侯珂珂

（许昌学院化学化工学院，河南许昌461000）

1 引言

实践教学是巩固和加深对理论知识认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。对于以培养高层次应用型人才为宗旨的应用型本科院校来说，实践教学环节尤为重要，但在实践教学过程中，由于受到实验实训条件、安全等方面的因素制约，实践教学环节的教学过程和效果还不尽如人意[1-3]。为了适应二十一世纪社会发展对人才培养的要求，加强实践环节，改革实践教学方式方法，国家教育部高教司于2013年下文在全国构建国家级的虚拟实验教学中心，建设一批具有示范、引领作用的虚拟仿真实验教学中心，持续推进实验教学信息化建设，推动高等学校实验教学改革与创新[4]。因此，开展虚拟仿真在化学化工类专业实践教学中的应用探索具有重要的意义。

2 高校化学化工类专业实践教学现状

由于化工过程的复杂性，化工类实训实践教学的开展面临着重重困难，究其原因主要是校内实践基地建设面临很多问题：①化工生产装置复杂庞大，购置具备完整功能的试验设备需要投入的资金较多，硬件、维修场地的要求较高；②化工操作条件苛刻，如高温、高压等，操作危险性较高；③生产中所涉及的原料通常是易燃、易爆、有毒的化学试剂，对操作环境及周围环境影响较大。

而学生校外企业实践也存在一些问题。由于化工企业的生产过程具有复杂性和一定的危险性，在实习期间，一般不允许学生动手操作；开车、停车操作不会由于学生的训练而随意进行；工厂是以完成生产任务、获得经济效益和保证安全为目的，不会因学生的介入而调整生产工艺条件。此外，化工设备自动化程度高，很多生产过程看不见、摸不着，实习效果差，致使单纯的校外企业实践很难达到预期的效果。

3 虚拟仿真实验概述

虚拟仿真实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上建立部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果[5]。

虚拟仿真实验由于形象逼真，给枯燥的实验教学带来了生机，使学生的学习资源更加丰富，学习形式更加多样化，现已成为教育领域的研究热点[6]。

3.1 虚拟仿真实验的特点

虚拟仿真实验有如下几个特点[5-8]：

（1）使学生学习更具沉浸性。虚拟仿真平台可模拟生产中流量、温度、压力、液位、组成等数据的生成或变化，使学生得到非常逼真的操作环境，在近似真实的实验环境中去认识，操作其中的虚拟设备，体验实验的真实过程。

（2）交互性。仿真软件具有较强交互性，提供快门设定、工况冻结、成绩评定、事故设置、报警记录等各项功能，在虚拟实验中学生可以利用鼠标、键盘或其它物理设备操作虚拟设备，而虚拟设备同样会像现实中一样表现出其实验现象，使学生体验到身临其境的感觉。

（3）开放性。由于互联网技术的发展，虚拟仿真实验可以以WEB的方式发布到网络上，学生可以通过网络化平台完成，不受时间、空间的制约，在寝室、校园内或家中随时、随地通过用户名和密码登录系统进入虚拟实验室完成实验项目。

（4）扩展性。可以对虚拟设备进行灵活配置和组合，而且相关软件升级和更新方便，学生能够对虚拟设备进行二次开发。

3.2 虚拟仿真实验的局限性

“仿真”毕竟是虚拟的，因而存在一些局限性。目前化工仿真软件操作界面通常为二维平面，并非3D仿真，缺乏立体感，无法产生真实的临境感受；仿真训练时，学生按照操作规程机械地点击按钮，并不能像真实训练中真正的用手去抓，去连接，去倾倒。虚拟仿真实验只能完成逼真的演示效果，对学生动手操作能力的培养欠缺，所以仿真操作不能完全代替实际操作。

4 虚拟仿真在实践教学中的应用

鉴于虚拟仿真实验的特点及其局限性，通过对近年来本科院校化工类实践教学现状分析及我校的实际情况，我们构建了虚拟仿真与真实训练相结合、校内实训与校外企业实训基地相结合的化工类专业实训实践教学模式，上述方式有机结合，相互促进，共同强化提高学生的实践能力及综合素质的培养。

目前我院利用400万元资金建设了化工虚拟仿真实训中心、校内化工类工程实训基地，把学院实践教学平台提升到了一个新的高度。校内化工类工程实训基地以实际化工生产工艺为模板，百余件工业生产设备为基础，结合自动控制技术，把生产自动控制技术与虚拟仿真技术有机地结合起来。

上述实训实践教学平台建设完成后，已用于2011级化学工程与工艺专业三个班77人的化工生产实训及虚拟仿真实训实践课程教学，取得了较好的教学效果：①增加了学生的学习兴趣：虚拟仿真教学系统采用二维可视动画技术展现了设备、仪表、化工单元过程的内部结构与状态，形象直观，使学生的学习积极性大大提高；②提升了学生的职业技能：上述实践教学模式弥补了企业实习只能看不能动，不能参与生产与管理的弊端，真正实现了从操作到管理系统工程的训练。

上述虚实结合实践教学平台应用后，我们对77名学生进行调查显示，几乎一致认为该实践教学平台能显著提高动手实践能力及其职业素养。

5 结论

虚拟仿真实验与真实实训相结合的实践教学模式在化学化工类实践教学中取得了很好的教学效果，能较好地弥补以往实践教学模式的不足，明显增强学生实践能力的培养，不仅解决了实训中学生动手操作机会少、不能随意开停车及事故处理操作等问题，而且促使学生更系统全面地掌握专业知识，从而更好地培养学生分析和解决实际问题的能力。

[1]胡剑慧.应用型本科院校实训中心的问题及其对策研究[D].上海：华东师范大学，2007.

[2]卢琴芳，严平，汤明.地方高校化工专业“四位一体”实践教学模式的探索[J].化学教育，2014（2）：15-17.

[3]钟宏，韩响铃，刘有才，等.矿业工程化学虚拟仿真实验教学中心“四位一体”建设模式的探索与实践[J].实验技术与管理，2014，31（9）：10-14.

[4]中华人民共和国教育部高等教育司.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[EB/OL].教高司函[2013]94号，2013-08-13.

[5]吴新华，万强.虚拟实验在高校教学中的应用[J].萍乡高等专科学校学报，2013，30（6）：91-94.

[6]徐岚.虚拟仿真实验在计算机专业实验教学中的应用探索与研究[J].牡丹江教育学院学报，2013，142（6）：150-152.

[7]胡征.高校虚拟仿真实验教学模式的研究[J].高校论坛，2014（13）：184-185.

[8]周燕.虚拟仿真技术在大学物理实验教学中的应用[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2008，22（5）：106-109.□