導(dǎo)語：高?；し抡鎸?shí)踐體系構(gòu)建一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：地方高校在新工科建設(shè)過程中，化工虛擬仿真是化學(xué)工程與工藝專業(yè)及相近專業(yè)的實(shí)踐類課程，地方院校應(yīng)從工藝全覆蓋的虛擬仿真實(shí)踐體系、“線上線下”共同搭建的全覆蓋虛擬仿真實(shí)踐體系、“虛實(shí)結(jié)合”的化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系等方面構(gòu)建化工仿真體系，從而提高化學(xué)工程與工藝專業(yè)及相近專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：地方高校；新工科建設(shè)；化工仿真體系

新工科建設(shè)是2017年2月以來教育部積極推進(jìn)的高等教育改革方向，旨在主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，并先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”等階段性成果。隨后，教育部了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》等重要文件，旨在探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。其中，“北京指南”明確提出：加快現(xiàn)有工科專業(yè)的改造升級(jí)，體現(xiàn)工程教育的新要求，探索工程教育信息化教學(xué)改革，推進(jìn)信息技術(shù)與工程教育深度融合，創(chuàng)新“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下工程教育教學(xué)方法，提升工程教育效率，提升教學(xué)效果。地方高校要對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)揮支撐作用，努力培養(yǎng)不同類型的卓越工程人才，全面提升工程教育質(zhì)量?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)（以下簡稱化工專業(yè)）是在原來石油化工、精細(xì)化工、高分子化工等專業(yè)的基礎(chǔ)上由教育部整合形成的專業(yè)，具有技術(shù)密集、人才密集、資本密集的特征，工科特色顯著，實(shí)踐能力要求高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)手實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用，但化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)的高危性及不可控性，使許多實(shí)驗(yàn)無法在真實(shí)的環(huán)境中開展。其原因包括：大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行過程中能耗大、物料消耗多、設(shè)備維護(hù)成本高；實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液、氣、渣等難以處理，造成潛在的環(huán)境污染問題；設(shè)備操作風(fēng)險(xiǎn)高；等等。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，因?yàn)樯a(chǎn)和安全壓力，企業(yè)給予學(xué)生到生產(chǎn)一線實(shí)踐的時(shí)間和空間越來越小，生產(chǎn)實(shí)習(xí)難以達(dá)到預(yù)期效果。因此，化工虛擬仿真應(yīng)運(yùn)而生，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“高等教育信息化建設(shè)”的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的上述突出問題，得到了本專業(yè)的廣泛認(rèn)可。各地高校也在化工虛擬仿真教學(xué)方面做了較多的探索，取得了積極的成果。但現(xiàn)在很多高校的化工虛擬仿真都停留在個(gè)別化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的仿真，對(duì)仿真體系的構(gòu)建仍然較少。因此，本研究從洛陽師范學(xué)院化工系虛擬仿真體系的構(gòu)建出發(fā)，探討在新工科建設(shè)背景下，地方院校如何構(gòu)建化工虛擬仿真實(shí)踐體系。

一、工藝全覆蓋的虛擬仿真實(shí)踐體系

化工虛擬仿真體系的構(gòu)建首先要明確實(shí)踐目的?；I(yè)的實(shí)踐主要分為以下模塊：課程實(shí)驗(yàn)體系、課程設(shè)計(jì)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。因此，虛擬仿真教學(xué)也應(yīng)建立相對(duì)應(yīng)的實(shí)踐模塊，按照該思路構(gòu)建的虛擬仿真教學(xué)體系不僅要包括上述實(shí)踐內(nèi)容，還需增加安全教育（火災(zāi)演練）和污水處理的內(nèi)容，這樣即形成了化工整廠工藝全覆蓋的虛擬仿真體系（如下圖）。在上述仿真體系中，基礎(chǔ)化工實(shí)驗(yàn)包括化工流動(dòng)過程綜合實(shí)驗(yàn)（包括粗糙管、光滑管、局部阻力測定實(shí)驗(yàn)、離心泵特性曲線測定、管路特性曲線測定和流量性能測定實(shí)驗(yàn)）、精餾塔實(shí)驗(yàn)（包括全回流和部分回流實(shí)驗(yàn)）、二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)（包括解吸塔塔干填料層（△P／Z）～u關(guān)系曲線測定、解吸塔濕填料層（△P／Z）～u關(guān)系曲線測定和二氧化碳吸收傳質(zhì)系數(shù)測定）、萃取塔（槳葉）實(shí)驗(yàn)（包括萃取塔操作線的確定和萃取塔傳質(zhì)單元數(shù)的測定）和洞道干燥實(shí)驗(yàn)?；?shí)訓(xùn)仿真包括流體輸送綜合實(shí)訓(xùn)仿真、傳熱過程綜合實(shí)訓(xùn)仿真、精餾實(shí)訓(xùn)仿真、吸收與解吸實(shí)訓(xùn)仿真、間歇反應(yīng)實(shí)訓(xùn)仿真。安全事故演練仿真主要包括發(fā)生器下料口著火、壓縮車間管道著火、充裝車間著火等安全事故的演練。此外，乙醛氧化制乙酸工藝仿真、合成氨3D虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、甲醇3D認(rèn)知生產(chǎn)仿真以及典型污水處理廠3D虛擬現(xiàn)實(shí)仿真也在其中。上述虛擬仿真體系主要包含五大模塊：課程實(shí)驗(yàn)?zāi)K（基礎(chǔ)化工實(shí)驗(yàn)仿真）、仿真實(shí)訓(xùn)模塊（流體輸送綜合實(shí)訓(xùn)、傳熱過程綜合實(shí)訓(xùn)、精餾實(shí)訓(xùn)、吸收與解吸實(shí)訓(xùn)、間歇反應(yīng)實(shí)訓(xùn)）、工藝實(shí)訓(xùn)模塊（乙醛氧化制乙酸工藝、合成氨和甲醇生產(chǎn)）、污水處理模塊和安全演練模塊。五大模塊循序漸進(jìn)、相互補(bǔ)充，為學(xué)生全方位掌握化工知識(shí)提供了保障。上述功能仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了從課程實(shí)驗(yàn)到認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)再到綜合訓(xùn)練的化工企業(yè)流程全方位模擬。上述仿真體系的建立，能讓學(xué)生從小到大、從局部到整體，循序漸進(jìn)地掌握各類化工企業(yè)的全流程，真正起到虛擬仿真的作用。

二、“線上線下”共建，搭建

全覆蓋的虛擬仿真實(shí)踐體系化工虛擬仿真主要借由專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)其功能，然而，線下的虛擬仿真教學(xué)對(duì)化工仿真實(shí)驗(yàn)室的要求較高，且用虛擬仿真來提高學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵在于練習(xí)，因此，打造“線上”虛擬仿真體系十分必要。“線上”虛擬仿真平臺(tái)要求把上述五大虛擬仿真平臺(tái)整合到虛擬仿真中心網(wǎng)站上，把教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、課程教案、多媒體課件、虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等實(shí)踐項(xiàng)目及要求都放到“線上”平臺(tái)，并及時(shí)更新中心教學(xué)、科研及日常信息，形成開放式、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。另外，學(xué)校要建設(shè)基于校園網(wǎng)架構(gòu)的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)信息化專業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上輔助教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理；支持虛擬仿真實(shí)踐課堂的信息化教學(xué)、視頻會(huì)議、現(xiàn)場直播、多班討論、遠(yuǎn)程聽課、教學(xué)觀摩、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、數(shù)據(jù)庫平臺(tái)架構(gòu)等日常教學(xué)和管理活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)約、網(wǎng)上預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)上答疑、成績評(píng)定等網(wǎng)上輔助教學(xué)。這樣，教師在“線下”的課堂教學(xué)中給學(xué)生講授基礎(chǔ)知識(shí)后，學(xué)生也有充分的時(shí)間在“線上”練習(xí)所學(xué)內(nèi)容，通過自主學(xué)習(xí)能夠迅速提高實(shí)踐能力。

三、“虛實(shí)結(jié)合”的化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系

虛擬化工仿真實(shí)踐教學(xué)體系中，所有虛擬仿真軟件均有可靠的數(shù)學(xué)模型，因此，學(xué)生可在此平臺(tái)上自主開展實(shí)踐項(xiàng)目，包括自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主修改實(shí)驗(yàn)參數(shù)、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)配置，達(dá)到所要求的認(rèn)知與實(shí)踐教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能。同時(shí)，學(xué)生還可以對(duì)大型復(fù)雜化工機(jī)械裝備進(jìn)行全流程的虛擬設(shè)計(jì)及虛擬實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)化工基礎(chǔ)及專業(yè)知識(shí)有清楚的理解和深入的掌握，促進(jìn)知識(shí)的轉(zhuǎn)化與拓展。但對(duì)化工學(xué)科來說，虛擬仿真教學(xué)不能也不可以代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)，將虛擬仿真作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的先修課程，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)考核合格后方可進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)。這樣，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中能夠收到事半功倍的效果，主要表現(xiàn)在：一是避免學(xué)生損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在虛擬仿真教學(xué)中，主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、操作條件等主要參數(shù)均已經(jīng)過考核，因此，在真實(shí)試驗(yàn)中，學(xué)生能夠避免將設(shè)備損壞的一些行為，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用效率。二是縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常需要3-4學(xué)時(shí)，其中用1學(xué)時(shí)左右為學(xué)生講解設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)據(jù)記錄等問題。在進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)后，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)并掌握了大部分內(nèi)容，因此，可以將主要精力集中在數(shù)據(jù)記錄等實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵信息的掌握上，大大縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。三是提高實(shí)驗(yàn)效率。在虛擬仿真教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠?qū)⒅饕性谡鎸?shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)的差別上，大大提高實(shí)驗(yàn)效率，提升實(shí)驗(yàn)效果。

綜上，發(fā)展和完善化工虛擬仿真教學(xué)，推進(jìn)仿真技術(shù)在新工科培養(yǎng)體系中的改革，對(duì)地方高?；I(yè)的教學(xué)發(fā)展、培養(yǎng)化學(xué)工程領(lǐng)域高級(jí)應(yīng)用型人才等方面都具有重要的意義?；ぬ摂M仿真具有很多優(yōu)點(diǎn)，可為真實(shí)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)打下良好基礎(chǔ)，提高實(shí)驗(yàn)效率、提升實(shí)踐效果，是當(dāng)今化工實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分。地方院校在打造服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)特色的同時(shí)，應(yīng)將化工過程的虛擬仿真體系按照化工流程全方位建設(shè)完整，提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸國棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017，（3）.

[2]馮亞青，楊光.理工融合：新工科教育改革的新探索[J].中國大學(xué)教學(xué)，2017，（9）.

[3]崔秋靈.化工仿真軟件在教學(xué)及實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].當(dāng)代化工研究，2017，（6）.

[4]陳志，李軍，王敏，等.化工仿真生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐[J].山東化工，2017，（46）.

作者:劉金強(qiáng) 劉獻(xiàn)明 單位:洛陽師范學(xué)院