新形势下油气储运工程专业虚拟仿真实验教学的实践与改革

孟江 黄茜 龙学渊 杨浩珑

摘要：虚拟仿真实验教学在培养学生解决复杂工程问题方面有极大的优势。文章根据虚拟仿真实验教学平台的特点，结合真实实验平台，设置不同层次的实验项目，采用学生自主学习、启发式和讨论式、目标驱动等教学等方法，培养了学生的工程意识，有效地提高了学生解决复杂工程问题的能力。但在实践过程中还存在一些问题，需要从师资队伍、资源共享和运行管理等方面加强建设，以进一步完善实验教学内容和方法，切实提高虚拟仿真实验教学在人才培养中的作用。

关键词：虚拟仿真;实验教学;工程能力;油气储运工程

中图分类号：G642.0     文獻标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）12-0222-02

未来新兴产业和新经济的发展，需要更多实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1]。因此，需要创建贴近实际的模型、虚拟仿真实践环境，营造实验教学的工程背景，将日趋复杂的工程实景更紧密地嵌入工程教育过程中[2]，注重学生知识、能力和素质的协调发展，突出工程实践能力和创新意识的培养[3]。

一、实践探索

（一）开发了层次递进的实验项目

依托虚拟仿真实验教学平台的强大功能，按照“工程认知实验”“简单虚拟仿真实验”“简单仿真实验”“复杂虚拟仿真实验”四个层次设置实验项目，由浅入深，逐步培养学生的工程实践能力和创新能力。

1.工程认知实验项目。利用离线基础训练系统中的工艺流程、设备内部结构及工作原理等的展示和讲解，学生可以进行自主学习，加深对专业知识的理解，为下一步虚拟仿真简单实验项目训练打基础。

2.简单虚拟仿真实验项目。利用离线虚拟仿真系统，在虚拟工艺流程条件下，利用三维互交场景，对工艺流程中的设备、阀门、仪表等进行单独操作训练，操作过程完全模拟生产现场。学生学习工艺流程切换的程序，掌握设备操作规范，提高工程意识。

3.简单仿真实验项目。在虚拟仿真实验训练的基础上，依托学校建设的、来源于油气生产真实工程实际的仿真实训基地，进行实际操作项目训练，让学生在更接近于真实工程环境下进行训练。通过真实的实体操作项目训练，学生可以更进一步学习设备操作步骤，规范操作，进一步培养学生的工程和安全意识。

4.复杂虚拟仿真实验项目。利用离线系统提供的故障实验项目，在三维虚拟工艺场景中，通过提示完成故障的判断和处理。学生可以进一步学习故障出现后工艺流程系统参数的变化趋势，掌握故障判断和处理方法，学会故障处理的程序。

（二）改革了实验教学方法

1.学生自主学习相关基础知识。学生利用虚拟仿真实验平台的离线部分，进入三维场景，点击虚拟工艺流程，根据提示进行自主操作。利用对接行业职业技能考核标准的考核系统[4]，学生自己检验操作的规范性和掌握的熟练程度，根据自己的掌握情况，确定训练次数。教师一般情况下不干涉学生的实验过程。

2.教师引导，提高学生的自主性。教师针对油气集输或天然气输送工艺中某一单元设置简单故障（引起故障的原因单一）。关闭操作提示，学生通过运行参数变化，分析引起故障的原因，针对原因制定出处理措施，并验证措施的正确性或可行性。在实验教学过程中，教师只是对学生进行提醒和点拨，以激发学生自主学习的兴趣和动力。

3.虚实结合，培养学生的工程意识。在虚拟学习的基础上，结合石油与天然气实训基地油气集输和天然气输送模块，开展仿真实验教学，做到能实不虚，既保证了实验教学的安全性，又实实在在地提高了操作能力。

4.采用启发式、讨论式教学，培养学生解决复杂工程问题的能力。在教学过程中，教师对工艺流程系统进行调整，只是提醒学生目前系统参数异常，要求学生通过正确的调节使工况恢复正常。学生首先要判断工况到底发生了哪种变化，然后分析其原因，找出需要采用什么样的调节方法，如此才能使运行工况恢复正常。

（三）学生综合实践能力有了明显提高

通过不同层次实验项目的设置和教学方式的改革，激发了学生的学习兴趣，逐步实现了工程背景下复杂工程项目的训练。学生逐步掌握了工程背景下设备、设施的操作和工况调节时的要求以及故障发生的原因和排除方法，学会了在进行操作时应考虑哪些主要因素，进一步提高了学生的综合实践能力。

二、进一步改进措施

虽然通过不同层次的实验项目设置和教学方法改革，较大幅度地提高了学生解决复杂工程问题的能力。但从目前的教学实践来看，虚拟仿真实验教学在师资、教学资源共享、运行管理等方面存在问题，制约了虚拟仿真实验教学目标的进一步达成。

（一）加强师资队伍建设

实验教师工程经历与学生的工程能力培养密切相关[5]。因此，需要进一步推行教师工程实践锻炼计划，增强教师的现场工程经验。每年利用假期，选派教师到企业锻炼，学习现场的技术和管理模式，了解企业当前对油气储运工程专业人才能力的需求。通过企业工程锻炼，增加师资队伍的工程背景，能够使教师把工程经验更好地贯穿于实验教学中，以提高实验教学效果。

（二）加强现有资源的共享

所建的虚拟仿真教学平台，有比较强大的离线自学功能，有大量的油气储运方面的主要设备、阀门和主要工艺流程三维动画，但是目前没有得到充分应用。因此，应该积极与开发商沟通，改进操作系统，使系统中的离线部分通过校园网与学校现有教学资源形成共享，给学生提供更多的自主学习平台。目前的虚拟仿真实验教学平台还缺乏燃气、油气储存等方面的虚拟仿真实验教学系统。

（三）实验开放升级

教学方式的变化，必然会引起实验室运行管理方式的改变。因此，从管理制度入手，简化学生申请开放虚拟仿真实验室的手续，给予指导教师和实验员一定的工作量，提高学生和教师的积极性，开发更多的实验项目用于开放，提高实验平台的利用率。

三、结语

虚拟仿真实验教学作为培养学生工程意识、工程能力和解决工程复杂问题的手段之一，目前仍然处于不断探索和完善的过程。在这个过程中，需要根据工程教育的新要求更新观念，完善教学方法，加强师资队伍工程能力建设，实现资源共享。

参考文献：

[1]“新工科”建设：一场面向未来的工程教育新革命？[EB/OL].[2017-1115].https：//www.sohu.com/a/204473073_387110.

[2]叶民，孔寒冰，张炜.新工科：从理念到行动[J].高等工程教育研究，2018，（01）：24-31.

[3]严欣平，李文华，柏伟.加强和创新实践教学的探索与实践[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2013，（2）：193-195.

[4]沈建新，陆勇.“新工科”理念下的地方本科高校校本课程开发[J].盐城师范学院学报（人文社会科学版），2017，34（4）：116-119.

[5]朱光俊，杨治力，杜长坤.应用型本科院校教师队伍建设研究[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2013，（9）：175-177.