仿真技術在高校化工教學中的應用

（山東工業職業學院，山東淄博市，256414）武永愛

2020年度山東工業職業學院教科研項目,立項編號:202001,名稱：基于“金課”理念下，多元融合的混合式教學模式改革與創新研究--以《綠色焦化生產》為例。

根據化工課程的教學特點，將化工仿真模擬技術引入到化工課程的教學實踐中，使較抽象的教學理論形象化，從而縮短了課程教學理論與教學實踐的距離。仿真模擬工藝的交互性強，為教學提供了豐富的媒體素材支持，也為改進化工專業教學實踐提供了有利條件。如何有效地提高學生的操作能力，改善教學條件，一直是教育工作者關注和探索的問題。本文著重對仿真技術在化工教學中的實際應用及教學中應注意的問題進行了探討，以期促進仿真技術在高校教學中的推廣。

1 仿真技術特征

所謂的仿真技術主要指的是一種多種學科有機融合的綜合性技術，以控制論、系統論、相似原理以及信息技術為基礎部分，把計算機以及相關設備作為所需工具，把設想的系統借助計算機內的模型進行動態化的試驗。在化工教學中，仿真技術指的是化工仿真技術，其主要是借助計算機設備，利用仿真系統再現化工的過程。

1.1 為教學提供有效的媒體素材

通常而言，在傳統的教學方法中，教師通常更重視理論知識的講授，促使學生喪失學習的興趣。仿真技術的應用可以使枯燥的理論知識形象化，使學生積極參與課堂知識的學習，提高課堂教學的效率。同時，模擬技術的應用可以使學生見證化工生產過程，保證整個實驗過程在可控范圍內，教師可以在學生觀察媒體材料時講解重點和難點知識，提高教學質量。

1.2 理論與實踐的有機結合

化工教學作為一門工程科學，非常重視解決實際問題。然而，在處理具體問題的過程中，會涉及到很多復雜的方面，學生在理論知識學習中需要改變思維習慣，學會通過科學分析復雜的影響因素來確定解決問題的正確方法。仿真技術可以實現理論與實踐的結合。例如，在模擬實驗室中，學生在實驗預習和操作過程中，可以像專業生產現場一樣，通過不斷的模擬實踐，逐步了解和掌握化學實驗操作的步驟。

2 化工原理教學

在高職學院的化學工程課程中，教師需要確保學生完全了解相關的化學知識，還對化學工程有深刻的了解。隨著高校化學工程專業人數的增加，化學工程教育中出現的學生越來越多，但實驗設備卻很少增加，這對化工教育的質量產生了負面影響，因為有些學生無法參加實際的實驗過程。但是，通過將仿真模擬技術應用于實驗課程中的化學工程原理教學中，學生可以使用計算機的仿真模擬操作系統的演示來了解實驗中的所有環節，并熟悉操作的過程。

3 儀器分析教學

儀器分析是化工及相關專業的必修課程，特別是儀器分析是一種研究方法，主要用于測定物質狀態，并對其進行質量監控與研究。此外，儀器分析可以使某些復雜的化學反應得到簡化。以往的教學實施模式主要是教師講授和一些理論知識的展示。由于上課時間有限，學生很難理解和記憶儀器是如何操作以及操作原理的，這種現象在一些精密儀器的學習中尤其明顯。例如紫外分析儀，學生缺乏實際操作的機會，對于機器的使用方法和操作原理都是一知半解。

儀器分析模擬系統使學生有機會清楚地了解儀器的內部結構。模擬教學設備運行的全過程，一方面有利于提高教師教學效率，另一方面學生對教學設備運行的認識也更加清晰。特別值得注意的是，模擬并不意味著完全沒有現場實習，學生的現場觀察還是很重要的，通過對大型機器操作過程的親自觀察，學生可以更好地掌握所學的知識。比如在DCS這個控制系統的應用中，通過實地調查，把看與做結合起來，學習效果必然事倍功半。

4 化學工藝教學

化工技術是化工專業的一門基礎課，主要學習化工基礎、化工設計等方面的基本知識。一般情況下，教師在講授知識時，往往采取單邊灌輸的講授方式，要求學生死記硬背某些過程，這種講授方法降低了學生的學習熱情，使學生失去學習興趣。與之相比，化工仿真課可以更有效地調動學生的學習興趣，學生可以通過DCS畫面模擬各種工藝過程，可以根據需要改變參數，尋找更有效、更理想的工藝路線。

5 化工實習教學

為了提高學生的實踐能力，高校經常會組織學生到各化工企業參加化工實習，但是在化工實習過程中存在很多不穩定因素影響化工教學的實施。主要是復雜的生產流程，以及產品和原料易燃易爆的危險性，在導致學生在實習過程中受到各種限制，因此很難獲得實際的操作經驗。

同時，受到實習基金的限制，高校化工教學很難為學生提供足夠的實習時間。因此，仿真模擬技術的發展和應用改變了高校化工實習的現狀，高校化工實習教學可以通過仿真技術模擬和再現化工企業的生產流程，使學生能夠充分了解并加深對化學生產方面的知識。

但是，模擬技術不能完全替代工廠實習。高校可組織學生先去化工企業參觀學習具體的生產流程，對化學工業有初步的了解之后，再通過仿真模擬實驗的教學，使其能夠對化工生產的流程和相關操作更快的進行掌握。

6 化工仿真教學注意的問題

仿真教學不能脫離理論課程而單獨存在，理論與實踐相結合才能使學生從整體上掌握化工仿真軟件設備的總體布局。把學過的理論和實際相對應，在學過的理論上加上老師的指導，學生學好這一部分的內容是很自然的事。在具體操作過程中，要有計劃地、有針對性地進行化工模擬，不能僅僅依靠軟件的總體布局，因為化工生產線是由多條線相互聯接而成的，所以必須清楚聯接線，尤其是主要幾條線的聯接方式和聯接走向。從細節上把握系統的聯接結構，可以有效地避免盲目的機械操作，將盲目的模仿變為有目的的主動操作。

（1）要建立相應的評估體系，這種評估體系要根據學生應用軟件的情況來確定。對學生進行多方面的評價，如學生的實驗態度、實際操作情況、最終成績的取得等。

（2）培養學生的學習興趣也很重要，比如在進行模擬實驗時，可以讓學生進行興趣小組競賽，激發學生的課堂學習熱情，從而提高學習效率。

7 結束語

綜上所述，將模擬技術引入化工教學過程，使抽象的教學理論形象化、具體化。這一教學模式能夠充分調動學生的學習積極性，使學生的實際操作能力得到提高，對提高學生的學習效率，培養學生的實際操作技能起到了重要作用。