徐曉多

(吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化工與材料技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132013)

高職院?！痘卧僮骷夹g(shù)》(化工原理)課程是化工技術(shù)專業(yè)群的職業(yè)核心課程，課程以“三傳”為主線，研究化工生產(chǎn)中各單元操作的基本原理、設(shè)備及過程操作參數(shù)的調(diào)節(jié)及控制等。

傳統(tǒng)《化工單元操作技術(shù)》課程教學(xué)以理論教學(xué)為主，輔助開展部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)[1-2]，學(xué)生的動手能力，對實(shí)際生產(chǎn)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(xué)改革的深入，《化工單元操作技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的效果凸顯[1-2]，高職院?！痘卧僮骷夹g(shù)》中相關(guān)的實(shí)操項(xiàng)目、仿真項(xiàng)目也逐步開設(shè)，學(xué)生的動手能力得到一定提高，但仍存在著理論與實(shí)踐脫節(jié)、實(shí)踐項(xiàng)目選擇不當(dāng)、操作機(jī)械等問題。2019年，國務(wù)院印發(fā)《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》(職教20條)，“到2020年，職業(yè)院校實(shí)踐性教學(xué)課時原則上占總課時的一半以上”，同時要求，適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+職業(yè)教育”發(fā)展要求，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方式方法”。因此，在教學(xué)層面，如何做到工學(xué)結(jié)合，充分利用實(shí)踐教學(xué)優(yōu)勢，選擇與生產(chǎn)過程對接的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、整合實(shí)操項(xiàng)目、虛擬仿真項(xiàng)目優(yōu)勢，提高課程人才培養(yǎng)質(zhì)量，著眼于學(xué)生的終身可持續(xù)發(fā)展是亟待解決的問題。本文分析了實(shí)際裝置與虛擬仿真的優(yōu)點(diǎn)，針對于不同的教學(xué)任務(wù)如何充分利用優(yōu)勢互補(bǔ)，形成理-虛-實(shí)一體化的教學(xué)模式，并以課程模塊3物料分離單元操作與控制項(xiàng)目2工業(yè)酒精提純?nèi)蝿?wù)4精餾塔穩(wěn)定運(yùn)行及控制為例，闡述該模式的具體實(shí)施過程，通過實(shí)踐探索采用這種模式能有效的提高學(xué)生的知識與技能水平，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面提高。

1 實(shí)操教學(xué)與仿真教學(xué)的比較

真實(shí)的化工單元操作過程存在著一定的風(fēng)險性，涉及高溫、高壓的操作環(huán)境、操作過程需嚴(yán)格按操作標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，微小的失誤不及時處理將會引起較大的事故。因此實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的選取受實(shí)驗(yàn)耗材、設(shè)備購置、環(huán)保等諸多因素制約。

1.1 虛擬仿真

化工仿真是通過數(shù)學(xué)模型的方法建造一個與真實(shí)系統(tǒng)相似的操作控制系統(tǒng)，模擬真實(shí)的生產(chǎn)裝置，再現(xiàn)真實(shí)生產(chǎn)過程的實(shí)時動態(tài)特性，可通過計算機(jī)自主操控的軟件系統(tǒng)。

本課程采用的是北京東方仿真集團(tuán)開發(fā)的3D仿真軟件。采用虛擬仿真教學(xué)，操作系統(tǒng)接近于真實(shí)生產(chǎn)，教學(xué)過程安全性高，可重復(fù)性高，學(xué)生上手容易，對項(xiàng)目操作過程熟練度不足的部分可反復(fù)針對訓(xùn)練，可隨時暫停講解理論內(nèi)容；然而長期模擬真實(shí)生產(chǎn)過程，對參數(shù)敏感度下降，易產(chǎn)生麻痹心理，學(xué)生往往單打獨(dú)斗，對協(xié)作能力培養(yǎng)不足。

1.2 實(shí)操教學(xué)

本課程采用的是與秦皇島博赫有限公司聯(lián)合開發(fā)的流體輸送、傳熱、精餾、吸收等單元操作裝置。采用真實(shí)的實(shí)操裝置，模擬生產(chǎn)真實(shí)情境，2～3名同學(xué)小組協(xié)作完成項(xiàng)目操作，實(shí)操裝置使學(xué)生對單元操作設(shè)備及過程能有直觀的感性認(rèn)識，有真實(shí)的體驗(yàn)感，學(xué)生互動性強(qiáng)，尤其鍛煉現(xiàn)場的突發(fā)的情況鍛煉突發(fā)事故的處理能力，責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)人刭|(zhì)。

受教學(xué)安全等要求限制，設(shè)備規(guī)模及DCS操作系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)有一定差距，某些危險性較高的事故無法再現(xiàn)，實(shí)踐操作時間長、風(fēng)險性高的項(xiàng)目操作過程中理論滲透難度大。

2 教學(xué)模式

理虛實(shí)一體化教學(xué)是指利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、仿真教學(xué)軟件、實(shí)操實(shí)訓(xùn)裝置將理論教學(xué)、虛擬仿真與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。依據(jù)項(xiàng)目及任務(wù)特點(diǎn)，任務(wù)實(shí)施過程中：

(1)學(xué)生利用課程網(wǎng)絡(luò)平臺，完成任務(wù)預(yù)習(xí)。

(2)授課過程中：①風(fēng)險性低的任務(wù)先進(jìn)入實(shí)操環(huán)境，實(shí)際操作熟悉操作標(biāo)準(zhǔn)，滲透理論知識，然后通過仿真實(shí)操，提升DCS系統(tǒng)操作技能，深化理論；②風(fēng)險性中、操作時間長的任務(wù)先以仿真模擬項(xiàng)目為載體，熟悉操作標(biāo)準(zhǔn)，掌握DCS操作，滲透理論知識，然后通過現(xiàn)場實(shí)操，體驗(yàn)真實(shí)工作環(huán)境，提升技能，深化理論；③風(fēng)險高的任務(wù)通過仿真系統(tǒng)，完成理論與技能操作學(xué)習(xí)。課程模塊3項(xiàng)目2實(shí)踐載體應(yīng)用情況如表1。

表1 模塊3項(xiàng)目2教學(xué)任務(wù)及載體設(shè)計

(3)最終通過考核檢測學(xué)習(xí)效果，課后利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行任務(wù)拓展。

3 應(yīng)用案例

學(xué)生在模塊3項(xiàng)目2任務(wù)1-3學(xué)習(xí)過程中，知識方面掌握了精餾的設(shè)備、原理、進(jìn)料熱狀況等內(nèi)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(chǔ)上進(jìn)行任務(wù)4精餾塔穩(wěn)定運(yùn)行與控制，下面以此任務(wù)4為例，說明教學(xué)實(shí)施過程中理虛實(shí)一體化教學(xué)模式的具體應(yīng)用。

3.1 教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：(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(yīng)用；

能力目標(biāo)：(1)能根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求調(diào)整回流比，保證產(chǎn)品的質(zhì)量與精餾塔穩(wěn)定運(yùn)行；(2)能根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)確定產(chǎn)品產(chǎn)量，保證精餾塔穩(wěn)定運(yùn)行。

素質(zhì)目標(biāo)：(1)培養(yǎng)學(xué)生具有良好的安全意識；(2)培養(yǎng)學(xué)生具有良好的質(zhì)量意識；(3)培養(yǎng)學(xué)生具有法治意識，理解自由的相對性；(4)培養(yǎng)學(xué)生具有人與自然平衡意識；(5)培養(yǎng)學(xué)生具有較強(qiáng)的組織管理、溝通協(xié)調(diào)、團(tuán)隊(duì)合作及獨(dú)立工作能力；(6)培養(yǎng)學(xué)生具有健康的心理，能夠承受較強(qiáng)的工作負(fù)荷及工作、生活中的各種壓力。

3.2 教學(xué)實(shí)施過程

(1)課前：學(xué)生登錄課程網(wǎng)絡(luò)平臺，預(yù)習(xí)任務(wù)內(nèi)容，完成任務(wù)點(diǎn)與相關(guān)測試。

(2)課中：任務(wù)4精餾塔穩(wěn)定運(yùn)行與控制教學(xué)實(shí)施過程中，依托虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)裝置，對接真實(shí)生產(chǎn)過程，開展教學(xué)，按照安全生產(chǎn)、產(chǎn)品產(chǎn)量的確定、產(chǎn)品質(zhì)量的主要影響因素序化教學(xué)環(huán)節(jié)與內(nèi)容。

表2 模塊3項(xiàng)目2任務(wù)4 教學(xué)實(shí)施過程

(3)課后：

完成相關(guān)內(nèi)容測試，鞏固深化理論知識。

(4)效果分析

模塊3項(xiàng)目2任務(wù)4精餾塔的穩(wěn)定運(yùn)行與控制的理-虛-實(shí)一體化教學(xué)模式的實(shí)施過程中，首先，學(xué)生以仿真軟件操作為載體認(rèn)識到什么是回流比與物料衡算，依據(jù)系統(tǒng)給定參數(shù)能進(jìn)行回流比與產(chǎn)品流量的調(diào)節(jié)，引申到如何確定回流比與產(chǎn)品產(chǎn)量，然后以實(shí)操裝置為載體，依據(jù)給定的生產(chǎn)任務(wù)，確定實(shí)際裝置的回流比與產(chǎn)品產(chǎn)量，進(jìn)行實(shí)際裝置操作，測定產(chǎn)品濃度，適當(dāng)調(diào)整回流比。任務(wù)實(shí)施過程中，對物料衡算與回流比的知識由知道到會運(yùn)用，回流量和產(chǎn)量的調(diào)節(jié)從保證安全生產(chǎn)的前提下，在虛擬仿真中會調(diào)節(jié)且到實(shí)操裝置會調(diào)節(jié)再到根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量變化會調(diào)節(jié)，對知識的理解及設(shè)備的操作技能一步步提升，安全、質(zhì)量、協(xié)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(jié)語

化工單元操作技術(shù)課程采用理-虛-實(shí)一體化教學(xué)模式，以教學(xué)過程對接生產(chǎn)過程，按照教學(xué)項(xiàng)目或任務(wù)的風(fēng)險性、操作時長等，合理安排授課載體，依托仿真軟件+實(shí)操裝置，理-虛-實(shí)結(jié)合，虛擬仿真與是操作裝置優(yōu)勢互補(bǔ)，學(xué)生能夠在任務(wù)實(shí)施過程中理論知識、操作技能遞進(jìn)式深化，學(xué)習(xí)興趣提升，綜合素質(zhì)得到明顯提高。