环境专业虚拟仿真中心五位一体模式建设

一 引言

虚拟仿真实验室由William Wolf 在1989年提出[1]。教育部于2013年在全国本科院校开展了国家级虚拟仿真实验教学中心的建设和评审工作。截止2016年底，已评审出300个虚拟仿真中心，涉及材料[2]、化工[3]、电工电子[4]、矿产资源[5]、生物[6]、土木[7]等44个学科类别。虚拟仿真实验是现代教育的一种新兴辅助技术虚拟实验教学方式[8]，可以利用图形、动画、视频等计算机手段；它遵守虚实结合、能实不虚的原则[9]；它可替代高成本、高风险、不可逆可及的实验项目；它让学生沉浸在虚拟真实环境下，认知和操作相关实验项目；它能极大提高教学效果，培养更多应用型人才。

广东石油化工学院是以石油化工为特色的一所地方应用型本科高校，如何结合石油化工特色建设虚拟仿真实验教学中心，培养创新应用型、技术技能型人才，需要重点研究。本文从建设面临的关键性问题、目标、内容、成效几个方面探讨了环境专业虚拟仿真中心的建设。

二 建设面临的关键性问题

关键性问题一：本校环境工程专业实验场地不足，所开设的实验课和课时均有限，一些工程实践性较强和反应学科前沿性领域无法开展，而这些无法开展的实验均能利用虚拟仿真实验解决。

关键性问题二：环境工程专业工程实践性较强，有很强的专业特性，如城市污水处理工艺、大气污染脱硫脱硝工艺、垃圾填埋及垃圾渗滤液处理等，这些工艺流程较长，工艺复杂，所需投资也较大，教学运行维护要求较高，在实验室难以全面开展，利用虚拟仿真均可让学生真实感受到装置原理、操作参数和现场运行场景。

关键性问题三：环境工程专业所实习实践的工程往往是国有大型企业，这些大型企业有严格的安全生产要求及规定，导致学生在实习和实践环节往往只能走马开花，只准看不能动手操作，以至于学生参与度低，实习和实践效果差。而虚拟仿真实验中心的建立可有效提高实践效果。

三 建设目标

根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》要求[10]，和广东石油化工学院“应用型”的办学定位，为提升学校办学水平和人才培养质量，促进创新型应用型人才培养，以虚拟仿真实验中心建设中所面临的关键性问题为导向，结合目前环境工程专业的实际情况，围绕培养创新型、应用型人才的任务目标（一体），从多元化教学体系和手段的开发、教学资源共享模式的建设、教学效果评价体系的探索、先进管理制度的建立、运行保障体制的研究等五个方面（五位），探索了环境专业虚拟仿真实验教学中心“五位一体”建设模式，目的在于培养更多的应用型人才。

四 建设内容

中心的建设模式如图1所示。 以创新型应用型人才培养为目标，构建“五位一体”建设模式。虚拟仿真实验项目引导多元化教学体系和手段的开发，多元化教学体系和手段支撑虚拟仿真项目建设；多元化教学体系和手段决定了教学效果评价体系，教学效果体系评价多元化教学体系和手段；由教学效果评价体系制定先进管理制度，先进管理制度保证了教学效果；先进管理制度补充完善了运行保障体制，运行保障体制服务于虚拟仿真项目，虚拟仿真项目的建设要依靠于运行保障体制。由此可见，虚拟仿真实验教学中心“五位一体”建设模式是相互依存、紧密联系的。

图1 “五位一体”的建设模式

(一) 虚拟仿真实验项目建设

以培养创新型应用型人才目标，结合专业特点、理论实验课程、课程设计、实践实习、科研成果转化等要求，遵从虚实结合、能实不虚的原则，通过与企业联合研发了城市生活污水、烟气脱硫脱硝、垃圾填埋三大虚拟仿真教学平台。主要承担城市生活污水、烟气脱硫脱硝、垃圾填埋等三废处理工程仿真实训等实践教学环节，补充完善校外实习无法进行实操训练的不足；同时可开展大学生创新实验活动。虚拟仿真平台所开的实验内容见表1。

表1 虚拟仿真实验内容虚拟仿真平台 实验项目 支持课程城市生活污水安全类知识演示；工艺类知识点演示：污水前处理工艺、污水生化反应工艺、污水后处理工艺，污泥浓缩工艺，污泥脱水工艺、远程控制工艺等；设备结构演示：提升泵、沉砂池、格栅、加药罐、鼓风机、生化池、沉淀池、污泥浓缩池、脱水机、污泥井、消毒池等；电力和药剂消耗能计算演示；巡检、开车、停车、二沉池刮泥、初沉池排泥、离心泵脱水机更换、污染物超标等事故排查处理等虚拟仿真；突发环境应急事件处理仿真；专业技能培训和考试水污染控制工程、排水工程、环境工程仿真与控制、环境工程学、环保设备设计与应用、课程设计、专业实验、专业技能考核、认识实习、生产实习、毕业实习、毕业设计（论文）烟气脱硫脱硝脱硫、脱硝、除尘三大工段仿真；阀门、泵、换热器、塔、罐等设备演示；锅炉、SCR反应器、液氨储罐、电除尘器、石膏浆液罐、输送机、石膏旋流器、循环液沉淀池等结构展示及仿真；SCR反应器加氨操作；电除尘器启动操作；脱硫塔启动操作；SO2超标、NOx超标事故的应急处理预案及解决措施；事故排查包括：查看排放指标跟排放标准进行比对，确认超标指标，分析事故原因，解决事故，过程和结果的评判；专业技能培训和考试大气污染控制工程、环保设备设计与应用、环境工程仿真与控制、环境工程学、课程设计、认识实习、生产实习、毕业实习、毕业设计（论文）垃圾填埋安全演示；工艺介绍、防渗系统、设备配置与功能培训；垃圾填埋区、飞灰填埋、分水挡坎、雨污分流、分层作业、分区作业、首层填埋、地膜、卸料码头、渗滤液收集与导排、提升泵井等演示；污泥填埋区、终场覆盖、封场利用、调节池、渗滤液处理、RTO系统、运营管理、常见事故处理、库区防火应急预案、污水泄漏应急预案、库区坍塌应急处置、填埋场总体设计要求、车辆运输、倾倒垃圾、挖掘机和推土机摊铺压实、揭膜测定、除臭设备等演示与仿真；专业技能培训和考试固体废物处理与处置、环保设备设计与应用、环境工程仿真与控制、环境工程学、课程设计、专业实验、认识和生产实习、毕业实习、毕业设计（论文）

文章来源：《建设科技》 网址: http://www.jskjzz.cn/qikandaodu/2021/0722/2092.html