高校化工虚拟仿真实验中学生工程实践能力培养.pdf
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1、 ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.26 No.3 Jun.2023 高校化工虚拟仿真实验中学生工程实践能力培养韦贻春,蓝 平(1.广西民族大学 化学化工学院;广西多糖材料与改性重点实验室,广西 南宁 530006;2.广西高校化学与生物转化过程新技术重点实验室,广西 南宁 530006)摘 要:分析了高校化工学科所面临的实验实训现状,主要包括学生工科基础薄弱、学科发展不均衡、实训实习条件受限、经费投入不足等方面,制约了学生工程实践能力的培养和提升,提出建设虚拟仿真实验室的
2、必要性。针对高校化工专业学生工程实践能力培养存在的问题,提出构建虚拟仿真实验教学、虚拟仿真实习实训、虚拟仿真模拟设计三层次的仿真实验实训工程实践能力培养体系,以获得提高学生工程实践能力的效果。关键词:化工专业;虚拟仿真;工程实践能力中图分类号:G482 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.03.024Training of engineering practice ability of college students in chemical virtual simulation experimentWEI Yichun,LAN Ping(1.S
3、chool of Chemistry and Chemical Engineering;Guangxi Key Laboratory Cultivation Base for Poly-saccharide Materials and their Modification,Guangxi University for Nationalities,Nanning 530006,China;2.Key Laboratory of Chemical and Biological Transformation Process of Guangxi Higher Edu-cation Institute
4、s,Nanning 530006,China)Abstract:The present situation of chemical engineering experiment and training in college is analyzed in this paper,it mainly includes the weak foundation,unbalanced development,limited conditions of practical training and practice,insufficient funds and so on,which restrict t
5、he training and promotion of the students engineering practice ability,the necessity of constructing virtual simulation laboratory is put forward.In view of the problems existing in the training of engineering practice ability of chemical engineering students in college,in order to improve students
6、engineering practice ability,a three-lev-el engineering practice ability training system of virtual simulation experiment teaching,virtual simula-tion practice training and virtual simulation design is proposed.Key words:chemical engineering and technology;virtual simulation technology;ability of en
7、gineer-ing 收稿日期:2021-03-22 修改日期:2022-08-31作者简介:韦贻春,硕士,高级实验师,主要从事实验教学与管理工作。E-mail:123421479 通讯作者:蓝平,博士,教授,主要从事化工课程教学及管理研究。E-mail:41663175 基金项目:广西中青年教师基础能力提升项目(项目编号:2017KY0171)。高校化工工程教育培养了大批化工工程科技人才,有力支撑和保障了我国现代化化工行业发展的需求。化工科技日新月异,带动社会快速向前发展,随之而来的是行业对人才的高标准和高要求,不仅只是停留在专业理论基础知识的掌握程度,而更加看重是否具有更强的工程实践能力,
8、即应对复杂的实际工程问题体现出来的个人综合素质。针对如何培养高校化工学生的工程实践能力,韦贻春,等:高校化工虚拟仿真实验中学生工程实践能力培养很多高校教育工作者进行了积极思考和探索实践,虽然也取得了一定的成效,但是工程教育作为高校工科教育的薄弱环节,仍然面临很多的困难和问题,比如在学生培养过程中重理论轻实践,学校对工科经费投入不足,学生实践实习受到诸多限制等,导致他们在工程设计、创新、综合能力等方面的培养存在不足1。因此,在高校化工工科教学中,如何有效培养学生的工程实践能力已成为亟待解决的问题。1 广西民族大学化工实验实训教学现状1.1 民族学生工科基础薄弱广西民族大学(以下简称:我校)是地方
9、院校,少数民族学生占比达 50%以上,有壮、汉、苗、瑶、侗等 53 个民族成分。学生来源也具有较强的地域性,大部分都是来自穷乡僻壤的山区或是少数民族地区,这些地区经济发展缓慢,相对贫穷落后,环境闭塞,教育资源匮乏,学生得不到全面发展,综合素质能力偏低,动手能力差,缺乏发展工程实践能力须具备的逻辑思维、抽象思维以及创造性思维。1.2 学科发展不均衡国内部分地方高校,仍然存在着重文轻理的现象,尽管学科发展的年限也不短,在专业设置上仍然存在明显偏文科,理工科少,甚至无理工科的特征2。我校文科优势明显突出,理工科发展相对滞后,化学工程与工艺专业直至 1995 年才开始正式招生。而实验教学作为化工学科重
10、要的教学内容,由于受到学科发展不均衡的影响,水平难以提高。1.3 经费投入不足学校投入理工科经费不足限制了化工仪器设备的数量和质量。现有的实验条件勉强能够维持教学的一般要求,达不到人均台套数量 4 人/台的教学标准,甚至个别实验只有一台设备。致使大部分学生在进行实验时不能亲自动手,仅仅在旁观看或者是记录数据,撰写实验报告,学生得不到有效的实践操作,教学质量和效果差。1.4 实训实习条件受限化工是一门具有超强实践性的学科,判定学生对本专业掌握程度的高低,首先应从其工程实践能力水平高低来进行考量3。而进入工厂企业的生产实习是提高工程实践能力的重要途径,由于实际生产过程的复杂性和无法预料性,化工类实
11、习实训教学的开展十分艰难。(1)由于化工生产装置庞大,工作条件苛刻(高温高压,易燃易爆),学校很难提供校内生产实训基地;(2)由于化工生产过程的复杂性,操作起来有诸多危险因素,在车间里,学生不能随意操作,不能尝试调整生产工艺条件后的实际效果。实习效果达不到预期的目标,也无法满足学生实践工程实践能力发展的需求4。2 开设化工虚拟仿真实验实训的必要性地方院校教育事业蓬勃发展,不断为本民族地区输送了一批又一批的高级综合型人才,为服务地方经济社会贡献了力量,广西化工事业的发展有赖于地方高校培养的化工专门人才。由于化工企业的转型和内涵式发展,生产规模不断扩大,自动化程度逐步增长,行业对人才的需求标准也越
12、来越高,不仅要求具有扎实的理论基础和较强的实践技能,而且还要具备在实际生产过程中解决各类复杂问题的工程实践能力5。但是由于地方高校受到学科发展不均衡、经费不足等诸多因素的限制,化工设备配备不足,实训实习条件受限等,导致化工实验实训教学效果差,学生工程实践能力得不到提升。针对我校面临的实际情况,利用虚拟仿真技术直观、随时随地可以操作的优势,可以满足化工专业学生进行实习实训教学的部分要求6,助力学生工程实践能力和创新能力的发展和提高。利用虚拟仿真实验,学生可以通过在逼真的化工单元操作环境中自由练习,快速理解整个单元的详细流程,还能亲自动手对各个参数如温度、流量、压力、液位、组分等进行设置,让他们对
13、不同生产单元的操作过程和注意事项有更宏观、细微和深透的了解,形成了对生产实际深刻的认识7。依靠虚拟仿真技术,实现校园虚拟实训基地的设立,学生就可以避开存在高温、高压等安全隐患的实际生产现场,在这种虚拟逼真的环境中进行操作练习,利用半实物、全数字化动态模型及 3D 虚拟仿真技术,模拟车间正常运行、开停车以及各类事故、故障的紧急处理,可以有效培养学生分析和解决生产操作中各种问题的能力8。3 构建多层次虚拟仿真实验实训工程实践能力培养体系3.1 利用单元操作虚拟仿真实验,强化学生工程理念从事化工实验教学多年,发现学生在进行实验时,普遍存在的问题就是为了实验而实验,把实验当成是一项任务来完成,态度不够
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