基于VR技术的化工单元操作课程教学方法及手段改革可行性探析.pdf

化纤与纺织技术 第 52 卷 2023 年 4 月 纺织人才243基于 VR 技术的化工单元操作课程教学方法及手段改革可行性探析*王 喜，豆文娇，兰文兰哈密职业技术学院，新疆 哈密 839000摘要：VR 技术随着计算机性能的提升和硬件成本的降低，得到了较大的发展，也为化工教育提供了新的思路和方法。文章将讨论 VR 技术对于高职院校化工课程的积极意义，提出基于 VR 技术的化工单元操作课程教学方法，并对其进行可行性分析。关键词：VR 技术；化工单元操作课程；教学方法；可行性分析分类号：G712；TQ051 VR 技术应用于高职院校化工课程的积极意义在中国高职院校中，化工单元操作课程是一门针对化工生产中常用的基础化工设备进行实验教学的课程，主要涉及化工生产中的物料平衡、能量平衡、操作技术等方面。化工单元操作课程通常涵盖常见化工设备的原理和工作方式，如反应釜、蒸馏塔、萃取塔等；化工生产中的安全操作知识和安全措施；化工生产中的物料平衡和能量平衡计算方法；化工设备的操作技术和操作注意事项；化工实验的设计和操作方法1。这门课程旨在通过实验教学的方式，让学生掌握化工生产中常用的基础设备的操作技术和生产过程中的相关知识，为其未来的化工实践工作打下基础。首先，VR 技术可以改变传统教学方法，提供更加丰富的学习体验。传统化学课程教学主要以黑板、幻灯片、课本等方式进行，这种教学方式缺乏直观性，难以让学生深入理解化学实验过程和原理。VR 技术可以模拟真实的实验过程和操作，让学生身临其境地感受化学实验的过程和效果，从而提高教学效果和学生的学习兴趣。VR 技术还可以根据不同的教学内容和学习目标设计虚拟化的实验操作过程，让学生通过视听的方式感受化学实验的过程和效果，从而提高教学效果和学习兴趣，有利于师生之间的互动和交流2。其次，VR 技术可以提高实验教学的安全性。化学实验常常涉及危险品和高温高压等危险因素，而 VR技术可以提供一个安全的虚拟实验环境，让学生在不受任何伤害的情况下进行实验操作，从而大大降低了实验操作带来的安全风险。再次，VR 技术可以增强学生的实验操作技能。VR 技术可以模拟真实的化学实验操作过程，让学生在虚拟环境中进行实验操作，提高实验的可视化、互动性和实时性，让学生更加深入地理解实验过程和技术操作，从而提高其实验技能水平。最后，VR 技术可以提高教学效率和降低成本。传统的化学实验教学需要购买昂贵的实验设备和消耗大量的化学试剂，而 VR 技术可以通过虚拟化实验过程降低教学成本，并提高教学效率，让学生可以在更短的时间内学习更多的知识。2 基于 VR 技术的化工单元操作课程教学方法2.1 创建虚拟化学实验室创建虚拟化学实验室是利用 VR 技术对化工单元操作课程进行改革的一种重要方法。虚拟化学实验室是一种基于虚拟现实技术的化学实验室模拟系统，通过软件技术将真实的化学实验室环境和化学实验操作过程虚拟化，使得学生可以在安全的虚拟环境中展开化学实验操作，提高实验资源的利用效率和教学效果3。在虚拟化学实验室中，学生可以进行各种化学实验操作，如配制溶液、调节 pH 值、测量质量、加热反应等等。虚拟化学实验室模拟了化学实验室的各种设备和设施，如试管、量杯、天平、加热板等，学生可以通过 VR 技术进行交互操作，如拖动试管、倒液体、文章编号：1672-500X（2023）04-0243-03*基金项目：哈密职业技术学院化工单元操作技术院级优质课程建设项目（HZYYZKC-2201）作者简介：王喜，男，本科，讲师，研究方向为化学工程与工艺。纺织人才 2023 年 第 4 期 化纤与纺织技术244调节温度等。虚拟化学实验室还模拟了化学反应过程，可以让学生观察化学反应的颜色变化、温度变化、气体生成过程等，从而深入理解化学反应的本质。虚拟化学实验室的好处不仅提高了学生的实验操作技能水平，还可以让学生在安全的虚拟环境中进行实验操作，降低实验操作所带来的安全风险。同时，虚拟化学实验室还可以提高实验资源的利用效率，解决了实验资源短缺的问题。虚拟化学实验室可以提供多样化的实验内容，让学生在不同的实验场景中学习化学实验操作，提高学生的学习兴趣和自主学习能力。虚拟化学实验室是一种重要的教学工具，对于教师而言，如何利用虚拟化学实验室来开展教学是关键。首先，教师需要在课程设计中加入虚拟化学实验室。教师可以通过虚拟化学实验室模拟课堂中所讲述的化学实验，如反应的操作过程、注意事项、反应结果等。同时，教师需要在实验过程中指导学生如何操作，以确保学生的操作正确和安全。教师还可以通过虚拟化学实验室提供的实验数据，让学生进行数据处理和结果分析。其次，教师需要对虚拟化学实验室进行适当的教学引导。教师可以向学生讲解虚拟化学实验室的操作方法、使用技巧和注意事项等。此外，教师还可以通过引导学生提出问题、讨论实验现象、进行实验设计等方式，引导学生发展科学探究能力，提高学生的学习兴趣和主动性。再次，教师还需要注重学生的反馈。学生可以通过虚拟化学实验室的操作过程和结果对比，发现和纠正自己的错误，同时提出对实验和教学的建议。教师可以通过学生的反馈来不断完善虚拟化学实验室的教学内容，提高教学效果。此外，教师可以通过虚拟化学实验室进行课后作业的设计。教师可以设置一些基于虚拟化学实验室的实验题目，让学生进行模拟实验操作并提交实验报告。通过这种方式，教师可以检验学生的实验操作技能和数据分析能力，同时可以提高学生的自主学习能力。最后，教师需要不断总结和改进。教师可以通过反思和总结，发现虚拟化学实验室教学中存在的问题，并不断进行改进和优化，以提高教学效果。2.2 模拟化学生产过程利用 VR 技术模拟化学生产过程有许多优点。首先，学生可以全方位地了解化学反应的各个过程。在虚拟环境中，学生可以自由地操作反应釜，观察反应物的加入、反应过程的发生与产物的生成，从而深入了解化学反应的各个环节，了解化学反应的特点和规律。其次，学生可以通过虚拟实验操作培养实验技能。在虚拟环境中，学生可以实践操作各种反应器、仪器、设备等，进行反应物的加入、调节反应条件等操作，从而培养实验技能和操作经验，提高实验效率4。同时，在虚拟实验环境中，学生可以根据需要进行不同的实验设计和优化，从而在实验中不断探索和尝试，找到最佳的实验方案，提高实验效果。再次，学生可以在虚拟实验中观察实验结果和数据分析。通过探究化学反应的特点和规律，了解实验结果的意义，以及如何对数据进行分析和处理。最后，学生可以在虚拟实验中体验不同的化学反应情境。学生可以了解化学反应在不同条件下的特点和规律，从而扩展知识面，提高实践能力。模拟化学生产过程是一种重要的虚拟化学实验室应用，教师需要对其作出许多尝试。首先，教师需要选择合适的模拟化学生产过程软件，这样可以在模拟实验中使用特定的化学反应模型、反应动力学模型和传热模型等，以模拟出化学反应的各个过程。其次，教师需要在虚拟化学实验室中设计模拟化学生产实验方案。这需要考虑到反应物的选取、反应条件、反应釜的设计等多个因素。教师可以根据不同的学习目标设置多个实验方案，以满足不同的学习需求。同时，学生需要根据实验方案进行虚拟化学实验操作，并且在实验过程中需要注意各个参数的变化和操作技巧。教师需要对学生进行实验操作指导，以确保学生能够正确地进行虚拟化学实验操作。再次，教师需要关注学生的学习反馈。学生可以通过实验数据和实验结果来检查自己的实验操作是否正确，发现和纠正错误，并提出对模拟化学生产实验的建议。教师可以通过学生的反馈来不断完善模拟化学生产实验的教学内容，提高教学效果。最后，教师需要对模拟化学生产实验进行总结和评估。教师可以要求学生撰写实验报告，以检验学生的实验操作技能和数据分析能力，并对学生的实验操作进行评估。同时，教师也需要对模拟化学生产实验的教学内容和教学效果进行总结和评估，以不断完善教学内容和提高教学效果。2.3 实现远程教学通过远程教学，学生可以得到许多帮助和收获。首先，灵活的学习时间安排。远程教学可以让学生根据自己的时间安排来完成学习任务，不必受到固定课程时间和地点的限制。这种灵活性使得学生可以更好地平衡学习和生活之间的关系。其次，更多的学习资化纤与纺织技术 第 52 卷 2023 年 4 月 纺织人才245源。远程教学通常包括在线教材、视频课程、练习题和参考资料等，学生可以通过互联网随时随地获取这些资源。与传统的教学方式相比，这种方式让学生拥有更多的学习机会和资源。再次，多样化的学习方式。远程教学可以采用多种方式进行，如视频课程、在线讨论、远程实验等，这些不同的学习方式可以帮助学生更好地理解和掌握知识，也可以激发学生的学习兴趣和创造力。从次，更广泛的学习群体。通过远程教学，学生可以和来自不同地区、不同国家的学生一起学习和交流，这可以为学生提供更广阔的视野和更广泛的社交网络。最后，提高学生的自主学习能力。远程教学强调学生的自主学习，学生需要自己安排学习计划，管理学习进度，也需要自己独立完成任务和探究问题。这种学习方式可以提高学生的自主学习能力和解决问题的能力。要实现远程教学，高校需要作出许多努力。首先，建立远程教学平台。远程教学平台是实现远程教学的核心，它可以提供在线课程、资源、测试、作业等，还可以实现在线交流和讨论。教师可以在远程教学平台上开设课程，学生可以通过远程教学平台上课，完成作业和测试，并与教师和同学进行在线交流和讨论。其次，制订教学计划和教学大纲。教师需要根据课程要求和学生实际情况制订教学计划和教学大纲，明确教学目标、教学内容、教学方法和评估方式。教学计划和教学大纲是实现远程教学的基础，它可以保证远程教学的有效性和质量。再次，教师需要选择合适的教学资源和教学工具。远程教学需要依赖于各种教学资源和教学工具，如课件、教学视频、教学软件等。教师需要根据课程需要和学生实际情况选择合适的教学资源和教学工具，以保证教学效果。从次，教师还需要进行教学管理和教学评估。教师需要在远程教学过程中进行教学管理，如监督学生学习进度、提供学术支持等，对学生的学习情况进行评估，如考试、作业、论文等。教学管理和教学评估是保证远程教学效果的重要手段。最后，教师需要与学生进行良好的沟通和互动。远程教学缺乏面对面的交流，因此教师需要与学生进行良好的沟通和互动，以建立良好的师生关系，促进学生的学习兴趣和积极性的提升。3 基于 VR 技术化工单元操作课程改革的可行性基于 VR 技术进行化工单元操作课程改革的可行性，需要从技术层面和资金层面进行综合分析。首先，从技术层面来看，VR 技术已经有了广泛的应用和发展，可以支持多种场景的模拟和互动。同时，VR 技术还可以与其他技术进行结合，如 3D 打印、云计算等，从而提高虚拟实验室的真实感和交互性5。因此，技术上实现化工单元操作课程的虚拟化改革是可行的。其次，从资金层面来看，VR 技术的应用需要投入一定的资金，包括硬件设备、软件开发、人力资源等方面的投入。这些投入可以有效地提高化工单元操作课程的教学质量和效果，为学生提供更好的实践体验，从长远来看，也可以提高学生的就业竞争力和行业适应性，因此，这种投入是有意义和必要的。最后，还可以考虑一些资金支持和合作机制，如政府资助、企业捐赠、学校和科研机构合作等，这些都可以减轻学校的负担，也可以促进产、学、研的深度融合，为化工单元操作课程的教学改革提供更多的支持和保障。4 结束语通过对虚拟实验室的开发和利用，可以实现化工单元操作课程的虚拟化改革，提高课程的教学质量和效果，为学生提供更好的实践体验和能力培养。虽然VR 技术的应用需要一定的资金投入，但是从长远来看，这种投入是有意义和必要的。参考文献1 郭培英.基于VR技术化工单元操作课程教学方法及手段改革可行性探析J.内蒙古石油化工,2017,43(Z1):101-102.2 张永飚.化工单元操作课程建设探索与实践:以如皋市技工学校化工总控工弹性学制人才培养模式为例J.职业,2021(17):34-36.3 刘锐.化工单元操作技术课程教学改革实践研究J.山东化工,2019,48(5):155-156,158.4 储则中,尹德胜.典型化工生产单元操作一体化实训室数字化课程学习系统建设J.广州化工,2022,50(8):171-173,187.5 侯进鹏,田维亮.VR技术在 化工原理 课程教学中的应用探究J.广东化工,2023,50(2):226-229.