化工仿真实训系统在高职教学中的应用探索.docx

化工仿真实训系统在高职教学中的应用探索石聪文姚发业杜淼梁玮(山东教育学院化学与化工系 , 山东 济南 250013)摘要 :化工仿真实训是一种新的高效的教学方法 ,它能够解决学生下工厂实习难 、不能动手操作的问题 。可以使学生不进工厂就能实际了解化工生产装置的生产和操作过程 ,通过实际动手 ,完成对生产装置实际操作的培训 。仿真实训教学与传统下 工厂实习相结合是提高学生学习效率 、培养学生综合能力的有效途径 。本文综述了化工仿真实训系统的特点及研究进展 ,就化工仿真实训的教学规律进行了探索 。关键词 :化工仿真 ;实训 ;实习 ;教学中图分类号 : g718 . 5文献标识码 :a文章编号 :1008 2816 (2008) 03 0081 03高等职业技术教育主要特征一般表现在 : 培养目标的应用性 、专业设置的职业性 、人才规格的 复杂性 、教学内容的实际针对性 、教学过程的实践性等 。因此 , 实践环节在高职教学中占有非常重要的地位 。目前 ,大多数院校通常采用让学生在校内实 验室实验和下工厂传统实习两种途径来培养学生的动手能力 。就下工厂传统实习而言 , 由于正常操作的设备都是密闭的 ,无法看到内部结构 、运转 工况 。同时由于化工生产过程存在危险性 , 工厂方面顾及安全和效益 ,一般不允许学生动手操作 ,所以下工厂传统实习效果普遍不好 。学校由于缺 乏经费 ,难以承受不断上涨的实习费用 ,学生实习难已经成为困扰学校的普遍性问题 。仿真实训技 术是解决以上难题的一种比较理想的方法 。仿真实训教学可以使学生不进工厂就能实际了解化工生产装置的生产和操作过程 , 通过实际 动手 ,完成对生产装置实际操作的培训 ,巩固所学知识 ,锻炼独立工作能力 ,实现学习理论与实践的 统一 ,从 而 提 高 教 学 质 量 , 为 企 业 输 送 合 格 的 人才 。国内许多化工技校 、中专 、高职和大学争相采 用仿 真 实 训 系 统 , 取 得 了 较 好 的 辅 助 教 学 效和探索 。随着山东教育学院招生规模的不断扩大 , 我 们充分认识到仿真实训教学是提高职业教育质量的一个有效方法和途径 , 但怎样进一步提高仿真实训教学质量 , 成为急待解决的课题 。传统的教 学方法 、模式显然不能达到课程教学和目前形势的要求 。因此 ,对于仿真实训操作环节的教学 ,我 们应该更新教育观念 ,改变教学方式 ,研究新的教 学方法来提高教学质量和效率 ,以适应社会 、企业对职业教育的要求 。 首先我们分析一下仿真实训的特点 , 以便更具针对性的实施 、组织教学 。1 化工仿真实训的特点化工仿真实训系统为辅助化工实验教学而 设计的软件包 ,通过计算机模拟真实的实验操作 , 用实时运行的动态数学模型代替真实工厂进行教学实习的一门新技术 。是培养学生在化工生产过 程中的操作能力的一种特殊实验方式 。集化工原理、化工仪表、化工工艺于一体 ,是化工专 业比较 理 想 的 通 过 计 算 机 来 实 现 的 仿 真 操 作 软件 。使学 生 能 快 速 地 掌 握 如 何 操 作 化 工 单 元 过 程 ,熟练地测定 、整理实验数据 , 而且可以提高学生对化工原理理论课程的学习兴趣 。与传统的下 厂单一生产实习相比 ,仿真实习有如下特点 :1 . 1 化工仿真实训的优点果1(49 - 50) 。但如何根据教学实际和专业特点科学地利用仿真实训技术 ,合理安排仿真实训内容 ,提高实践环节的教学效果和质量 , 仍需进一步研究收稿日期 :2008 04 09作者简介 :石聪文 (1979 ) ,男 ,山东平度人 ,助教 ,硕士 。82 石聪文等 :化工仿真实训系统在高职教学中的应用探索2008 年第 3 期(1) 实验模拟可以模拟传统实验过程 ,形象生动 、简明易懂 , 既有科学性又富有趣味性 , 有利于 在较短的时间内使学生了解实验单元操作的方法和技巧 。(2) 为学生提供了充分动手的机会 。可在仿 真机上反复进行开车 、停车训练 。这在真实工厂中是难以实现的 。从而可以很好地培养学生动手能力 。(3) 实验模拟可以快速完成耗费时间很长的 实验 ,并可不断地重复各个实验过程 ,有利于提高实验教学效果 ,降低实验运行费用 。(4) 实验模拟可以按实验者的意图任意改变 “实验条件”,模拟非正常的操作 ,设定各种事故和极限运行状态 , 提高学生分析能力和在复杂情况 下的 决 策 能 力 。而 这 些 实 习 工 厂 根 本 不 允 许 进行 。(5) 实验模拟可以清晰地观察实验的变化规 律 ,使学生获得更多的感性认识 ,学生变成学习的主体 。可以根据自己的具体情况有选择地学习 。 例如 :自行设计 、试验不同的开 、停车方案 。优化操作方案等 。有利于培养学生理论联系实际的能 力 。而工厂考虑到生产安全及正常生产计划 , 决(3) 无法实现对不同设备的拆装技能和力度训练 。这些功能将来可能通过虚拟现实技术来实 现 。2 化工仿真实训的教学规律2 . 1教学思路 仿真实训教学是一种新的教学方法 , 有其特殊的 教 与 学 的 规 律 。从 教 学 规 律 和 训 练 规 律 来 说 ,在学生的认识过程中 ,感性认识的获得是以一定的实践为基础的 。而通过学习所掌握的理论 ,最终要回到实践中去经受检验 。因此 , 只有科学 地利用仿真技术 ,合理安排实习过程 ,才能达到良 好的教学效果 。生产实习的目的是让学生了解工厂的实际情况 ,对不同的工艺流程有所了解 ,同时提高学生动 手操作的能力 , 所以在实习环节中仅用仿真软件对学 生 进 行 培 训 也 是 不 够 的 。因 此 我 们 的 思 路 是 :2 . 1 . 1 下工厂见习 。运用仿真技术进行实习教学 ,必须 以 实 际 生 产 过 程 为 基 础 , 学 生 在 学 习 了化工原理、化学工艺学、化工制图、化工仪 表及其自动化等课程后 ,掌握了化工生产的基本 理论知识 ,但没有经过实践 ,还不具备综合应用理论知识的能力 。先深入工厂进行见习 ,通过见习 ,学生可以了解各种化工单元设备的结构特点 、空 间几何形状 、工艺过程的组成 、控制系统的组成 、管道走向 、阀门的大小和位置等 ,使学生建立起一 个完整的 、真实的化工过程概念 , 建立直观印象 ,然后采用仿真教学手段 , 补充学生在企业实习中不能动手的缺陷 。2 . 1 . 2 熟悉工艺流程 、控制系统及开车规程 。在 见习的基础上 , 采用授课的方式结合相关的专业 知识和仿真软件使学生对将要仿真实习的单元操作或生产过程的工作原理 、工艺流程 ,包括设备位号 、检测控制点位号 、正常工况的工艺参数范围 、 控制系统的原理 、阀门及操作点的作用以及开车(43 - 44) 。不允许这样做2(6) 仿真软件提供快门设定 、工况冻结 、时标设定 、趋势记录 、报警记录 、参数设定等特殊功能 ,便于教师实施各种新的教学与培训方法 。真实工 厂无法实现 。(7) 高质量的仿真器具有较强的交互性能 ,学 生在仿真实习过程中能够发挥主动性 , 实习效果 突出 。(8) 仿真软件具有自动评价功能 ,对学生掌握 知识的水平随时进行测评 。在下厂实习中 , 一位教师无法同时跟踪众多学生进行测评 。(9) 安全性 。其一 ,学生在仿真计算机上进行 事故训练不会发生人身危险 ; 其二 ,不会造成设备破坏和环境污染等经济损失 。因此 , 仿真实习是规程等知识具有详细的了解4(18 - 19) 。引导学生自一种非常安全的实习方法31 . 2仿真实训的局限性(69 - 70) 。学操作理论并掌握操作规程及要点 。2 . 1 . 3 仿真实习操作训练 。在下工厂见习 、熟悉 流程和开停车规程的基础上 , 可以进入仿真实训课程学习 。这是一门实践性和操作性非常强的课程 ,教学过程要求注重分析能力和动手能力的培 养 ,所以在教学过程中 ,需特别强调学生要用工程 观点来处理实际操作过程中出现的问题 , 充分发(1) 缺乏现场感 。由于高档图形工作站价格昂贵 , 当前的仿真实习系统还难于实现化工过程 的三维动态示警功能 ,无法产生真实的临境感受 。(2) 由于目前的仿真技术还不够成熟 ,因此模型精度不高 。总第 127 期山 东 教 育 学 院 学 报83 挥化工仿真软件的优势 ,采取多种形式 ,尽量让学生通过自己学习 、摸索 、互相讨论 、研究解决实际 问题来初步掌握复杂的工艺过程机理和先进的控制系统操作技能 , 教学过程注重学生学习的自主 性和独立性 , 而教师只是组织者和促进者 。贯彻教师主导作用与学员主体作用相结合原则 , 充分 挖掘学生的智慧潜能 ,从而激发学生的创造力 。为了达到较好的学习效果 , 我们可以将实训 内容划 分 若 干 单 元 , 从 简 单 、单 一 的 操 作 单 元 开始 ,循序渐进 ,逐渐过渡到综合性单元系统的操作 实训 ,进而完成一种产品生产的操作过程 。例如 , 在学生学完化工原理等专业基础课之后 , 安排一次仿真单元实训 ,利用两周的时间对离心泵 、换热 器 、液位控制系统等单元过程进行仿真操作训练 ,本阶段学习着重培训学生对装置及系统开车 、停 车 、事故处理等过程的操作方法和操作技能 。在同学们首次接触仿真开车时 , 难免出现顾此失彼 的局面 。我们可以采取“同步教学法”, 即由教师 统一指挥 ,全体学生跟随老师的指挥 ,同时把各自的工艺过程由冷态状况开至正常工况 。然后让学 生自己反复练习冷态开车 ,教师辅导 ,这种方法可以激发 学 生 的 学 习 兴 趣 , 提 高 仿 真 实 习 的 效 率 。 在冷态开车较为熟练的基础上 , 进行事故处理能力的训练 。每个仿真单元都包括多个事故 。教师 可以挑选其中有代表性的事故讲解处理方法 , 让 学生了解事故产生的原因 ,危险如何扩散 ,会造成什么后果 。在学完化工工艺等专业课以后再安排 一次复杂单元反应过程和某种产品的生产过程的仿真实训 。利用三周时间完成间歇反应 、连续反 应 、管式加热炉 、锅炉 、固定床反应 、流化床反应等单元和合成氨装置的训练 。本阶段注重培养学生 现场应变能力 ,各变量之间的协调控制能力 ,掌握 时机 、利用时机的能力 ,以及对将要产生的操作和控制后果的预测能力等 。通过反复多次训练 , 提题 ,目的在于启发学生理论联系实际 , 拓展思路 。在教师的指导下 ,通过分析讨论 ,启发学生有意识 地联系相关课程所学的知识 ,如化工原理 、物理化学 、化工机器 、化工工艺以及相关专业课程等 , 从 而将所学的实践知识结合理论知识进一步理解 。2 . 2教学内容 仿真实训教学内容具有工业生产实际背景 ,紧密结合化工专业基础课 , 对相关的理论内容 、背 景和意义作了扩展加深 , 将理论教学与实践教学相结合 , 培养学生理论联系实际的思维方式 。以 二元精馏仿真实训为例 , 其工业背景是大型乙烯 装置的一部分 脱丁烷塔 , 可视为二元精馏体系 , 这正是化工原理课程中涉及到的最重要 的单元操作之一 。在仿真实训中 , 以灵敏板温度和加热蒸汽流量为参数构成串级调节系统进行质 量流量的控制 。学生通过调控系统的操练 , 不仅加深了对灵敏板温度是精馏操作中控制产品质量 的重要手段这一概念的理解 , 同时也了解到实际 生产中的串级调节方法 , 很好地将理论知识与实际情况结合起来52 . 3教学方式(88 - 89) 。仿真实 训 教 学 改 革 了 传 统 的“教 师 讲 , 学 生录”的方式 , 在教师启发引导下 , 学生自行上机训 练 ,学生可以随时调出开车成绩显示图以及报警记录检查自己的操作是否符合操作规程 , 教师可以通过健盘设置事故 , 要求学生根据现象分析思 考 , 采取相应措施排除故障 。仿真教学是一种包括感觉 、运 动 、思 维 等 多 通 道 综 合 作 用 的 教 学 方法 , 交互性和学生学习主动性增强 , 教学气氛活 跃 , 教学效果提高明显 。3仿真教学方法的改进针对 仿 真 实 训 的 局 限 性 我 们 提 出 了 改 进 方 法 。3 . 1充分发挥计算机多媒体教学信息量大 、效率 高 、便于维护的特点 , 拓宽仿真教学内容 ,开设选修实验 , 以扩大学生的知识面 , 开扩视野 , 满足不 同层次 、不同专业学生的学习需求 。3 . 2持续完善仿真实验室设施 。使学生上机预 习 、学习 、复习仿真实验内容与操作 , 使仿真教学走出课堂 ,在时间和空间上得到延伸 ,实现开放式 教学 。高综合能力和仿真实习效率4(18 - 19) 。在仿真实训课程的后期 , 设置单元测试 。考试的单元随机抽取 。这样可以督促学生充分利用生产实训时间掌 握更多的工艺过程 ,提高解决实际问题的能力 ,为将来走上工作岗位打下良好的基础 。2 . 1 . 4 分析 、讨论与思考 。分析和讨论是仿真实 习重要的环节 。实训过程中所碰到的各种现象 , 只有通过讨论才能提高到理性高度加以认识 , 为此 ,对于每一个仿真实训项目都给出了许多思考(下转第 92 页)3 . 3将仿真实训与下工厂实习92 杨俊杰等 :植物抗虫基因工程的研究2008 年第 3 期advances on the insect - resistance gene engineering of plantyang j unjieyu huiminzhang hailong( department of biological science and technology , shandong institute of education , ji nan 250013 , china)abstract : the insect pest is one of major causes resulting in the reduction of agricultural output . the solution to this problem is largelydependent on the development of plant gene engineering. this essay reviews action mechanism of several frequently used plant insect - resistance genes and their application in developing transgenic plants. moreover , it discusses the latest progress , potential problem and countermeasure of insect - resistance gene engineering of plant .key words :plant ; insect - resistance of plant ; gene engineering(上接第 83 页) 相结合 。大多数学生认为最好是仿真实训与下工厂实习相结合 。仿真实习不能完全 取代实际工厂实习 。可将仿真实习作为见习和生产实习的环节 ,结合学生下工厂实习 ,安排 12 周校 内仿真实训 , 以减少下工厂时间 , 节省实习经费 。实践证明 ,在计算机上进行仿真实训 , 能充分调动 学生学习的主动性 ,培养学生综合能力 ,大大提高 实践教学效果和水平 。4学生综合能力培养化工仿真再现真实的化工系统 ,模拟生产中流 量 、温度 、压力 、组成等数据的生成和变化 ,学生在操作过程中通过观察 、联想 、识别 、探索 , 从感性到理性 ,从直观到思维 ,极大地激发了学习的积极性 、 主动性 ,培养感受理解能力 、观察思维能力 、自主学 习 能 力 、实 际 操 作 能 力 、分 析 和 解 决 问 题 能习过程中必须全神贯注 ,通过对动态过程的综合分析 ,协调好各种控制手段 ,根据反应所处不同阶段 的温度采取相应措施 ,并预测控制结果 ,才能自如驾驭整个反应过程 。这种综合能力只有通过反复训练才能获得65结束语(99 - 100) 。仿真实训是一种新的高效的教学方法 ,它能够解决学生下厂实习难 、不能动手操作的问题 。在高 职教学中应用将有利于教学水平的提高 。参考文献 :1王玉强. 仿真在化工职业教育中的应用j . 辽宁教育行政学院学报 ,1998 , (23) .刘雁. 新版化工仿真实习教学探索j . 贵州科技工程职业学 院学报 ,2007 , (2) .李凤华. 仿真实习在高职教学中的应用j . 辽阳石油化工高等专科学校学报 ,2002 , (18) .张恭孝 ,杨荣华 ,孟庆建. 利用仿真技术提高专业实践教学效 果j . 中国现代教育装备 ,2004 , (12) .毛磊 , 童仕唐 , 梁文懂. 化学工程 专 业 仿 真 实 践 教 学 的 探 讨j . 高等理科教育 ,2