虚拟仿真技术在高职院校化工实训教学中的运用探究

肖顺华

（江苏卫生健康职业学院，江苏南京 210000）

对于化工行业而言，其是国家产业体系不可或缺的部分，是经济与社会发展的支柱[1]。然而，化工生产时往往会接触到各种易燃、易爆的危化品，如果操作不当或不规范，那么极易引起各种安全生产事故，不仅会危害到员工的生命健康，而且还会遭受严重的经济损失。对此，化工生产十分注重从业人员的实践操作技能及问题解决的能力，这无疑是增加了高职院校化工实训教学的难度。对于高职院校而言，化工实训教学过程中组织学生进厂进行实践培训，不仅需投入大规模的资金，而且难以保障学生的安全，导致实训教学效果差强人意，难以提升化工人才培养的质量。而运用虚拟仿真技术，能够为化工实训教学提供强大的技术保障，不仅可有效避免化工实训中的安全风险，而且还能够控制实训成本投入，顺利地实现高效教学活动，培养出更多的高素质化工人才[2]。

1 高职院校化工实训教学现状

1.1 实训设备落后，无法满足教学需求

随着科技的不断发展，高职院校作为培养高素质技能型人才的重要基地，其实训设备的质量和数量对于提高学生的实践操作能力和综合素质具有重要意义。然而，目前许多高职院校的化工实训设备存在一些问题，主要表现在以下几个方面：

（1）实训设备老旧，更新换代不及时。许多高职院校的化工实训设备大多建于20世纪80年代或90年代，随着科技的发展，这些设备的性能已经无法满足现代教学的需求。同时，由于资金投入不足，学校难以购置新型的实训设备，导致实训设备更新换代的速度远远跟不上产业发展的步伐。

（2）实训设备数量不足。目前，许多高职院校的化工实训设备数量严重不足，以至于学生在进行实训时需要长时间等待，影响了实训效果。

（3）实训设备质量参差不齐，难以满足教学需求。由于缺乏统一的标准和监管，部分高职院校的化工实训设备质量参差不齐，有些设备的性能甚至无法满足基本的教学要求。这不仅影响了学生的学习效果，还可能导致学生在实际操作过程中出现安全隐患

1.2 实训内容单一，缺乏针对性

许多高职院校的化工实训内容单一，只注重理论知识的传授，而忽略了实际操作技能的培养。这导致了学生在实际工作中难以胜任。这种现象的出现，主要是由于高职院校在化工专业的教学过程中，过分强调理论知识的传授，而忽视了实践操作技能的培养。在这种情况下，学生们虽然能够掌握一定的理论知识，但在实际工作中却无法将所学知识应用到实践中去，从而导致了实际工作能力的不足。

1.3 实训环境安全问题突出

实训环境安全问题是化工实训中必须重视的一个方面。在化工实训过程中，学生需要接触到各种化学品和高温高压等危险因素，因此实训环境的安全问题尤为重要。然而，一些高职院校的实训环境存在安全隐患，如通风不良、防火设施不完善等，给学生的安全带来威胁。如在化工生产过程中，会产生大量的有害气体和粉尘，如果没有良好的通风设备和措施，这些有害物质会在实训室内积聚，对学生的身体健康造成威胁。例如，在实验室中进行化学反应时，如果没有及时开启通风设备或打开窗户，会导致室内氧气不足或二氧化碳浓度过高，从而影响学生的正常呼吸和身体健康。

2 高职院校化工实训教学中虚拟仿真技术的应用价值

虚拟仿真技术（VR）是一种通过计算机生成的、模拟现实世界的三维视觉环境，让用户身临其境地沉浸在其中的技术[3]。它通常使用头戴式显示设备（如VR 眼镜）作为输入设备，通过手柄、传感器等外设进行交互操作。该技术的核心是三维建模和渲染。通过计算机图形学技术，将实际场景或虚构场景在计算机中进行三维建模，然后通过渲染技术生成逼真的图像。用户通过VR 设备观看这些图像，可以感受到身临其境的效果。在高职院校化工实训教学中，虚拟仿真技术具有很高的应用价值，主要体现在以下几个方面：

2.1 提高了实训效果

虚拟仿真技术可以模拟实际生产过程，使学生在虚拟环境中进行操作，提高实训效果。与传统的实验室实训相比，虚拟仿真实训更加安全、环保，降低了实训成本。

2.2 拓展了实训资源

虚拟仿真技术可以将复杂的化学反应过程、设备结构等进行可视化展示，使学生能够更直观地理解实训内容[4]。同时，虚拟仿真实训资源可以随时随地进行访问，为学生提供了丰富的实训资源。

2.3 获取了个性化实训体验

虚拟仿真技术可以根据学生的学习需求和兴趣，提供个性化的实训场景和任务。学生可以在虚拟环境中进行多次尝试和调整，提高实训效果。

2.4 培养了创新能力

虚拟仿真技术可以模拟实际生产过程中可能出现的问题，引导学生进行分析和解决。这有助于培养学生的创新能力、问题解决能力和团队协作能力。

2.5 提高了教学质量

虚拟仿真技术可以为教师提供实时监控和反馈，帮助教师了解学生的学习情况，及时调整教学方法和策略。同时，虚拟仿真实训可以作为教学评价的重要依据，提高教学质量。

2.6 促进了产学研结合

虚拟仿真技术可以将企业的实际生产过程和设备进行模拟，为校企合作提供便利。通过虚拟仿真实训，学生可以更好地了解企业的生产工艺和技术要求，提高就业竞争力。

总之，虚拟仿真技术在高职院校化工实训教学中具有很高的应用价值，可以提高实训效果、拓展实训资源、培养学生的创新能力、提高教学质量和促进产学研结合。随着虚拟仿真技术的不断发展和完善，其在高职院校化工实训教学中的应用将越来越广泛。

3 虚拟仿真技术在高职院校化工实训教学中具体应用

虚拟仿真技术在高职院校化工实训教学中的应用越来越广泛。通过虚拟仿真技术，学生可以在模拟的环境中进行实际操作，提高实践能力和技能水平，从而成长为技术型人才。以下是一些虚拟仿真技术在化工实训教学中的应用：

3.1 化学反应模拟

虚拟仿真技术在高职院校化工实训教学中具有广泛的应用前景，它可以为学生提供一个安全、高效的实验环境，帮助他们更好地理解化学原理和反应机理[5]。通过使用虚拟仿真软件，学生可以在计算机上模拟各种化学反应过程，从而提高他们的实践能力和分析问题的能力。

（1）虚拟仿真技术可以模拟酸碱反应。在化学实验中，酸碱反应是最基本的实验之一，但由于其危险性较高，通常不建议学生直接进行实验。通过使用虚拟仿真软件，学生可以在计算机上观察和研究酸碱反应的过程，了解其基本原理和反应机理。此外，虚拟仿真软件还可以模拟不同浓度、温度和pH 下的酸碱反应，帮助学生掌握不同条件下的反应特性。

（2）虚拟仿真技术可以模拟氧化还原反应。氧化还原反应是化学反应中最普遍的一种类型，涉及电子的转移和物质的氧化还原状态的变化。通过使用虚拟仿真软件，学生可以在计算机上观察和研究氧化还原反应的过程，了解其基本原理和反应机理。例如，可以使用虚拟仿真软件来模拟铜离子与铁离子之间的氧化还原反应，帮助学生理解电化学原理和电池工作原理。

（3）虚拟仿真技术还可以模拟其他类型的化学反应，如配位化学、有机合成等。通过使用虚拟仿真软件，学生可以在计算机上观察和研究这些复杂化学反应的过程，提高他们的实践能力和分析问题的能力。

同时，虚拟仿真技术还可以为教师提供一个便捷的教学工具，帮助他们更有效地传授化学知识[6]。

3.2 设备操作培训

设备操作培训是高职院校化工实训教学中非常重要的一环，它对于提高学生的技能水平具有重要意义[7]。随着科技的发展，虚拟仿真技术逐渐在设备操作培训中得到了广泛应用。通过虚拟仿真技术，可以模拟各种化工设备的工作原理和操作流程，使学生在实际操作之前就能充分了解设备的使用方法和注意事项，从而降低操作风险，提高操作效率。以离心机为例，虚拟仿真技术可以模拟离心机的运行过程，包括离心机的组成、工作原理、运行参数等。学生可以通过虚拟仿真软件直观地观察到离心机的各个部件如何协同工作，以及在不同工况下设备的运行状态。此外，虚拟仿真软件还可以模拟可能出现的故障和异常情况，帮助学生提前了解如何应对这些问题，提高应急处理能力。同样，蒸馏塔等其他化工设备也可以通过虚拟仿真技术进行操作培训。在虚拟环境中，学生可以亲身体验设备的运行过程，熟悉设备的操作方法和注意事项。与传统的实操培训相比，虚拟仿真培训具有更高的灵活性和安全性，可以为学生提供更加便捷、高效的学习途径。

3.3 安全培训

虚拟仿真技术可以模拟各种危险环境下的操作场景，帮助学生熟悉安全操作规程和应急处理方法[8]。例如，可以使用虚拟仿真软件来模拟火灾、爆炸等事故现场，进行逃生演练。学生可以了解到如何在火灾发生时保持冷静，如何正确使用灭火器和灭火器材，以及如何迅速而安全地疏散到安全地带。又例如，在化学实验室中，学生可能会遇到各种化学品泄漏的情况。通过虚拟仿真技术，学生可以在一个模拟的化学品泄漏现场中学习如何正确处理这类事故，包括如何佩戴防护装备、如何使用专用设备进行泄漏物的收集和处理等。总之，虚拟仿真技术为学生提供了一个安全、真实且高效的培训环境，有助于提高他们的安全意识和技能水平，降低实际操作中的风险。

3.4 教学资源共享

教学资源共享是现代教育中的一个重要概念，它通过数字化手段将各类教学资源进行整合、存储和共享，以便于教师和学生在教学过程中更加便捷地获取和利用这些资源。虚拟仿真技术作为一种新兴的教学资源共享方式，应积极引入在高职院校化工实训教学中。

（1）虚拟仿真技术可以将化工实训教学的各种资源进行数字化存储[9]。传统的化工实训教学需要大量的实验设备、实验室空间和实物样品，这不仅占用了大量的教育资源，而且在教学过程中还存在安全隐患。而通过虚拟仿真技术，可以将这些实验设备、实验室空间和实物样品进行数字化建模，形成一个虚拟的实验室环境。这样一来，教师和学生可以在任何时间、任何地点通过网络访问这个虚拟实验室，从而实现教学资源的随时随地获取。

（2）虚拟仿真技术可以实现化工实训教学资源的共享。在传统的化工实训教学中，教师往往需要为每个学生准备单独的实验器材和实验资料，这不仅耗费了大量的时间和精力，而且容易导致资源浪费。而通过虚拟仿真技术，教师可以将这些实验资源上传到云端，供所有学生共同使用。学生可以根据自己的需求选择合适的实验项目进行学习和实践，从而提高学习效果和效率。

（3）虚拟仿真技术还可以方便教师和学生之间的交流和合作。在传统的化工实训教学中，教师很难了解学生的学习情况和需求，而学生也很难向教师请教问题。而通过虚拟仿真技术，教师可以实时观察学生的操作过程，及时给予指导和帮助；学生也可以随时与教师和其他同学进行在线交流，共同解决遇到的问题。这样一来，教师和学生之间的互动变得更加便捷，有利于提高教学质量和效率。

4 结束语

总之，新时代下，高职院校化工专业应积极迎合化工技术发展所需，高度重视化工专业学生实践能力的培养，为提高学生就业、职业竞争力奠定扎实的基础。对此，在化工实训教学中高职院校应明确教学重难点及问题，积极引入及运用虚拟仿真技术，这不仅可弥补传统实训教学的不足，而且还能够保证学生安全、高效率地完成各种化工实训任务，进一步提高实训教学质量及学生实践能力。所以，高职院校化工教师应积极学习与掌握先进技术与理论，在实训教学中灵活运用虚拟仿真技术，全面锻炼学生化工实践操作技能，为化工行业培养更多的综合型人才，助力化工行业发展。