石油化工加工实验教学的反思与虚拟仿真技术的应用

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摘 要：目前大部分高校石油化工加工实验教学采取课堂教学+工厂实习的模式进行，本文针对目前石油化工加工实验教学模式进行详细分析，指出其不足。同时介绍虚拟仿真技术应用于实验教学的功能与价值，提出了仿真课堂教学+仿真实训+工厂实习的实验教学模式。

关键词：石油化工 实验教学 虚拟仿真技术 教学模式

对于石油化工加工这样实践性很强的课程，实验教学是极其重要的。课堂教学+工厂实习的模式在理论上虽然可以达到教学预期目标，但实际应用起来存在一定的弊端，实际教学效果离预期目标存在一定差距。

一、石油化工加工实验教学模式与存在的问题

1.目前石油化工实验教学模式

目前石油化工实验教学课程一般采取课堂教学+工厂实习的模式进行。具体按照以下步骤进行：

1.1课堂教学

石油化工加工教学内容主要包括加工原理、加工工艺流程、工艺参数、主要设备、操作规程及故障处理。

多媒体技术兴起之前，教师通过口头讲述和粉笔书写传授石油化工加工知识。但如设备元素是如何构建成设备、操作规程和故障处理教师很难通过图画等方式来讲述，主要是因为一般操作规程和故障处理步骤繁多复杂非常耗费时间而且让学生感觉枯燥无趣，所以此类课程课堂教学一般只讲述加工工艺流程，而不具体讲解实际生产中操作规程和故障处理。

多媒体技术兴起后广泛应用于石油化工加工课堂教学。采用多媒体教学，教师可以节省书写的时间，拥有更多的时间来讲解。同时，课件变得丰富多彩，比如设备结构可以有具体的实物图，甚至可以采用动画的形式来演示设备各组成元素如何构建成为设备。但针对石油化工加工操作规程及故障处理，多媒体技术依然无能为力，教师虽然能将规程和故障处理呈现在课件上，但通常只能放映给学生粗略看看。

此外，部分高校课堂教学会配合一些按实物比例缩小的模型辅助教学。但模型只能针对实体物件，对于石油化工加工原理、流程、参数、操作的教学等无法应用。

1.2工厂实习

工厂实习内容主要包括加工原理、加工工艺流程、工艺参数（调试及范围、影响）、主要设备（结构及控制指标）、操作规程及故障处理。

实习时由工厂技术人员对加工原理进行口头讲述，引导着学生沿着加工流程路线讲解加工流程、工艺参数、设备；操作规程和故障处理一般只是简单讲解，学生自学为主。讲解完成后学生可以自主在允许范围内参观学习，在此过程中，学生若有不清楚的地方可向技术人员咨询。

2.目前石油化工实验教学模式存在的问题

2.1课堂教学的抽象性与枯燥性

在多媒体技术应用于石油化工教学之前传统的教学模式非常陈旧，没有调动起学生的学习积极性，教学效果比较差。虽然近年来运用多媒体教学手段，教学形式相对丰富，但是由于时间与空间的限制，学生也很难深入有效地学习。

2.2工厂实习的局限性

工厂实习是课堂教学的补充与完善，是学生综合能力培养与训练的重要教学环节。传统的工厂实习是将学生带入企业，请技术人员讲解理论和实践经验。由于学生人数不断增加，实习时间和经费有限，企业内部各项管理措施的限制，学生在实习中只能增加感性认识，很少有动手操作的机会。只能从表面上对企业的生产情况、工艺流程与设备性能形成感官认识，无法接触生产的工程实际问题，使生产实习的预期效果大打折扣，难以达到教学目标的要求[1]。又由于工厂现场存在机器噪音，而实习一般安排全班同学一起进行，因此，工厂实习时技术人员的讲解作用有所减弱。此外，石油化工加工有一定危险性，一般学生实习只能到相对安全的地方，看到工艺流程和设备的一部分，学生在生产实习后还是很难把课本理论知识和现场实际相结合。

2.3课堂教学与工厂实习的衔接性

实验课的真正目的就是让学生通过课程的学习能透彻清晰地理解理论知识，巩固其专业技能[2]。但传统教学模式是在理论课之后，根据学生的课程安排并结合实习企业的生产管理要求安排工厂实习。因此，工厂实习与课堂教学存在一个较长的时间间隔，此类课程课堂教学本身比较枯燥，学生可能对一些知识有所遗忘，课堂教学与工厂实习衔接性不好。

二、虚拟仿真技术在石油化工加工实验教学中的应用

虚拟仿真技术是一门多学科的综合性技术，将先进的仿真技术与网络技术相结合。石油化工加工虚拟仿真就是以化工生产过程基本规律为依据，利用数学建立模型方法，在计算机上再现该生产过程的一种应用技术。各种单元操作以及生产工艺过程都可以通过仿真软件真实地再现其生产过程，使学生在一个逼真的环境中获得对工艺知识的彻底理解、对实际操作技能的熟练掌握[3]。

石油化工加工课程是一门实践性很强的学科，但受客观条件的限制，目前石油化工加工的实验教学难以达到预期教学目标。模拟仿真教学提出了真实现场实物演示的教学模式，可以弥补客观条件的不足，有利于提高石油化工加工教学的教学水平[4]。

1.仿真技术在石油化工实践教学中的功能

石油化工加工课程与工程实际联系紧密，在实践条件有限的情况下，通过虚拟仿真软件进行仿真教学，使学生亲自体验整个过程，培养其综合运用知识的能力及化强其工程意识。

1.1仿真课堂教学

仿真课堂教学与传统的课堂教学不同之处在于，仿真课堂教学在仿真实验室内进行，教师一方面通过多媒体技术进行传统意义上的讲授；另一方面可以结合仿真现场各种设备模型和参数调试来讲解；在这种课堂教学模式下，学生对设备装置、工艺指标的控制都有了深刻的认识和理解。

1.2虚拟仿真实训

学生根据所学的内容在相应仿真环境中进行仿真实训操作，可以自由调试各个工艺的参数，自由控制各个节点实训内容，对工艺流程动态参数及注意事项作详细分析和设定。虚拟仿真技术和实际情境实验结合的模式可合理有效配置教学资源，解决实践课时少的问题，形成多元化的教学环境。

2.仿真技术在石油化工实验教学中的价值

仿真教学提高了教学效率，调动了学生的学习积极性。其次，仿真教学中的演示和实验，可以让学生更生动形象地观察，让其能够快速地掌握操作步骤和工艺原理。最后，仿真实训只是一种模拟，学生进行实验时不会因错误操作而引起不良效果；反复操作时，也不会造成原料的浪费；仿真实训在故障分析中具有独到作用，没有实际生产可能存在的潜在危险，保证了学生的安全。

三、小结

采用“仿真课堂教学+仿真实训+工厂实习”模式，学生可以结合所学的理论知识，分析判断模拟操作中出现的问题，并根据帮助提示加以解决处理，仿真训练完成后，学生再进行工厂实习。通过前期仿真课堂教学和仿真实训阶段，学生已经熟悉企业生产所采用的DCS控制系统，并且对操作室的DCS系统的使用能够很快地理解[3]。因此，采用“仿真课堂教学+仿真实训+工厂实习”模式可以显著提高石油化工加工实验教学效果。

参考文献

[1]袁晓丽，万新，杜长坤等.仿真技术在冶金工程专业实践教学中的应用[M].重庆科技学院学报，2013（3）：191.

[2]李艳云.仿真技术在电子技术教学中的应用[M].2013（2）：82.

[3] 李廷真 赖庆轲 黄美英.浅议化工仿真技术在化工专业实践教学中的作用[M].中国西部科技，2013（7）：92-93.

[4]刘 颖.仿真技术在电气控制技术教学中的应用[M].信息安全与技术，2013（5）：101.

作者简介：刘兰（1981- ），女，广东石油化工学院教师，主要从事石油化工实验室教学工作。