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黄泽恩 马江权 刘文杰
(常州大学 石油化工学院, 江苏 常州 213164)
“一带一路”的建设发展为石油石化人才的培养提供了坚实保障，虽然疫情的蔓延给国际化人才培养带来了挑战，但是日新月异的互联网技术保证了国内外师生“停课不停学”。信息技术正在促进着教育领域的深刻变革，根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020)》要求，人才培养必须以强化实践教学为着力点，必须以信息技术的应用作为提高教学质量的重要手段[1，2]。目前高等教育面临的重要挑战是培养具有创新意识和创新能力的国际化新型人才[3]，而虚拟仿真实验教学作为高等院校工程实践教育的重要环节和手段，在创新型人才培养体系中的作用日益突出。
结合《华盛顿协议》和工程教育认证对工科毕业生的要求，将虚拟仿真教学资源与理论课堂结合，真正引入理论教学课堂，突出学生学习主体地位，培养学生终身受益的自主学习习惯。以实验型虚拟仿真项目为引导、以工程类项目为依托、以综合创新学科竞赛为载体搭建虚拟仿真实验平台，构建“大工程观思维”贯穿式教学方法。将虚拟仿真训练课内与课外结合，虚拟与真实设备结合，线上和线下开放共享相结合，形成开放式的实验教学模式，最大化利用平台资源[3]。
虚拟仿真实验教学平台构架如图1所示。它包括实践教学平台和化工设计模拟平台，其中实践教学平台包括认识实习、仿真实习、受限空间仿真实习等平台；
化工设计模拟平台包括Aspen plus过程设计模块、分子模拟功能模块、化工产品设计模块、三维设计模块等。
图1 虚拟仿真实验教学平台构架
我们将虚拟仿真实验教学平台应用于实验实践教学、学科竞赛创新、教学资源设计，均取得了良好的效果。
1.1 实验实践教学平台
实验实践教学平台，包括工厂认识实习、化工基本操作过程、装置经济核算环节、污水-废气处理等功能模块，各功能模块相互联系。通过整合教学资源，达到理论联系实际，实践检验理论，提高学生的基础化工理论知识和化工动手能力的目的。
表1列出了平台部分虚拟仿真软件，涵盖了化工原理实验、化工单元、安全、制药及化工工艺等方面。丰富的实习仿真教学资源由生产实习对应的教学资源组成，从功能上实现了从单元仿真到工艺流程的衔接。在工艺流程装置实习中，可实现一人多岗的角色分配、内操与外操联合运作，培养团队合作精神。各模块均有操作步骤和考核功能，模块能够有效地提高学生操作实践能力、中控室与外操协调等综合能力。实验实践虚拟仿真平台的建设，实现了理论知识到实践知识，实践知识检验理论知识的目的。实验实践教学平台能模拟真实运行机制，将学生按各种角色分组(每组三名学生，承担一个角色)，根据专业实习具体要求联机运行全过程操作，教师后台设置事故状态，考查学生的团队合作能力、操作熟练程度、处理应急事故状态的能力[4]。
表1 平台部分虚拟仿真项目表
1.2 学科竞赛创新平台
自平台建成后，虚拟仿真实验教学中心成为我校学生参加全国大学生化工实验大赛和全国大学生化工设计竞赛的准备场所。
全国大学生化工实验大赛由理论、仿真和实验操作三部分组成。其中仿真部分，平台提供了丰富的资源，例如化工原理实验室安全软件，学生通过练习平台软件，提高了实验室的危险源辨识能力；
在化工单元及工艺软件中，学生通过开车、停车及常见事故的处理的学习，掌握工艺流程，解决工艺流程中出现的问题。在历届全国大学生化工实验大赛中，本校学生取得优异成绩，获特等奖和一等奖各一次。
化工设计竞赛中，参赛选手们使用中心提供的ASPEN流程模拟软件进行物料衡算、能量衡算、流程优化，并以教师开发的软件数据对模拟计算过程进行验证；
以3D仿真软件提供的工厂实景为参考，用SP3D、PDMS等管道设计软件对车间设备、管道进行3D建模，用PDMS、3D MAX、SketchUp等软件对总厂布置进行3D建模[5]。本校学生四次荣获全国大学生化工设计竞赛特等奖。
1.3 教学资源设计平台
为培养化工类卓越工程师，充分利用虚拟仿真资源，中心建立了化工过程模拟-仿真实践操作-工程制图-通用化工厂的建模的“四位一体”的教学模式(图2)，实现了软件与教学一体化。中心还建立了省级石化科普厅、DCS中控室、现场操作室及化工设计协会等平台。丰富的教学资源不仅为学生的专业基础知识学习打下坚实基础，而且有利于教师自身的工程实践能力培养，全面提高了青年教师工程化水平。
图2 “四位一体”的教学模式
平台以实现各种虚拟仿真实验教学资源最大化共享为主要目标[6，7]。常州大学化工虚拟仿真实验教学中心是首批国家级虚拟仿真实验教学中心，中心以“共建、共享、共赢”为建设思路。利用计算机图形技术、仿真技术、多媒体技术、计算机网络技术、并行处理技术、3D虚拟现实技术等先进科技，建设了一个兼具实验实践虚拟仿真教学和创新创业虚拟仿真训练的基于互联网的在线仿真教学平台，实现了优质仿真教学资源的全省网络共享。为化工、材料、环境、安全、石油储运、自动化、机械等专业教学实践活动服务。学生可不分时间、不分地点通过系统学习、考试、交流等，实现辅助课堂教学、实验、实习、课程设计、网络虚拟实验等环节的教学需求，帮助学校提高学生专业知识、专业技能及其应用能力。
逐步完善适用于本学科的虚拟仿真实验教学资源建设标准和虚实结合的实验教学体系，进一步提升资源的标准性、兼容性与易用性，同时合作建立具有材料化工等大类专业特色的虚拟仿真实验教学资源库，在开放共享过程中形成资源共享、良性循环。
推进资源开放共享的长效机制和政策环境。根据行业发展状况和企业用人需求，持续优化和完善资源，实现虚拟仿真与科学研究、工程实际、社会应用相结合，确保资源开放共享的常态化和可持续化。
积极对接国际化人才培养的新模式，探索新颖有效的教学育人模式，助力实现在“一带一路”背景下石油石化国际化人才培养目标。
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