)程中的知識(shí)與操作技能，全面發(fā)展受到阻礙。

4?虛擬仿真技術(shù)在不同化工專業(yè)實(shí)踐課程中的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步，很多學(xué)校和專業(yè)開始在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，特別是在實(shí)踐性和應(yīng)用性比較強(qiáng)的化工專業(yè)，對(duì)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多。由于化工專業(yè)涉及的知識(shí)比較抽象且范圍較廣，傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程比較枯燥，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中非常有必要。

4.1? 在原理教學(xué)中的應(yīng)用

在化工實(shí)踐課程中，由于涉及的裝置設(shè)備較大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、維修費(fèi)用高，不利于提升實(shí)踐教學(xué)的效果。因此，教師可以在實(shí)踐教學(xué)中利用虛擬仿真技術(shù)，參考實(shí)際化工生產(chǎn)中的設(shè)備和流程，模擬生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力等參數(shù)，為學(xué)生創(chuàng)建一個(gè)真實(shí)的化工環(huán)境，這樣不僅可以減少環(huán)境污染和原料消耗，還可以強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手操作能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力。另外，學(xué)?？梢越⒒?shí)踐教學(xué)資源庫(kù)，利用2D和3D動(dòng)畫以及仿真實(shí)訓(xùn)操作軟件等教學(xué)資源，在教學(xué)過(guò)程中生動(dòng)形象地演示反應(yīng)器的工作原理，輔助化工實(shí)踐教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)踐教學(xué)效果。教學(xué)資源庫(kù)的內(nèi)容如表1所示。

4.2? 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，充分應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)可以豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)過(guò)程中，教師要認(rèn)真篩選虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將其作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)課程的重要補(bǔ)充，最大限度地完善化工專業(yè)教學(xué)體系。比如在開展二氧化碳的吸收與解析、精餾綜合拓展實(shí)驗(yàn)以及化工流動(dòng)過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用3D虛擬仿真技術(shù)，將真實(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)作為實(shí)驗(yàn)依據(jù)，最大限度地模擬真實(shí)的設(shè)備操作過(guò)程，使最后的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)限接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此外，仿真操作更容易改變實(shí)驗(yàn)條件，獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果和驗(yàn)證課本結(jié)論的速度也更快。合理設(shè)置3D仿真實(shí)驗(yàn)可以豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力和化工理論掌握程度。

4.3? 在化工實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

由于化工專業(yè)的實(shí)踐性、操作性比較強(qiáng)，多數(shù)院校的化工專業(yè)都會(huì)安排學(xué)生進(jìn)行定期實(shí)習(xí)，一般是由本專業(yè)的教師親自帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入化工企業(yè)觀摩實(shí)習(xí)。由于化工類企業(yè)環(huán)境和設(shè)備比較復(fù)雜，實(shí)習(xí)的學(xué)生只能觀看，而不能動(dòng)手操作，只能看到化工設(shè)備以及操作的表象，不能真正理解其運(yùn)行的實(shí)質(zhì)。在學(xué)生的實(shí)習(xí)過(guò)程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以最大限度地避免學(xué)生實(shí)踐操作機(jī)會(huì)少的問(wèn)題，也能發(fā)揮實(shí)習(xí)對(duì)學(xué)生的真正作用。例如在學(xué)習(xí)煤制烯烴工藝時(shí)，教師可以借助虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)互動(dòng)等技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)仿真教學(xué)系統(tǒng)，搭建一個(gè)虛擬仿真操作的獨(dú)立空間，讓學(xué)生在模擬仿真實(shí)習(xí)中獲得一定的現(xiàn)場(chǎng)化工實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)[4]。另外，在合成氨的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)中，為了達(dá)到更好的實(shí)習(xí)效果，學(xué)生可以利用虛擬仿真技術(shù)先在校內(nèi)實(shí)習(xí)，借助3D仿真軟件了解合成氨氣的基本生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步鞏固氨工藝基礎(chǔ)知識(shí)，然后將問(wèn)題帶到實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)，加深對(duì)知識(shí)的印象。仿真模擬和真實(shí)實(shí)習(xí)相結(jié)合的模式可使實(shí)踐教學(xué)效果達(dá)到最佳。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，讓學(xué)生對(duì)一些生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行操作，能激發(fā)學(xué)生對(duì)化工工藝的學(xué)習(xí)熱情與興趣，使學(xué)生更深入地理解化工生產(chǎn)工藝及設(shè)備操作原理。同時(shí)，學(xué)生可以借助虛擬仿真技術(shù)模擬生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提高學(xué)生處理生產(chǎn)工藝過(guò)程中突發(fā)事故的能力，從而達(dá)到最佳實(shí)習(xí)效果。

5?結(jié)語(yǔ)

化工專業(yè)特別注重教學(xué)的實(shí)踐性與應(yīng)用性，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)條件不足，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，且實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不夠豐富，阻礙了學(xué)生的全面發(fā)展，也無(wú)法滿足人才發(fā)展的真正需要。在化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)，可以在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式的不足，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)資源的整合，為開展更加個(gè)性化的實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)造條件，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力與化工工藝應(yīng)用能力，突破傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的資源限制，充分實(shí)現(xiàn)綠色教學(xué)，同時(shí)可以增加實(shí)踐教學(xué)的趣味性，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣與熱情，使化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)效果達(dá)到最佳。

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Research on the application of virtual simulation technology in practical teaching of chemical engineering major

Fu Hua， Chen Xiaoxia

（Yixing Higher Vocational and Technical School， Yixing 214200， China）

Abstract：Due to the rapid development of science and technology and the increasing emphasis on education， the application of virtual simulation technology in practical teaching is becoming increasingly widespread. The application of virtual simulation technology in practical teaching of chemical engineering majors can make the teaching process more vivid and interesting， and plays a very important role in cultivating students innovative thinking and practical abilities. Therefore， the background of applying virtual simulation technology was first introduced， followed by an analysis of the significance of applying virtual simulation technology in practical teaching of chemical engineering major. The problems in the application of virtual simulation technology in practical teaching of chemical engineering major were elaborated again， and finally， a comprehensive analysis of the application of virtual simulation technology in different practical courses of chemical engineering major was conducted.

Key words： virtual simulation technology; chemical engineering major; practical teaching