虚拟仿真在复杂化工专业实验教学中的探索与实践

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240259

摘要/Abstract

摘要：

受场地、操作环境等极端条件制约，复杂工程性创新实验难于线下开展，导致学生对化工专业前沿技术认知缺失，工程实践能力训练短缺。针对此问题，在化工专业实验中开展以实为主、以虚为辅的混合教学模式的探索。虚拟实验可大大降低实验操作风险，弥补实验时间和条件的不足，是化工专业实践教学改革和发展的有益探索。仿真实验中的理论学习、习题测验、流程设计、实验操作和报告处理的过程性评价制度涵盖了学生整体学习过程，综合反映学生对知识的掌握程度和综合实践的能力。在CO中温-低温串联催化转化仿真实验教学中，4项课程目标平均达成度分别为0.80、0.91、0.83和0.73，教学效果良好。实践证明，虚拟仿真实验能够从应用实际出发，通过新颖的实验内容设计，更能调动学生参与实验的积极性和主动性，是培养学生解决复杂工程问题能力的有效手段之一。

关键词: 专业实验, 虚实并行, 催化转化, 工艺仿真

Abstract:

Currently， complex engineering innovation experiments are difficult to be performed because of the limitation of experimental condition and operating environment. This leads to the lack of cognition of advanced technology and shortage of engineering practical ability on chemical engineering. Aiming at this problem， mixed teaching model by combining actual operating and virtual simulation was carried out in the chemical engineering specialty experiment. The virtual experiment can greatly reduce the risk of experiment operation and overcome the shortage of time-consuming and sever experimental condition. It is beneficial to promote the reform and development of practice teaching of chemical engineering specialty. The process evaluation system of theorical learning， exercise test， process design， experimental operation and report processing in simulation experiment could cover the whole learning process. It thus could systemically reflect the ability of students for the knowledge acquirement and comprehensive practice. In the CO low-medium temperature catalytic conversion simulation experiment， the average achievement degree of the four course objectives is 0.80， 0.91， 0.83 and 0.73， respectively， implying an excellent teaching effect. Practically， the virtual simulation experiment can focus on the actual application. Through the novel experimental content design， it is easier to induce the enthusiasm and initiative of students. It is an effective approach to enhance the ability to solve complex engineering problems.

Key words: Specialized experiment, Virtual-real parallel, Catalytic conversion, Process simulation

中图分类号:

O639

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图/表 9

图1 实验教学流程、课程目标及对应的毕业要求

Fig.1 The experimental teaching process， course objectives， and corresponding graduation requirements

图2 实验教学设计及学习过程

Fig.2 Teaching design and learning process

图3 仿真实验学习过程

Fig.3 Learning process of simulation experiment

图4 梯度式应用能力提升图

Fig.4 Gradient application capability improvement diagram

图5 实验评价方式及权重

Fig.5 Experimental evaluation methods and indicators

图6 学生完成虚拟仿真实验的过程性评价

Fig.6 Process evaluation of students completing the virtual simulation experiment

图7 课程目标整体达成情况

Fig.7 Overall achievement of course objectives

图8 学生个体对课程目标达成情况分布

Fig.8 Illustrates the distribution of individual students' attainment of curriculum objectives

表1 单项课程目标达成低于期望值学生分析

Table 1 List of students whose achievement of individual course goals is lower than expected

课程目标	学生序号	比重	比往届降低
课程目标1	1、42、57、71、91、92、96、98	7.84%	12%
课程目标3	1、15、16、37、49、50、60、71、75、77、96	10.78%	10.3%
课程目标4	1、33、41、45、49、50、71、96	7.84%	14%

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