仿真实验应用于化工原理教学的思索

2014-04-16侯彦涛王小林

科技视界 2014年13期

侯彦涛王小林

（河南省医药学校，河南开封 475000）

化工原理是我校药物制剂专业及相关专业的一门专业基础课程，该课程以化工传递过程的基本理论和工程方法论为两条主线，系统地讲授了化工生产过程中常见单元操作的工作原理、相关设备的工艺结构和具体的操作过程，在整个教学体系中起着承上启下的重要作用[1-2]。随着时代的发展、科学技术的进步和教育理念的革新，尤其是计算机技术的飞速发展，对教学思想、教学方法和教学手段提出了全新的要求和挑战。在这样的形势下，化工原理课程传统的教学方法和教学手段也在进行着新的尝试与改革，把计算机仿真实验运用于化工原理课程的教学将成为一种趋势[3]。

化工仿真实验利用现代计算机建模与仿真技术，对生产过程系统进行数字仿真，建立虚拟的操作环境，同时营造类似于工厂控制室的教学环境，训练学生分析问题、解决问题和故障处理的能力，是一种先进的教学手段。

1 仿真实验的优点

1.1 直观性

仿真实验可以模拟实验实训全过程，形象逼真生动、简明易懂，既有科学性又富有趣味性，便于学生在较短的时间内了解实验单元的操作方法和操作技巧[4]。通过模拟开车、停车、正常运行以及发生事故时所涉及的参数及数据的变化，明白正常状态、事故发生状态以及事故处理的规律和方法，加深学生对化工生产装置操作过程的了解和对其功能把握，巩固所学知识。

1.2 可操作性

由于实验室的设备的规模及内容有限，同时受教学时数的限制，很多情况下一些实验被简化、调整甚至放弃。有时某些实验采取教师演示操作学生观看或者几个学生一组的合作实验，每个学生得到单独操作练习的机会很少，这样会造成学生对知识点的理解不够透彻，动手能力得不到应有的锻炼，甚至所学内容与实际应用相脱节，教学效果会受到一定程度的影响。利用仿真实验，学生可以在仿真软件上反复进行设备的开、停车及事故处理训练，直到操作技能达到要求，这在实际生产过程中和实验室中是难以实现的。

1.3 安全性

对于化工原理课的一些实验，学生由于之前预习不充分或者课堂上开小差，经常会出现由实验操作失误现象，轻则影响整个实验教学进度，重则还会危害教师和学生的身体健康，造成严重的教学事故。例如：离心泵的启动或关停的误操作会引起离心泵电机的烧毁；吸收塔操作失误则会引起氨气泄露等安全事故。在教学的过程中使用仿真实验，即使学生在仿真计算机上进行误操作时也不会发生人身危险，同时也不会造成仪器设备、仪表、元件破坏和环境污染等经济损失。

1.4 经济性

化工原理实验设备一般价格高、体积大，而仿真实验只需将软件安装在电脑上即可运行，且在使用过程中，仿真实验没有实验设备的日常维护和实验药品的消耗，在达到了实验教学效果的同时，还能减少教学投资，节约实验场地。

2 仿真实验的不足

任何事物具有双面性，仿真实验应用于教学有利也有弊，在教学过程中我们发现了仿真实验有以下三个不足之处。

2.1 真实生产与仿真实验存在较大差别

仿真实验操作的模拟性和程序化与生产现场操作的灵活性、不可预见性还有相当的距离。以仿真实验过程的离心泵操作实验为例，仿真软件可以模拟离心泵的操作顺序，在操作顺序出错时，软件会报警提示，而在实际生产过程中，泵在启动前要盘泵，检查密封装置及润滑油的液位等，而仿真系统中这些操作步骤是没有的。同时真实生产过程中存在大量的不可预见性的问题，需要操作人员凭借丰富的经验和技术迅速反应并及时果断处理，而仿真实验只是实际生产装置的简单化处理。

2.2 减少学生应对突发事件的机会

而在实验实训中遇到仪器故障、突发问题等，会使学生增加克服困难的训练机会，提高学生解决问题的能力。而仿真实验室的条件相对理想，减少了学生应对突发事件、排除故障及对实验仪器的常规检修的机会，又由于仿真实验所得到的数据也是程序设置好的，也减少了使学生通过实验数据进行误差分析这一环节体验，同时也减少了对整个实验过程的反思及寻找可用的经验和过失机会。

2.3 不利于学生安全生产观念的培养

仿真实验带有游戏色彩，学生在电脑面前通过鼠标和键盘来操纵生产过程时没有压力，完全可以处于轻松的心理状态，操作失误时可以通过重新再做来弥补前次操作的过失，很难体会现场实际操作的紧张及工作压力，不利于增强学生安全生产的高度责任感、紧迫感。因此，要让学生真正掌握化工生产操作技能，了解化工生产安全问题的重要性，提高分析判断和处理的问题的能力，还必须与实训实验相结合。