精馏仿真课程在中职教学中的应用研究

汪玉琴

[摘           要]  從化工仿真出发，介绍化工单元精馏仿真操作在中职教学中的作用，结合“教学内容，合理安排”“角色扮演，适应岗位”和“因材施教，全面提高”三个教学维度，阐述中职精馏仿真实训课程有效教学的实施方法。

[关    键   词]  化工仿真;精馏仿真;有效教学

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2020）46-0188-02

化工仿真实训是用计算机模拟化工生产的实训项目，主要用于化工生产装置操作人员的开车、停车、故障处理等过程的操作方法和操作技能的培训[1]。通过化工仿真软件，学生可在逼真的环境中，深度理解化工工艺知识以及熟练掌握操作技能。

我校化工单元操作课程的主要内容是化工原理单元操作，它是以传递过程原理和研究方法为主线，研究各个化工生产过程的基本规律、过程操作、设计典型设备及调节原理等[2]。如果学生只是单纯听老师讲理论知识，而没有进行实际操作，很难理解其真正的工作原理，因此，在化工单元操作课程教学中加入一些化工仿真实训操作就非常有必要了。

一、精馏仿真在中职教学中的重要性

虚拟仿真是利用计算机组建一个系统平台，模仿另一个真实环境并在虚拟软件系统中进行操作和运行，从而更好地达到教学活动的沉浸性和交互性[3]。目前，我校已完成的化工虚拟仿真软件有CO2压缩机、精馏塔、固定床反应器、管式加热炉等单元，其目的是使学生通过化工仿真实训，提高学习主动性，增强自主学习能力。同时，还可以尝试利用虚拟场景来生动、形象地展示实训装置、实验现象及结果，实现对实训数据的信息化处理，以提高学生对化工单元操作课程学习的积极性和高效性。由于化工生产操作过程复杂，工艺条件严格并伴有高温、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等众多不安全因素，化工仿真可模拟真实的化工环境，为学生提供安全、经济的学习环境，并且仿真学习可在短时间内提高学生的操作水平，因此，它是化工企业和职业教育所认同的先进的、高效的现代化培训手段。对化工生产过程中最重要的传质单元操作——精馏塔，在该仿真实训中，学生操作精馏塔的开车、停车过程， 可加深对工艺知识的理解，掌握精馏塔开车、停车的基本操作，熟悉关键参数的调控方法[4]。通过模拟精馏塔操作过程中不当操作如淹塔、漏液等故障产生的严重后果，可以满足学生的求知欲望，同时，增强其安全责任感[5]。这些内容的模拟，是对实训室真实实训的补充，将理论与实践结合并应用所学专业知识分析、解决化工实训中出现的问题，提高学生的实操能力，培养勇于探索的创新精神，增强按规程操作的安全责任意识和良好的工作习惯。这些为中职生今后进入企业奠定了基础。

二、精馏仿真在中职教学中存在的问题

化工仿真对实训教学在一定程度上有辅助作用，但缺乏对仿真实训的全面诠释。仿真实训课程的建立本应按照“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，实现真实实训不具备或难以完成的教学功能。虽然通过精馏单元仿真培训能够提高学生在逼真的环境中操作技能，但如何展开教学才能完成教学目标，实现虚实结合，经课堂教学研究，精馏仿真课程的教学从以下三个方面实施，会获得较好的教学成效。

三、精馏仿真在中职教学中如何提高教学效果

（一）教学内容，合理安排

优化教学过程的一个重要环节是教学内容的合理安排，其合理性在一定程度上决定着一堂高效课堂教学的实现，包括确定教学内容的广度及深度，明确教学的重点和难点，精确教学顺序，重视知识分层化与系统化等[6]。在学习本门课程前，我校中职三年级学生已经学过流体流动、离心泵、精馏等化工单元操作，具备相关的专业理论知识。所以，在这里只需要教关键参数的控制原理和方法、讲解重难点和演示规范操作。

我校精馏仿真实训课程一般上一整周（即26学时），该实训课包括精馏的开车、停车及15种故障的处理。其中精馏的开车操作步骤多、要求高、工艺参数控制难度大，一般安排10学时;正常停车一般安排6学时;典型故障虽然有15种，但是故障进料压力突然增大和热蒸汽压力过高异曲同工，只练习一种即可;故障冷凝水中断、停蒸汽和停电一旦发生，处理方法都是紧急停车，与正常停车相似;故障再沸器严重结垢与回流泵故障，处理方法都是启用备用装置;故障回流控制阀、原料液进料调节阀和塔釜调节阀阀卡，都是阀卡故障的处理方法：启用旁路;再沸器积水与回流罐液位高，处理方法都是降液位等，根据工艺流程或者处理方法，通过思维导图总结这15种故障，则分配10学时足已。学生在练习精馏仿真前，我校已安排真实精馏塔的实训课，模仿工厂的精馏塔，只是小型化，学生对精馏装置、工艺流程及原理已基本了解、掌握，在此基础上再进行仿真练习，效果会更加显著。

（二）角色扮演，适应岗位

学习兴趣的激发其实质是调动学生学习的主动性，启发学生思维，激起学生的积极性与自主性，使外部教育产生一种内化作用，提高教学实效性[6]。为了使学生的学习热情被激发，我们采取的激发策略是角色扮演。

角色扮演可以培养学生的职业素质、规范操作行为，学生通过扮演对人物角色的认识和表现做出处理，从而达到操作技能水平的提高和良好职业素质的养成，最终完成教学目标。精馏仿真的开停车具体实施过程：两位学生一组，分别扮演精馏DCS控制的主操和副操，两位学生竞争上岗。竞争上岗是让两位学生各自操作仿真，成绩高者即为本次的主操，主操将会在仿真课程的平时成绩中加1分。这样，通过竞争上岗，学生会集中精力规范操作、研究操作技巧，利于养成良好的职业习惯。对于精馏仿真的故障处理，实施策略是成立“班组”，10人一组。每个“班组”成员，两两搭档，一位扮演外操，另一位扮演内操。外操的学生负责观察现象，并快速判断故障原因;内操的学生根据外操的汇报及自己的观察，及时作出故障处理。比拼结束后，班组长到教师工作站抄录本组分数，统分，评出“最佳班组”及“最佳搭档”。最佳者会在本课程的平时成绩中加1分。这样，通过故障处理比拼，在时间紧迫中更好地体会化工企业中出现问题要眼疾手快、头脑清晰，同时培养团队合作能力，感悟安全责任与集体荣誉。

（三）因材施教，全面提高

因材施教是根據学生的身心情况、知识程度、能力现状，从实际出发，采取不同的途径和方法进行教学。我校精馏仿真实训一般在三年级第一学期开设，学期快结束时再进行化工总控工（四级）考核，故针对中职三年级学生的身心特点，制订科学而具体的教学目标。教学目标的制订，就如投篮，篮筐不能太高，先确保每位学生都能投进，争取全部拿到化工总控工（四级）证，然后根据学生情况设定篮筐高度。因此，教学目标的制订要兼顾好、中、差三个层次，因学生而异。针对理论知识掌握牢固、动手能力强、自主学习能力强的学生，要求必须掌握精馏的开停车及15种故障处理的操作，还可以课外延伸一些略带挑战的练习;针对自主学习能力弱、不爱提问的学生，教师要多关注，每节课检查、指导他们练习，要求他们必须熟练操作精馏塔的开停车操作，不要求会处理15种故障。同时，可以让班级仿真操作很棒的学生带一位仿真操作欠佳的学生，把自己的练习心得告知并指导操作欠佳的学生。这样操作能力很强的学生能感到成就感，很愿意这样实现自己的价值。

学生在学习的过程中要充分调动自主学习的积极性，如精馏装置工艺流程、精馏原理、精馏塔的控制方法等，这些内容在化工单元操作课程中已经学过，现只需把这些理论知识应用到仿真实训中，因此学生在教学过程中可以通过查阅资料，运用自身的知识储备，来解决仿真实训操作中遇到的问题，提高学生发现问题、思考问题及解决问题的能力。教师在制订教学目标时，需考虑教学内容不能降到基础知识的底线以下，确保每位学生都能通过化工总控工（四级）的考核，合理处理好教学内容分层与统一的关系，才能真正意义上发挥因材施教的教学效果。

四、小结

化工仿真实训课程为中职学生走向就业岗位提供了一条捷径，学生在仿真实训室中能体验到化工生产单元与过程控制技术。在学习过程中只要依据理论联系实际这个原则，通过“教学内容，合理安排”“角色扮演，适应岗位”和“因材施教，全面提高”的教学模式，就会取得较好的学习效果。总之，仿真实训教学是理论教学不可替代的一门课程，教师需要不断探索和完善教学模式，尽自己最大的能力去培养动手操作能力强、综合素质高的未来技能型人才。

参考文献：

[1]李伏虎，武成利，张晔，等.浅谈化工仿真实训课程[J].中国化工贸易，2018（34）：239.

[2]王明明，游军杰，刘晔，等.化工仿真在《化工原理》教学中的应用[J].山东化工，2019（24）：202.

[3]刘敏，罗婕，戴玉春.仿真技术在《化工原理》教学中创新应用与实践[J].河北化工，2010（23）：71-73.

[4]林艳红，袁晓玲，张桐江，等.虚拟仿真技术在精馏实验教学中的作用[J].广州化工，2016（17）：206-207.

[5]朱玲.信息化教学在《化工仿真操作实训》课程中的应用：以精馏故障的诊断与分析为例[J].才智，2019（30）：213.

[6]周艳青.精馏单元仿真实训课程有效教学研究[J].课程教育研究，2014（16）：246.

编辑 郑晓燕