仿真實驗應用于化工原理教學的思索

侯彥濤 王小林

（河南省醫藥學校，河南 開封 475000）

化工原理是我校藥物制劑專業及相關專業的一門專業基礎課程，該課程以化工傳遞過程的基本理論和工程方法論為兩條主線，系統地講授了化工生產過程中常見單元操作的工作原理、相關設備的工藝結構和具體的操作過程，在整個教學體系中起著承上啟下的重要作用[1-2]。隨著時代的發展、科學技術的進步和教育理念的革新，尤其是計算機技術的飛速發展，對教學思想、教學方法和教學手段提出了全新的要求和挑戰。在這樣的形勢下，化工原理課程傳統的教學方法和教學手段也在進行著新的嘗試與改革，把計算機仿真實驗運用于化工原理課程的教學將成為一種趨勢[3]。

化工仿真實驗利用現代計算機建模與仿真技術，對生產過程系統進行數字仿真，建立虛擬的操作環境 ，同時營造類似于工廠控制室的教學環境，訓練學生分析問題 、解決問題和故障處理的能力，是一種先進的教學手段。

1 仿真實驗的優點

1.1 直觀性

仿真實驗可以模擬實驗實訓全過程，形象逼真生動、簡明易懂，既有科學性又富有趣味性，便于學生在較短的時間內了解實驗單元的操作方法和操作技巧[4]。通過模擬開車、停車、正常運行以及發生事故時所涉及的參數及數據的變化，明白正常狀態、事故發生狀態以及事故處理的規律和方法，加深學生對化工生產裝置操作過程的了解和對其功能把握，鞏固所學知識。

1.2 可操作性

由于實驗室的設備的規模及內容有限，同時受教學時數的限制，很多情況下一些實驗被簡化、調整甚至放棄。有時某些實驗采取教師演示操作學生觀看或者幾個學生一組的合作實驗，每個學生得到單獨操作練習的機會很少，這樣會造成學生對知識點的理解不夠透徹，動手能力得不到應有的鍛煉，甚至所學內容與實際應用相脫節，教學效果會受到一定程度的影響。利用仿真實驗，學生可以在仿真軟件上反復進行設備的開、停車及事故處理訓練，直到操作技能達到要求，這在實際生產過程中和實驗室中是難以實現的。

1.3 安全性

對于化工原理課的一些實驗，學生由于之前預習不充分或者課堂上開小差，經常會出現由實驗操作失誤現象，輕則影響整個實驗教學進度，重則還會危害教師和學生的身體健康，造成嚴重的教學事故。例如：離心泵的啟動或關停的誤操作會引起離心泵電機的燒毀；吸收塔操作失誤則會引起氨氣泄露等安全事故。在教學的過程中使用仿真實驗，即使學生在仿真計算機上進行誤操作時也不會發生人身危險，同時也不會造成儀器設備、儀表、元件破壞和環境污染等經濟損失。

1.4 經濟性

化工原理實驗設備一般價格高、體積大，而仿真實驗只需將軟件安裝在電腦上即可運行，且在使用過程中，仿真實驗沒有實驗設備的日常維護和實驗藥品的消耗，在達到了實驗教學效果的同時，還能減少教學投資，節約實驗場地。

2 仿真實驗的不足

任何事物具有雙面性，仿真實驗應用于教學有利也有弊，在教學過程中我們發現了仿真實驗有以下三個不足之處。

2.1 真實生產與仿真實驗存在較大差別

仿真實驗操作的模擬性和程序化與生產現場操作的靈活性、不可預見性還有相當的距離。以仿真實驗過程的離心泵操作實驗為例，仿真軟件可以模擬離心泵的操作順序，在操作順序出錯時，軟件會報警提示，而在實際生產過程中，泵在啟動前要盤泵，檢查密封裝置及潤滑油的液位等，而仿真系統中這些操作步驟是沒有的。同時真實生產過程中存在大量的不可預見性的問題，需要操作人員憑借豐富的經驗和技術迅速反應并及時果斷處理，而仿真實驗只是實際生產裝置的簡單化處理。

2.2 減少學生應對突發事件的機會

而在實驗實訓中遇到儀器故障、突發問題等，會使學生增加克服困難的訓練機會，提高學生解決問題的能力。而仿真實驗室的條件相對理想，減少了學生應對突發事件、排除故障及對實驗儀器的常規檢修的機會，又由于仿真實驗所得到的數據也是程序設置好的，也減少了使學生通過實驗數據進行誤差分析這一環節體驗，同時也減少了對整個實驗過程的反思及尋找可用的經驗和過失機會。

2.3 不利于學生安全生產觀念的培養

仿真實驗帶有游戲色彩，學生在電腦面前通過鼠標和鍵盤來操縱生產過程時沒有壓力，完全可以處于輕松的心理狀態，操作失誤時可以通過重新再做來彌補前次操作的過失，很難體會現場實際操作的緊張及工作壓力，不利于增強學生安全生產的高度責任感、緊迫感。因此，要讓學生真正掌握化工生產操作技能，了解化工生產安全問題的重要性，提高分析判斷和處理的問題的能力，還必須與實訓實驗相結合。

3 結論

化工仿真和實驗實訓相結合，既可以在仿真中理解所學的理論知識，又可提高學生對化工操作的感性認識。通過仿真訓練與真實操練有機結合，揚長避短，既節省成本，又提升學生實際操作能力訓練的有效性，更加提高了教學效果。

［1］賈紹義.化工原理[M].2版.北京:高等教育出版社,2010.

［2］倪獻智.化工原理課程教學中突出工程觀點和方法教育[J].化工高等教育,2007(3):79-82.

［3］譚懷琴,郭芳,李軍.運用仿真實驗提高化工原理課程教學質量[J].科學咨詢,2012(28):88-89.

［4］付家新.淺談化工仿真在化工原理教學中的應用[J].中國科技信息,2009(5):210-214.