仿真軟件在化工專業(yè)課程教學(xué)模式中應(yīng)用的研究

蘇林欽 伊恒杰 林慶林

摘 要：在“1+X”證書制度改革的背景下，化工仿真軟件已廣泛運(yùn)用于化工專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)中，取得了良好的效果。它不僅提高了化工單元專業(yè)知識(shí)，而且有效提高了化工專業(yè)實(shí)踐課程的課堂效率。本文通過對仿真軟件在化工專業(yè)實(shí)踐課程中的運(yùn)用進(jìn)行討論，分析仿真軟件在化工實(shí)踐教學(xué)課程中的優(yōu)點(diǎn)和局限性，并提出應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：仿真軟件;仿真實(shí)訓(xùn);教學(xué)模式

化工生產(chǎn)是一個(gè)需要較高技術(shù)的產(chǎn)業(yè)，同時(shí)，由于化工生產(chǎn)具有易燃、易爆炸、易中毒、高溫、有腐蝕性的特點(diǎn)，其具有更高的危險(xiǎn)性。在此條件下，由學(xué)校開展化工生產(chǎn)課程的各種教學(xué)形式具有一定局限性。計(jì)算機(jī)仿真是對代替真實(shí)物體或系統(tǒng)的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究的一門應(yīng)用技術(shù)科學(xué)[1]。根據(jù)《國家信息化教學(xué)師范校建設(shè)中長期發(fā)展規(guī)劃（2010-2020）》，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件已經(jīng)在教學(xué)中得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。通過在教學(xué)中應(yīng)用化工仿真軟件，能夠有效改善低效率的教學(xué)形式，提升教學(xué)質(zhì)量，從而達(dá)到培養(yǎng)優(yōu)秀化工產(chǎn)業(yè)人才目的。尤其是針對職業(yè)教育的教學(xué)特點(diǎn)——“培養(yǎng)目標(biāo)的職業(yè)定向性，教學(xué)方法的實(shí)踐性”，國內(nèi)專家提出職業(yè)技能訓(xùn)練為核心，生產(chǎn)任務(wù)為導(dǎo)向，職場環(huán)境為背景，工藝過程為主線，生產(chǎn)工具為基礎(chǔ)，學(xué)生自主交互為主體，智能性過程記錄為引領(lǐng)，安全操作為保障的設(shè)計(jì)理念。說的通俗點(diǎn)兒，讓學(xué)生通過操作虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件，學(xué)會(huì)與社會(huì)生產(chǎn)力接軌的職業(yè)技能，達(dá)成就業(yè)心愿。學(xué)校主要以網(wǎng)絡(luò)課程直播教學(xué)的方式進(jìn)行教學(xué)，在這期間，對化工單元的教學(xué)中，可以很好地把仿真教學(xué)的方式充插在教學(xué)中，經(jīng)過一個(gè)學(xué)期多的教學(xué)，覺得仿真軟件的運(yùn)用對教學(xué)很有幫助，下面就仿真軟件在教學(xué)中運(yùn)用總結(jié)的一些淺顯的探討。

1 仿真軟件在化工實(shí)踐教學(xué)課程中的優(yōu)點(diǎn)

1.1 能夠最大程度節(jié)約教學(xué)的資源成本

在進(jìn)行化工單元教學(xué)實(shí)踐期間，要確保每個(gè)學(xué)生在每個(gè)學(xué)年都擁有充足的教學(xué)時(shí)間，建立一個(gè)50人的化工單元實(shí)踐基地，至少需要購買25套的化工單元教學(xué)設(shè)備，需要上千萬資金，一般的職業(yè)院校無力承擔(dān)。學(xué)校通過使用化工仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，只需要50臺(tái)計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，同時(shí)還節(jié)約的教學(xué)資源和教學(xué)成本。

1.2 能有效緩解職業(yè)院?；卧虒W(xué)設(shè)備購買力不足的問題

化工單元教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目繁多，如果直接購買，需要購買吸收解吸單元、二氧化碳壓縮機(jī)單元、電動(dòng)壓縮機(jī)單元等，必須花費(fèi)大量金錢來滿足學(xué)生實(shí)踐需求。通過使用化工仿真軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐教學(xué)，有效延長學(xué)生實(shí)踐時(shí)間，提高學(xué)生對化工生產(chǎn)中的操作技能的掌握程度，不僅可以節(jié)約設(shè)備的購買成本，還可以減少零部件以及原材料的投入[2]。另外，化工仿真軟件具有安裝簡單，占用空間小，操作簡便，維護(hù)成本低，動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，可操作性強(qiáng)等優(yōu)勢。這種教學(xué)模式從根本上緩解了學(xué)校進(jìn)行化工單元實(shí)踐需要購買化工單元教學(xué)設(shè)備的困境。

1.3 解決化工單元教學(xué)設(shè)備和師資不足的問題

化工單元教學(xué)實(shí)踐和其他教學(xué)實(shí)踐之前存在一些差異，為了使學(xué)生有足夠的實(shí)踐培訓(xùn)時(shí)間，必須增加許多設(shè)備，而許多職業(yè)院校存在資金緊張，從而采用小班教學(xué)方式對學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，導(dǎo)致教師需求增加，師資不足。而通過化工仿真軟件的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，可以有效彌補(bǔ)師資和設(shè)備不足的問題，通過計(jì)算機(jī)作為中介，從而指導(dǎo)學(xué)生完成虛擬實(shí)踐訓(xùn)練。

1.4 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情

在課堂上，存在理論和專業(yè)實(shí)踐上的脫節(jié)，這是因?yàn)閷W(xué)生在課堂上無法和現(xiàn)實(shí)中相聯(lián)系，且各種原理，設(shè)備和操作說明都是抽象的，使得大多數(shù)職業(yè)院校學(xué)生對學(xué)習(xí)興趣不高?；し抡孳浖儆诂F(xiàn)代化信息軟件，其界面生動(dòng)清晰，能夠讓學(xué)生直觀的在DCS界面上或現(xiàn)場圖上觀察各種生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和外觀，同時(shí)學(xué)生可以按照相應(yīng)的程序進(jìn)行操作，如果學(xué)生犯錯(cuò)，仿真軟件還可以及時(shí)指出學(xué)生的錯(cuò)誤，易于激發(fā)學(xué)生對于知識(shí)學(xué)習(xí)的渴望，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和研發(fā)能力。

1.5 推進(jìn)多元化的化工實(shí)踐教學(xué)

化工仿真軟件能夠用于化工實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生能夠自主操作，并且在操作過程中，不會(huì)發(fā)生人身危險(xiǎn)，不會(huì)造成設(shè)備損壞破壞，不會(huì)造成環(huán)境污染。其具有較高的安全系數(shù)與較高的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上降低了教學(xué)成本，同時(shí)也解決了在實(shí)驗(yàn)課上、實(shí)訓(xùn)課上、實(shí)習(xí)教學(xué)中學(xué)生不能夠自由操作的問題，提高了學(xué)生實(shí)訓(xùn)效果，提升了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力[3]。

2 仿真軟件在化工實(shí)踐教學(xué)課程中的局限性

2.1 仿真軟件與實(shí)際操作存在差異

仿真軟件是動(dòng)態(tài)模擬化工單元生產(chǎn)過程，通過計(jì)算機(jī)顯示器將化工單元生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)顯示出來，這是按照一定比例進(jìn)行縮小，這種縮小與實(shí)際現(xiàn)場操作存在一定差異。同時(shí)，在仿真軟件操作過程中，僅涉及一些相對簡單操作，例如閥打開、閥關(guān)閉、控制流量、壓力和溫度等，相對于實(shí)際操作較為容易。

2.2 仿真軟件設(shè)計(jì)上存在局限性

仿真軟件以獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)受到追捧，但是毋庸置疑，在它的設(shè)計(jì)上還存在一些局限性。例如，其設(shè)計(jì)不夠合理，一些教學(xué)模型過于完善，學(xué)生只需要按照步驟開關(guān)閥門，不需要考慮工藝參數(shù)的變化即可獲得高分，缺乏一些變化。有時(shí)候，仿真軟件在設(shè)計(jì)上只考慮到工藝參數(shù)的合理性，而缺乏對教學(xué)的便利性的考慮，造成教學(xué)過程中的不便。例如在對吸收解吸系統(tǒng)進(jìn)行加壓過程中，等待時(shí)間過長，使得一節(jié)課大部分時(shí)間都在等待其加壓。

2.3 學(xué)生容易養(yǎng)成一些不良習(xí)慣

由于仿真軟件的安全性，學(xué)生在對其操作的嚴(yán)謹(jǐn)性會(huì)降低，可能隨意操作仿真軟件。這種隨意性如果形成習(xí)慣，帶到將來工作中去，不僅會(huì)影響生產(chǎn)過程中的指標(biāo)和進(jìn)度，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致重大事故，影響嚴(yán)重。同時(shí)，在仿真軟件中存在“時(shí)間加速”功能，在設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是好的，但是如果任由學(xué)生胡亂使用，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生以游戲的心態(tài)來對待仿真軟件，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率降低。

3 仿真軟件在化工實(shí)踐教學(xué)課程中的應(yīng)用策略

3.1 科學(xué)地安排仿真軟件的使用，營造良好的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境

教師在利用仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)時(shí)，應(yīng)該選擇合理的教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生展示實(shí)訓(xùn)知識(shí)和技能的精髓，并結(jié)合循序漸進(jìn)的教學(xué)方法進(jìn)行全方位的教學(xué)。要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況來規(guī)劃學(xué)生的仿真課程，要根據(jù)學(xué)生的能力來實(shí)施教學(xué)策略。在教學(xué)的初期，因大多數(shù)學(xué)生是第一次接觸仿真軟件，教師應(yīng)安排一些較為簡單的操作讓學(xué)生進(jìn)行操作，待學(xué)生適應(yīng)仿真軟件學(xué)習(xí)后，教師應(yīng)適當(dāng)提高難度。對于實(shí)踐中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，教師應(yīng)該花足夠的時(shí)間去讓學(xué)生理解和掌握。還應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的興趣進(jìn)行課程的安排，為不同年級和不同能力的學(xué)生安排個(gè)性化教學(xué)，以提高學(xué)生對于化工實(shí)踐教學(xué)的掌握。在虛擬仿真教學(xué)中，教師的教法要轉(zhuǎn)變，要以實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題為導(dǎo)向來進(jìn)行教學(xué)。仿真軟件使用出現(xiàn)的幾個(gè)問題：學(xué)生看不懂運(yùn)行的前后過程關(guān)系，這里就需要配合課件來互為補(bǔ)充，教師的作用就是指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)行過程中的連接和轉(zhuǎn)換;學(xué)生對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法很好地理解，這里就需要教師逐步逐幀地進(jìn)行講解，講解要足夠細(xì)致，同時(shí)又要運(yùn)用仿真靈活性的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)需要轉(zhuǎn)換視角來操作內(nèi)部結(jié)構(gòu)，才能更好地進(jìn)行教學(xué)。

3.2 發(fā)揮仿真軟件在化工實(shí)踐教學(xué)課程中的優(yōu)勢

在“1+X”證書制度改革的背景下，仿真軟件的應(yīng)用是為了讓學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)訓(xùn)知識(shí)，提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。因此，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)充分利用仿真軟件的教學(xué)優(yōu)勢。對此，首先應(yīng)該提升教師的信息化水平，以便能夠跟上互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。其次，應(yīng)該更新教師的傳統(tǒng)的教育理念，轉(zhuǎn)換他們的教育觀念，與時(shí)俱進(jìn)，對仿真軟件實(shí)訓(xùn)教學(xué)有深刻的認(rèn)識(shí)，把握仿真軟件的本質(zhì)[4]。最后教師應(yīng)提升自身的化工素養(yǎng)，以便達(dá)到化工教學(xué)要求，從而能夠把握仿真軟件的原理，知道仿真軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，更好地傳授知識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

3.3 靈活地運(yùn)用仿真軟件，增加學(xué)生對實(shí)訓(xùn)的認(rèn)知

與傳統(tǒng)教學(xué)相比，仿真軟件的教學(xué)模式更容易激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為了能夠最大程度的發(fā)揮仿真軟件在化工實(shí)踐教學(xué)中的效果，必須靈活使用仿真軟件，提升學(xué)生對仿真軟件的認(rèn)識(shí)[5]。教師使用仿真軟件進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意學(xué)生的操作合理性，而不是一味地追求分?jǐn)?shù)，避免學(xué)生隨意操作仿真軟件，形成不良習(xí)慣。仿真軟件之所以能夠進(jìn)行仿真，是因?yàn)樗梢詫⒒どa(chǎn)過程中物料、溫度、壓強(qiáng)等情況動(dòng)態(tài)的反映出來，這有利于幫助學(xué)生更好地了解化工生產(chǎn)情況，加快對所學(xué)的知識(shí)和技能的消化。

4 結(jié)論

通過仿真軟件的使用，可以非常直觀、形象、生動(dòng)地在學(xué)生面前展示化工單元實(shí)踐教學(xué)中所用到的設(shè)備結(jié)構(gòu)，運(yùn)行原理，設(shè)備的運(yùn)行過程和條件，使得學(xué)生能夠感受到實(shí)際生產(chǎn)過程中的氣氛;使得學(xué)生對化工單元實(shí)踐生產(chǎn)設(shè)備的工藝原理、工藝流程和生產(chǎn)工藝的操作有了真正的了解。它不僅僅為了學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)安全的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，也使得化工教學(xué)不再枯燥無味，有效激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)專業(yè)理論的學(xué)習(xí)和對專業(yè)技術(shù)的提升的積極性，也有利于提升化工課堂的教學(xué)質(zhì)量，使得化工學(xué)生意識(shí)得到加強(qiáng)，綜合能力得到提高。仿真教學(xué)在很多的地方都可以運(yùn)用，其運(yùn)用方式比較靈活多樣，可以穿插在不同的教學(xué)方法中作為其他教學(xué)法的有機(jī)補(bǔ)充。單一教學(xué)已經(jīng)不適用于現(xiàn)在的學(xué)生了，只有靈活多樣的活動(dòng)方法才能提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。在今后的教學(xué)，本專業(yè)課程的教學(xué)將繼續(xù)探索更好更有效地把仿真軟件運(yùn)用到個(gè)專業(yè)科的教學(xué)中，達(dá)到更好的效果。

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作者簡介：蘇林欽（1975— ），女，漢族，福建莆田人，學(xué)士學(xué)位，高級講師，研究方向：工業(yè)分析檢驗(yàn)、仿真軟件運(yùn)用教學(xué)。