应用型本科高校中化工虚拟仿真实验教学探索

广２０４　东化工　２０１６年第２０期　ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　第４３卷总第３３４期　应用型本科高校中化工虚拟仿真实验教学探索　吴锋景，刘小娟，邓继勇，张何　（湖南　学院化学化Ｉ：　院，湖南湘潭４１１ｌＯ４）　［摘　要】以信息技术和计算机技术为基础的虚拟仿真教学是实验教学资源的重要补充。分析了开展化工虚拟仿真实验教学的必要性，虚拟仿　真实验教学的特点。介绍了湖南工程学院化学化工学院虚拟仿真实验的建设思路、建设目标和建设内容，并结合教学情况总结出虚拟仿真教学　的缺陷，并提出了对应的解决方案。　［关键词］虚拟仿真；化学化工；应用型本科；实验教学　［中图分类号】Ｇ６４２　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】ｌｏ０７—１８６５（２０１６）２０—０２０４．０２　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ　Ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ　Ｗｕ　Ｆｅｎｇｊｉｎｇ，Ｌｉｕ　Ｘｉａｏｊｕａｎ，Ｄｅｎｇ　Ｊｉｙｏｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｅ　（Ｈｕｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｇｔａｎ　４　１　１　１　０４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｎｌｂｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ａｃｔｕａｌ　，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｉｇｎｉｉｃａｎｃｅ　ａｎｄ　ｌｆ？ａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｖｉｒｔｕａｌ　ａｎｄ　ｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｔｈｅ　ｇｕｉｄｉｎｇ　ｔｈｏｕｇｈｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｇｏａｌ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｖｉｒｔｕａｌ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｉｎ　ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆｖｉｒｔｕａｌ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｗａｓ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：、１ｉｔｕａｌｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ＝ｃｈｅｍｉｓｔｗ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅ　ｕｎ＿、’ｅｒｓｉｔｉｅｓ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　随着汁算机和Ｍ络技术的发展，虚拟仿真技术ｌｌ｛益成熟，他　得借助虚拟装置发符进行实验教学成为可能，　实物、令数　化　动态模　及３Ｄ虚拟现实仿真技术能将传统化一ｆ：装置的硬件功能　软什化，这给实验敦学带来了深刻的变化　ｌ。ｌ。敦　部印发的《敏　育信息化｝　年发展规划（２０１卜２０２０年）》明确提出建市虚拟仿真　验室的构想，　《敦育部芙于开展国家级虚拟仿真实验教学【ＩＪ心建　支Ｊ－ｌｌｆｔ的通知（敦两刊函【２０１３１９４号）》确立了虚拟仿真实验　ｆ１　建　．设　作的指导思想：虚拟仿真实验教学是高等教何信息化建设平【　】实验敦学示范ｒｆ］心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度　融合的产物。要求　高校分年度建设一批具有示范、引领作州的　虚拟仿真实验敦　Ｉｆ】心，持续推荐教学信息化建设，推动高等学　校实验教学　革　刨新。湖南工程学院化学化　Ｉ：学院针对化　验教学ｌ１］　的川题，根　应用型奉科院校的璎求及特点，对虚　拟仿真实验救学进ｆ＝ｒ　Ｊ　仃旖的探索。　表１虚拟仿真实验教学与其他教学方法对比　Ｔａｂ　１　Ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｖｉｒｔｕａｌ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　１化工虚拟仿真实验教学探索的必要性　现代化　炎企业　产规模日益增大、自动化程度ｋｔ益提高，　且生产过　存　高温、高　、易燃、易爆等危险，这就要求我们　的　仪具仃宽　的　沦基础和较强的实践技能，还要求学牛　能何效的将汁算机技术平【１竹息技术融合到化工生产过程中。乃・　吱践性赴心丌】）　化Ｌ：类本科人才培养的显著特点，对学　的实验操作技能有较高的要求，但实际的化工类实训实验教学过　程的开展阿临着霞重　难：（１）化工反应条件常常是高温、高压，　原料易燃、易爆、柯毒，学生实验操作仔在一定的安伞隐忠：ｆ２）　化工设备装置庞人，复杂，建设完整功能的实验场所资金投入多，　且实验过程　能耗，化学原料消耗费用高：ｆ３）化工牛产过程中产　牛酸、碱、　金属等有海仃害物质，污染环境：（４）化　企业生产　的复杂性和危险性，学　业实践不允许动手操作，且现代化　设备　动化　度一　，部分牛产过程看不见，摸不营，学乍　习效　果簟。ｉｔ　足｝｝１ｆ｝　述　．部分“四高”（高能耗、高消耗、岛污　染、高危险）化　实验　实验室难以开展，目前Ｊ二厂实爿资源少，　效粜义１　珊想。ｌｘｌ￣１－１：，旰展化工虚拟仿真实验教学的探索具柯　，虚拟仿真实验教学具有以卜特点：（１）经济、安全、尢污染。　虚拟仿真实验依托计算机乖ｌ　络技术，ｎ：Ｊ嘘拟的环境ｔｆ１开展　验，　将化Ｔ实验室的危险实验交拿化，　实验经济化，台污染的实　验环保化；（２）学＞ｊ方式史具仃趣味性。虚拟仿真平台町模拟生产　过程中的化学反应、流量、　力、温度、液位等数据，学生通过　鼠标和键盘调节各种参数米控制化学反心，使学生征近似真实的　环境中去认识、操作其ｌ１ｊ的虚拟设备，体验实验的真实过程。这　种类似于“玩游戏”式的学习方法更　ｌｆ『趣味性，有利丁提高教　学效果和提升教学质量　Ｊ：（３）交互性。虚拟仿真软件　有较强的　交互性，提供快门设定、　ｌ：况冻结、成绩评定、事故设置、报警　记录等各项功能，在虚拟实验＿｝ｊ学　¨叮以利用鼠标、键艋等操作　虚拟设备，而虚拟设备间样会像　实ｌ十】‘样表现出实验肌象，使　学生体验到身临其境的感觉。（４））ｒ放性。学习对象开发，无论是　学习者、探索眢还是爱好者，甚　敦师都ｕＪ　以享用：形式开发。　无沦何时何地，只要有网络和ｌ计算机，理论上都可以登录实验平　台进行学习：资源开发，学＞］【｝ｊ可以｛Ｅ３ｔ　台上自主查阅文献，选　择实验项目，设计实验程序，输入和改变操作参数，并进行自我　评价和互评等　ｌ。　３我校化工虚拟仿真实验建设情况　３　１建役思路　我校化Ｔ虚拟仿真实验敦学以社会经济发展对应用型化学化　上ｔ￣－ｊｋ人才的需求为导向，以培养　订人化］　视野的刨新性　－，　Ｉ７．　应ＪＨ型人才为目标，以湖南省　通商等　：校“十二五”重点建设　学科一应用化学和湖南Ｔ程学院“　’重点学科一染整工程　为依托，以“重基础、宽口　、强实践、擅应用”为指导思想，　确立了“夯实基础、培养能力、汁重创新、一　学习、内外开放”　的实验教学理念，将实验教学和理论教　放征同等重要的地他。　按照“大下台、人数　、人化ｌ：”的　念，建立：一个具仃开放性、　前瞻性、示范性的虚拟仿　实验教学人、　。学生、合作个、ＩＩ，人　要意义。　２虚拟仿真实验教学的特点　拟仿　吱验址指依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数　库干¨网络通讯等披术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，　让学牛　虚拟环境一｛Ｉ外腱实验，达到教学大纲璎求的教学门的的　教学活动。虚拟仿　实一ｉＡ．，－．／ｔ象逼真，学习内容丰富多彩，学　形　式多变，给｝　燥的　敦　：和实验敦学带来Ｊ　生机．现已绎成为　教育　域的研究热　。　［收稿¨期】２０１６－０９．１７　［作者简介］　锋墩（Ｉ９７８．），粥，岳ｌｊ¨人，博士，湖南工程学院化学化　学院虚拟仿真实验中心主任，　真实验教学研究。　要从事金属材料腐蚀与ｂＪ料电化学方面研究和虚拟ｔ　！（）Ｉ６年笫：（）期　笫４３卷总第３３４期　Ｊ　力　化　ｒ　＼ＶＶＣＷ．ｇｄｄｌｅｍ．ＣＯＩ１１　故仃需求的　Ｊ：会人㈠　］．以迎过网络进入巾心吱验　ｆ　，进　拟仿　汁摸拟，吱　吱验敦学资源　合、虚拟化干¨』　，　脱　合『Ｉ｛Ｊ吱验敦　：琐式刨新。　３．２址ｉＩ｝¨怀　我　化１：　拟ｆ『Ｊ　仗验敦学建波以培养　础９，１１Ｉ｝Ｉ｛Ｌ　丈，动ｒ　能　的　』ｌＪ型人才为　本Ｆ１　，分　为以卜≤个分ｌ｛　：（Ｉ）构　化学化Ｉ：慌拟ｆ『Ｊ　吱螗　ｔ台．扩人实验敦学范　ｌ，　化　验敦　效　，为后续染　虚拟仿真实验　台、心Ｊｔ　Ｊ化　、　：　拟仿　实验、ｒ　嗅定肚　｛。（２）培养ｒ　批既懂化学化＿ｊ＝　＇ｌｋ￣ｔ１识，义懂　观代　络　ｉ息技术和计算机技术的敦ｌＪ』１ｊ，促进敦　ｊ科研；（３）越　３．３３台戚　系统仿真史验　台　合ＪＪ坛氨系统足典型的化丁１２．艺，该ｆＪＪ　ｌｆｔ系统利Ｊ】川　机Ｊ、　拟　现　｝盘术、多媒体仿真技术对实物　桥世仃ｆ『Ｊ　拟，将　尔的　化ｌ：过程分觯为　型的　兀操作，迎过ＤＣＳ　操　Ｈ１ｍｌ，ｊ苴仃　化　过　典　单７Ｌ操作过程的开　／ｉ　戍ｉｆ！似　Ｉ、’　　系统　、弥补Ｊ　传统　习学　光　亲自动—　操作的小足，他　、ｆ　成　工艺　删、操作环境、托制系统、　处　仃Ｊ　的　。　成氩系统仿白　史验、　台包括转化Ｔ段仿　验、　化１：段仿　验和合成工段仍真丈验。　过十奁企合作、　敦融合等，拨挥仿　实验教学　心的／Ｊ　池　射作　川．为小地【　，ｊ　令肯ＬＬ］吼院校、卡Ｈ父企业提供　３．３　没　容　找　拟俯　实验孝｛［学内容的建设怂　本科培球，Ｊ　的折　卜，　斗｛ｊ廊的　建没　口胁已有的实验、　ｆ｝仃化ｊ：　叫　验仍　、卜台、化Ｉ　操　几吱验仿　平　干ｕ合　验俯　、ｆ　３　３．１化Ｊ　压ｊ理　丈验ｆｎ　、　ｆ　、　台　璎也批离心泵特性曲线测定、流帚讣的｜人　，ｉｉ、　ｆ｛］校Ｉ　流体　力系数测记、他热（水一蕉汽）实验、传热（ｊ　一　验、　粕馏（乙孵一水）　验、精　（乙醇一内酹）实验、吸收（　．水）　验、ｊ　陬司『ＪＪ支收　验、ｒ燥　验和板框过滤实验。学生可以通过Ⅱ顺Ｊ纠喊　校　ｘｑ通过　份认址和授权后，ｎＪ．以灵活地自主学　ＪｆＩ　】验操　，　厅俺　Ｉｉ　实验空　丈验之前对　止匕实验的基本原Ｊ・ｉｌ　、　验力’浊、　琏小操作　１江意　坝等进　预习。　图Ｉ流体阻力仿真实验　Ｆｉｇ　Ｉ　Ｆｈｌｉｄ　Ｉ＇ＣＳｉＳ［ａＩ１ｃｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅ￣　ｉｆｎｅ　３．３　２化ｌ：０　兀操ｆ１　吱验ｆ』Ｊ　ｆ　化Ｉ．ｔ丫Ｌ　７七操作　艾验仍　‘台以　维劬ｌＨ　形式描述　矫内：￣　ｚ　ｔ，９１　缃干¨　』』　他改　的物料、能　天系．学牛叮通过戳　ｆｉｉ＝ｔｌ｝ｌ｛：谍作、　凋１　操　元　顺Ｊ：艺参数术控圳哎衔，通过这种　操『１＝，　以玳确把　哎　的内外部站构和　［怍原理，　【：艺操　作　止　劬　骑仍　平　包　川歇式反应釜Ｉ仍　、　炉　ｔ　厄仿Ａ、』Ｋ缩机　厄仿　、流化床反应器单元ｆ／Ｊ　、…定球反　』、　器１：　、按＝』＿÷ｌ器　仿　、液位Ｊ　ｅ，ｔ，０系统Ｉｐ√Ｌ　、　锦　１：艺仿　、竹』　ＪＪ¨热炉Ｔ：艺仿真干¨离心泵　元仿　。　图３　合成氨净化工段仿真实验　Ｆｉｇ　３　Ｐｕｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ａｍｍｏｒａｉａ　ｐｈｍｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｍ。ｉｍｅｎ　４虚拟仿真实验的局限性　虚拟仍　匕电足　拟的，　牛小能Ｉ　¨＆拔触　，无　ｆ　丈　感受化　，｛　产或　验过　，　能像　％歧　）Ｊｉ　ｂＳ＇ｆ；－上划　、搬　ｆ１１１Ｊ二　』　，　此雁拟仂　哄验对学　ｊ－ｅ￣）Ｊ　ｒ能／ＪｆＩ＇ＪＪＩ＇）ｉ球“　久缺，　容埸造　｛　论０史践脱　所以．　世　拟似　舱　过　ｔｌ１．一　ｔ婴求持“虑填　合，　丈１、啦”的　．仃设刊川　ｊ、箍拟ｆＤ　ｉ，￣、－　．ｚｊ术，仕之与　实验　ｈ　，ｍ　１、造Ｊ垃ｉ　Ｊ　脱１　ｌ　。　５结束语　以信息技术和计算机技术为本埙ｑ，ｔ￣ｉｌｌ１　１，１（Ｊ瞻拟仿　丈验敦学，　Ｊ　信　川　代商等教育开发办学、资源，、Ｉｔ：　Ｉ＇ｌ｛ｊ变・‘　求，为　｝是探索性学习、自主实验提供　进　将　分　吱验车　难　，ｒ展或无法开腱的丈验变得可　，攫－　Ｊ　敦　胍　，ｈ÷ｆ丁　敦　ｆ段，为实验敦　改节和实验审建　』ｆｆ｝添Ｊ　Ｊ￣ｌｔ－，ｊｊ力【　。　找　嚏拟仿　吱验建设以应　型人／ｊ‘培球　甘　，将虚拟仿　验　入化ｌ　Ｉ、Ｊ　实验课　体系，幸勾筑』　３　１＼』、　拟ｆＪＪ｝　验、卜台，　利　噬拟仿真实验和实验室实验　为补允．化进找段化ｉ：人才的　蚺　参考文献　［１］许、　，罗雄麟．优化实践教学体系培芥艇俞　八ｄ…　丈验书研究　。　探索．２０１３，３２（７）：】７５．１　７７．　［２］剧爱尔，ｆ厌，杨红晓．仿真技术Ｊ、　刖ｊ－．化１．　艾舱敦　的刨新　跋　　ｌＪｊ．文验技术与管理，２００７．２４（３）：８４．８６．　【３］宋建争．李建军，张永强化～　虚拟仿　螺验教　：探索　践ｌ　Ｊ１．教学　研究，２０１４，３７￣３）：ｌＯ７．１０９　［４】侯珂珂．Ｊ　、拟仿真　化学化工粪专、ｆ　践毂　’ｊ　｝－的心ｊＨ探索　』研究　［ＪＪ．安徽化１．，２Ｏｌ　５，４ｌ（３）：９５．９６．　【５　州『，　ｊ骁Ｅ，郛翠梨，等．建设　水、ｒ“化　’　ｔ　ｌ：啦拟仿ｌ　０史验敦　学…ｔ心”的　路与探索Ⅲ．高等理科教　．　（１ｌ５（６）：ｌＯ！一ｌ０６．　【６］蒋锡榴．运用化Ｔ虚拟仿　系统强化化　骑教　…．　尔化１　．　２０１６，４３（１】）：２８１　［７］土ｌ　，胡今鸿，ｉ０　：．国外高校虚拟ｆ『Ｊｌ　｝　蝓教　、　：观　Ｉ　Ｊ技艇ｌ　Ｊ１．吱　验窀酬：究与探索，２Ｏ１５，３４（５１：２１４—２ｌ９．　（本文文献格式：吴锋景，刘小娟，邓继勇．等．应用型本科高校　中化工虚拟仿真实验教学探索［Ｊ］．广东化工，２０１　６，４３（２０）：　２０４—２０５）