“化工單元操作技術”課程理-虛-實一體化教學模式實踐研究
——以“精餾塔穩定運行及控制”為例

徐曉多

(吉林工業職業技術學院 化工與材料技術學院，吉林 吉林 132013)

高職院校《化工單元操作技術》(化工原理)課程是化工技術專業群的職業核心課程，課程以“三傳”為主線，研究化工生產中各單元操作的基本原理、設備及過程操作參數的調節及控制等。

傳統《化工單元操作技術》課程教學以理論教學為主，輔助開展部分驗證性實驗[1-2]，學生的動手能力，對實際生產中的事故的分析問題及解決問題的能力提高有限，隨著高校教學改革的深入，《化工單元操作技術》課程實驗實訓的效果凸顯[1-2]，高職院校《化工單元操作技術》中相關的實操項目、仿真項目也逐步開設，學生的動手能力得到一定提高，但仍存在著理論與實踐脫節、實踐項目選擇不當、操作機械等問題。2019年，國務院印發《國家職業教育改革實施方案》(職教20條)，“到2020年，職業院校實踐性教學課時原則上占總課時的一半以上”，同時要求，適應“互聯網+職業教育”發展要求，運用現代信息技術改進教學方式方法”。因此，在教學層面，如何做到工學結合，充分利用實踐教學優勢，選擇與生產過程對接的實訓項目、整合實操項目、虛擬仿真項目優勢，提高課程人才培養質量，著眼于學生的終身可持續發展是亟待解決的問題。本文分析了實際裝置與虛擬仿真的優點，針對于不同的教學任務如何充分利用優勢互補，形成理-虛-實一體化的教學模式，并以課程模塊3物料分離單元操作與控制項目2工業酒精提純任務4精餾塔穩定運行及控制為例，闡述該模式的具體實施過程，通過實踐探索采用這種模式能有效的提高學生的知識與技能水平，促進學生素質的全面提高。

1 實操教學與仿真教學的比較

真實的化工單元操作過程存在著一定的風險性，涉及高溫、高壓的操作環境、操作過程需嚴格按操作標準執行，微小的失誤不及時處理將會引起較大的事故。因此實訓項目的選取受實驗耗材、設備購置、環保等諸多因素制約。

1.1 虛擬仿真

化工仿真是通過數學模型的方法建造一個與真實系統相似的操作控制系統，模擬真實的生產裝置，再現真實生產過程的實時動態特性，可通過計算機自主操控的軟件系統。

本課程采用的是北京東方仿真集團開發的3D仿真軟件。采用虛擬仿真教學，操作系統接近于真實生產，教學過程安全性高，可重復性高，學生上手容易，對項目操作過程熟練度不足的部分可反復針對訓練，可隨時暫停講解理論內容；然而長期模擬真實生產過程，對參數敏感度下降，易產生麻痹心理，學生往往單打獨斗，對協作能力培養不足。

1.2 實操教學

本課程采用的是與秦皇島博赫有限公司聯合開發的流體輸送、傳熱、精餾、吸收等單元操作裝置。采用真實的實操裝置，模擬生產真實情境，2～3名同學小組協作完成項目操作，實操裝置使學生對單元操作設備及過程能有直觀的感性認識，有真實的體驗感，學生互動性強，尤其鍛煉現場的突發的情況鍛煉突發事故的處理能力，責任擔當等素質。

受教學安全等要求限制，設備規模及DCS操作系統與實際生產有一定差距，某些危險性較高的事故無法再現，實踐操作時間長、風險性高的項目操作過程中理論滲透難度大。

2 教學模式

理虛實一體化教學是指利用網絡教學平臺、仿真教學軟件、實操實訓裝置將理論教學、虛擬仿真與實踐教學相結合。依據項目及任務特點，任務實施過程中：

(1)學生利用課程網絡平臺，完成任務預習。

(2)授課過程中：①風險性低的任務先進入實操環境，實際操作熟悉操作標準，滲透理論知識，然后通過仿真實操，提升DCS系統操作技能，深化理論；②風險性中、操作時間長的任務先以仿真模擬項目為載體，熟悉操作標準，掌握DCS操作，滲透理論知識，然后通過現場實操，體驗真實工作環境，提升技能，深化理論；③風險高的任務通過仿真系統，完成理論與技能操作學習。課程模塊3項目2實踐載體應用情況如表1。

表1 模塊3項目2教學任務及載體設計

(3)最終通過考核檢測學習效果，課后利用網絡平臺進行任務拓展。

3 應用案例

學生在模塊3項目2任務1-3學習過程中，知識方面掌握了精餾的設備、原理、進料熱狀況等內容，技能方面掌握了精餾塔的開車操作基本步驟及溫度、壓力控制方法，在此基礎上進行任務4精餾塔穩定運行與控制，下面以此任務4為例，說明教學實施過程中理虛實一體化教學模式的具體應用。

3.1 教學目標

知識目標：(1)掌握回流比的確定、影響及選擇；(2)掌握全塔物料衡算方程的應用；

能力目標：(1)能根據產品質量要求調整回流比，保證產品的質量與精餾塔穩定運行；(2)能根據生產任務確定產品產量，保證精餾塔穩定運行。

素質目標：(1)培養學生具有良好的安全意識；(2)培養學生具有良好的質量意識；(3)培養學生具有法治意識，理解自由的相對性；(4)培養學生具有人與自然平衡意識；(5)培養學生具有較強的組織管理、溝通協調、團隊合作及獨立工作能力；(6)培養學生具有健康的心理，能夠承受較強的工作負荷及工作、生活中的各種壓力。

3.2 教學實施過程

(1)課前：學生登錄課程網絡平臺，預習任務內容，完成任務點與相關測試。

(2)課中：任務4精餾塔穩定運行與控制教學實施過程中，依托虛實結合的實訓裝置，對接真實生產過程，開展教學，按照安全生產、產品產量的確定、產品質量的主要影響因素序化教學環節與內容。

表2 模塊3項目2任務4 教學實施過程

(3)課后：

完成相關內容測試，鞏固深化理論知識。

(4)效果分析

模塊3項目2任務4精餾塔的穩定運行與控制的理-虛-實一體化教學模式的實施過程中，首先，學生以仿真軟件操作為載體認識到什么是回流比與物料衡算，依據系統給定參數能進行回流比與產品流量的調節，引申到如何確定回流比與產品產量，然后以實操裝置為載體，依據給定的生產任務，確定實際裝置的回流比與產品產量，進行實際裝置操作，測定產品濃度，適當調整回流比。任務實施過程中，對物料衡算與回流比的知識由知道到會運用，回流量和產量的調節從保證安全生產的前提下，在虛擬仿真中會調節且到實操裝置會調節再到根據產品質量變化會調節，對知識的理解及設備的操作技能一步步提升，安全、質量、協作、人與自然平衡意識，承壓能力，法治、自由核心價值觀意識全面提到提升。

4 結語

化工單元操作技術課程采用理-虛-實一體化教學模式，以教學過程對接生產過程，按照教學項目或任務的風險性、操作時長等，合理安排授課載體，依托仿真軟件+實操裝置，理-虛-實結合，虛擬仿真與是操作裝置優勢互補，學生能夠在任務實施過程中理論知識、操作技能遞進式深化，學習興趣提升，綜合素質得到明顯提高。