工程教育背景下油氣開發(fā)工藝虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的建設(shè)及應(yīng)用

楊光輝

（中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院，山東東營 257000）

1 建設(shè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的主要理念

虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心建設(shè)的主要理念為建設(shè)切合應(yīng)用、體驗(yàn)訓(xùn)練為主、展示為輔、技術(shù)先進(jìn)、感官震撼的綜合性平臺(tái)，重點(diǎn)解決石油工業(yè)生產(chǎn)的不可及、不可視、不可逆、高危險(xiǎn)、高污染[1]以及大型操作訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)的難題，整合相關(guān)學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐資源，做到校企合作協(xié)同開發(fā)、學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)一步提高學(xué)院辦學(xué)條件，優(yōu)化教師科研條件，提高大學(xué)生的綜合知識(shí)水平和操作技能，提升高水平應(yīng)用型技術(shù)技能人才的培養(yǎng)。

2 虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的建設(shè)內(nèi)容

虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)一直是高校本科人才培養(yǎng)工作中不可或缺的重要組成部分，關(guān)系著所培養(yǎng)人才的工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力[2]。虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的建設(shè)可保障我校新工科建設(shè)、課程建設(shè)、校內(nèi)實(shí)訓(xùn)條件、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，拓展教師科研平臺(tái)、助力學(xué)校建設(shè)“省內(nèi)一流的應(yīng)用技術(shù)型普通本科高等學(xué)?！蹦繕?biāo)實(shí)現(xiàn)。

中心主要面向石油工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程、資源勘查工程等工程類本科專業(yè)，緊緊圍繞工程教育的要求，建設(shè)內(nèi)容涉及油氣勘探、油氣開發(fā)、油氣集輸、石油加工整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。

2.1 油氣生產(chǎn)典型的工藝及裝備知識(shí)實(shí)訓(xùn)

本部分含有152個(gè)油氣生產(chǎn)典型的工藝及裝備的介紹，將課程中難于理解或不易理解的知識(shí)點(diǎn)，以動(dòng)畫表現(xiàn)為主題，直觀形象，以網(wǎng)絡(luò)為載體，可以不受時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境的限制，實(shí)現(xiàn)線上和線下的學(xué)習(xí)與交流，旨在提升學(xué)生的油氣生產(chǎn)典型工藝裝備的知識(shí)認(rèn)知能力。

2.2 油氣生產(chǎn)HSE知識(shí)實(shí)訓(xùn)

包括37個(gè)油氣生產(chǎn)安全知識(shí)點(diǎn)，可開展HSE 基礎(chǔ)知識(shí)、危險(xiǎn)作業(yè)知識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)防范與應(yīng)急措施知識(shí)、事故應(yīng)急知識(shí)及典型事故案例的教學(xué)，旨在提升學(xué)生的安全意識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)防范措施及事故應(yīng)急方面的知識(shí)。

2.3 油氣生產(chǎn)全景VR實(shí)習(xí)系統(tǒng)

基于全景VR 技術(shù)，通過對(duì)實(shí)習(xí)環(huán)境進(jìn)行全景拍攝或用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行還原，主要包括地質(zhì)認(rèn)知、鉆井、采油、油氣集輸、油氣輸送、石油存儲(chǔ)及城市燃?xì)廨斉淦叽笞酉到y(tǒng)的安全知識(shí)、專業(yè)知識(shí)等，學(xué)生可以用PC 端或移動(dòng)端進(jìn)行操控學(xué)習(xí)認(rèn)知相關(guān)的實(shí)習(xí)內(nèi)容。

2.4 油氣生產(chǎn)事故應(yīng)急模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

油氣生產(chǎn)事故應(yīng)急模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要包括：危險(xiǎn)作業(yè)訓(xùn)練系統(tǒng)、事故應(yīng)急專項(xiàng)任務(wù)技能訓(xùn)練、隱患排查訓(xùn)練系統(tǒng)以及三維電子沙盤事故應(yīng)急模擬推演系統(tǒng)。

3 虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的特色與創(chuàng)新

1）中心面向勝利學(xué)院工程類本科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，以“回歸工程、資源共享、應(yīng)用推動(dòng)、融合創(chuàng)新”為宗旨，積極構(gòu)建石油工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程、資源勘查工程三個(gè)核心專業(yè)集群的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

2）以專業(yè)認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)，著力強(qiáng)化工程化教育教學(xué)理念。實(shí)踐教學(xué)中，以工程案例設(shè)計(jì)、再現(xiàn)工作過程為主線，構(gòu)建與行業(yè)背景行業(yè)發(fā)展相融合的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)工程與工藝相對(duì)均衡，拓展學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力。

3）基于全景VR 技術(shù)，通過對(duì)實(shí)習(xí)環(huán)境進(jìn)行全景拍攝或采用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行還原，可以使學(xué)生用PC 端或移動(dòng)端進(jìn)行操控學(xué)習(xí)相關(guān)的實(shí)習(xí)內(nèi)容，完成各種實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐、創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

4）突出地域特色，開發(fā)符合自身特色的虛擬仿真實(shí)踐項(xiàng)目。虛擬仿真中心結(jié)合地域特色，充分利用資源優(yōu)勢(shì)，建設(shè)了油氣勘探、油氣開發(fā)、油氣集輸、石油加工等具有明顯地域特色的實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐項(xiàng)目，提高了學(xué)生對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的認(rèn)識(shí)，了解行業(yè)定位，培養(yǎng)學(xué)生熱愛本行業(yè)的情操。

4 虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的使用成效

在建設(shè)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的過程中，始終堅(jiān)持針對(duì)不同階段學(xué)生的需求，設(shè)計(jì)層次化的訓(xùn)練內(nèi)容，構(gòu)建了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容層次化、過程化，教學(xué)方式多樣化虛實(shí)結(jié)合的工程教育模式（見圖1），滿足學(xué)生個(gè)性化的實(shí)踐需求。

圖1 層次化、過程化、多樣化的工程教育模式

4.1 多樣化的實(shí)踐教學(xué)方式滿足了學(xué)生個(gè)性化的需求

在實(shí)際教學(xué)中，針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)，聚焦油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)發(fā)展，結(jié)合相關(guān)工程背景、科研項(xiàng)目等，不斷探索創(chuàng)新，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)、手機(jī)APP 技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)等，不斷開發(fā)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐項(xiàng)目、有實(shí)際工程應(yīng)用背景的虛擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、基于VR 技術(shù)的輔助教學(xué)項(xiàng)目等，建立了多樣化虛實(shí)結(jié)合的工程教育模式。采用線上線下兩種方式，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行各類實(shí)踐項(xiàng)目并與教師溝通交流，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，實(shí)踐教學(xué)效果得到提升。

4.2 層次化、過程化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容滿足學(xué)生不同階段的需求

基于虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心，對(duì)實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行層次化梳理，設(shè)計(jì)了由簡到難、由淺入深的虛實(shí)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，遵循認(rèn)知規(guī)律，形成“基礎(chǔ)訓(xùn)練、專業(yè)訓(xùn)練、工程應(yīng)用、創(chuàng)新實(shí)踐”四層次進(jìn)階式訓(xùn)練模式，滿足不同階段的學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的個(gè)性化需求。將理論課程與實(shí)踐內(nèi)容相配合，課程內(nèi)容實(shí)現(xiàn)工作過程化教學(xué)，將抽象問題具體化、形象化，用于幫助學(xué)生理解工程背景中的理論知識(shí)，學(xué)習(xí)工程實(shí)踐方法，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

中心依托校企合作實(shí)踐基地、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目和各類儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)大賽，在時(shí)間、內(nèi)容、資源、形式等方面進(jìn)行了層次化、多樣化、工作過程化的實(shí)踐教學(xué)模式設(shè)計(jì)。允許學(xué)生跨課程、跨專業(yè)選擇自己喜歡的實(shí)踐項(xiàng)目。切實(shí)做到實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容層次化、過程化，教學(xué)方式多樣化，滿足不同學(xué)生的多樣化、個(gè)性化的實(shí)踐需求。

5 結(jié)束語

虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中心的建設(shè)，整合了相關(guān)學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐資源，解決了石油工業(yè)生產(chǎn)的不可及、不可視、不可逆、高危險(xiǎn)、高污染以及大型操作訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)的難題。實(shí)踐教學(xué)中，充分利用此資源優(yōu)勢(shì)，堅(jiān)持以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將終身學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)理念融入教學(xué)過程中，同時(shí)結(jié)合相關(guān)工程背景，構(gòu)建了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容層次化、過程化，教學(xué)方式多樣化虛實(shí)結(jié)合的工程教育模式，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、工程設(shè)計(jì)意識(shí)和工程實(shí)踐能力。