仿真教學在高職化工類專業中的應用現狀分析

[摘 要] 對仿真及其在高職化工類專業中的應用情況進行了論述，并進一步對目前高職化工類專業廣泛應用的物理仿真和計算機仿真兩大類型進行了對比和分析，得出物理仿真優于計算機仿真的結論。最后對如何提高高職化工類學生的實踐能力及如何利用好仿真進行實訓提出見解。

[關 鍵 詞] 物理仿真；計算機仿真；化工專業仿真應用；優劣分析

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）33-0134-01

一、仿真及其應用

仿真教學就是利用實物或電腦等創建虛擬環境來模擬真實環境，并根據真實環境中的理論和實際操作情況，在虛擬的環境中進行各種操作、驗證、設計和運行等的教學方式。仿真按所用模型的類型（物理模型、數學模型、物理—數學模型）分為物理仿真、計算機仿真、半實物仿真。

二、仿真教學在高職化工類專業中的應用現狀

目前高職化工類專業實踐教學所用仿真主要是物理仿真和計算機仿真兩類。由于化工生產原料、產品有毒有害的物質較多，安全、環保要求嚴格，一般高職院校不可能將化工企業的裝置按照原樣復制進行實訓活動，哪怕是縮略或是簡化也是不可能實現的。物理仿真是解決這一矛盾的最有效的途徑。物理仿真是指按照實際系統的物理性質構造系統的物理模型，并在物理模型上進行試驗研究。舉個簡單例子說明一下：如果實際物料是苯和甲苯，要將兩者分離，現場一般采用蒸餾的方法。學生在進行蒸餾實訓時考慮到苯和甲苯是有毒有害的物質，用乙醇和水來替代苯和甲苯進行蒸餾操作是可行的，這樣的替代符合理論要求又滿足了學生實訓的需要。然而這只是一個簡單的蒸餾實驗的例子，實際上一套化工生產裝置從原料到產品是由數個這樣的蒸餾、傳熱、吸收、干燥等單元組合而成的。很難找到合適的替代物，即便找到理想的替代物，對一套投資少則千萬多則幾十億現實版的生產裝置進行物理仿真，資金需求也是較大的。

基于上述原因，計算機仿真應運而生。計算機仿真是指首先建立系統的數學模型，并將數學模型轉化成仿真計算模型，通過仿真模型的運行達到對系統運行的目的。現代計算機仿真由仿真系統的軟件、硬件環境，動畫與圖形顯示、輸入、輸出等設備組成。計算機仿真具有經濟性、靈活性和仿真模型通用性等特點，今后隨著并行處理技術、集成化軟件技術、圖形技術、人工智能技術、先進的交互式建模和仿真軟硬件技術的發展，計算機仿真必將獲得飛速發展。目前較大型的生產過程如甲醇生產、醋酸生產、聚合物生產、原油加工中的催化裂化、油品加氫等都可以通過計算機仿真進行模擬生產。學生可以通過相應的軟件進行開停工、事故的處理、正常生產調節等工況的實訓。

現階段一般高職化工專業都配備了計算機仿真實訓室，只是購買的軟件根據實際需要各有側重，主要差別在于由于在校學生數不同機房數量不同罷了。物理仿真這一部分差距較大，主要是涉及資金投入、場地建設等方面的原因。

三、物理仿真與計算機仿真的優劣分析

計算機仿真與物理仿真相比，其優勢在于降低了實訓成本和時間。仿真軟件和相應的硬件設施一次性購入即可以無限次地使用。尤其是大型仿真軟件相比物理仿真的幾百萬的投入在資金緊缺的情況下優勢還是比較明顯的，而且在使用過程中維護的成本也不大。在實訓安排方面靈活不受限制，學生可以在自己方便的時候在機房自主完成實訓內容。

盡管近年來計算機仿真教學在高職院校尤其是化工專業應用越來越廣泛，受到了師生的普遍歡迎，我們還應看到它的局限性甚至是弊端。計算機仿真是在虛擬的環境中進行操作，與現實有很大差別，沒有實際動手的真實感，學生在所從事行業的專屬技能方面得不到應有的鍛煉。因為是仿真，學生在操作中的隨意性加大。比如，在真正的生產過程中閥門的開度有時要根據情況逐漸調整，而仿真訓練可以允許隨意加大或減小，只要電腦不扣分即可。更嚴重的是，由于操作失誤導致重大事故時也只是通過扣分來體現，而這在化工生產中是絕對不允許出現的，久而久之會使學生安全生產意識淡薄，筆者認為這是計算機仿真在化工專業應用中的最大弊端。

化工生產過程是連續的動態過程，在生產過程中通常會有化學反應的發生，同時伴隨著能量的輸入和輸出等其他因素的影響，物料的溫度、壓力、組成等參數是時刻變化的，這樣一個復雜的客觀存在的體系是數學模型模擬不來的，計算機顯示的溫度、壓力等參數的變化只是一種趨勢的變化，演示內容和實際發生的存在偏差甚至是相反的，同時計算機仿真軟件應用的穩定性有待提高。

在這一方面，物理仿真的優勢就會體現出來。學生通過在實體設備上操作，強化了對現場裝置空間位置的感性認識，通過拆裝過程了解設備的結構，加強了對設備與部件操作力度的把握能力。目前許多職業院校的實訓基地工廠場景化，將企業文化融入校園文化中讓學生邊實訓邊體驗企業文化氛圍，有利于學生畢業后更快更好地融入企業。

參考文獻：

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