虚拟仿真在《环境工程原理》课程教学中的应用

2019年第17期广东化工

第46卷总第403期·207·虚拟仿真在《环境工程原理》课程教学中的应用

温小菊，费正皓，刘总堂，施卫忠

(盐城师范学院化学与环境工程学院，江苏盐城224007)

Application of Virtual Simulation in the Teaching of“Environmental Engineering

Principles”

Wen Xiaoju,Fei Zhenghao,Liu Zongtang,Shi Weizhong

(School of Chemistry and Environmental Engineering,Yancheng Teachers University,Yancheng224007,China)

Abstract:The“Environmental Engineering Principles”course is an important professional foundation course for four-year undergraduate environmental engineering students.The course teaching process of the“Environmental Engineering Principles”is explored via the introduction of virtual simulation courses in the traditional teaching process.From the perspective of the teaching effect of the course feedback,the introduction of the virtual simulation course teaching model in the "Environmental Engineering Principles"course can significantly improve the teaching effect.

Keywords:virtual simulation；environmental engineering principles；teaching

1概述

《环境工程原理》课程是四年制本科环境工程专业学生的一门重要的专业基础课。目前，国内各大高等院校普遍认可的教材是胡洪营等主编的《环境工程原理》(高等教育出版社)。课程主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理三部分，环境工程原理基础主要讲述物料与能量衡算、流体流动及热量和质量的传递的基本理论和方法；分离过程原理部分主要讲述环境工程中涉及到的分离过程(沉淀、过滤、吸附、吸收等)的基本原理与理论；第三部分主要涉及到的微生物反应器的动力学、计量学计算等知识[1]。课程内容涉流体力学、反应工程学、工程学、生物工程学、化工原理等诸多课程，本课程的学习为环境工程专业后续专业课的学习奠定良好的基础与保障。此外，该门课程紧密结合环境工程实践，对涉及到的基本原理进行了阐述，是环境工程专业的学生从事环境或化工工作重要的基础课。因此，《环境工程原理》课程的教学质量具有非常重要的理论和实践意义。盐城师范学院环境工程专业《环境工程原理》课程总学时64。针对以往学生反馈该课程普遍存在的课程量大，学时少及概念抽象等问题，传统的《环境工程原理》课程教学方式已然不能有效提高学生学习该课程的效率。因此，为进一步提高该课程的教学水平，亟需寻求新的教学方法与策略。

2传统教学过程在《环境工程原理》课程中存在的主要问题

经过前期的调研发现，《环境工程原理》课程传统教学存在的几个主要问题有：

(1)课程传统教学主要以教师讲授为主，但是里面涉及到的很多概念较抽象，缺少案例及模型的引入，导致课堂枯燥乏味，学生学习兴趣较差。

(2)课程课时少，课堂教学进度过快，学生容易跟不上，时间久了，学生兴趣更加不足。

(3)学生基础薄弱，自我学习的意识太差，不能做到课前提前预习，课后复习，也不能积极与任课老师讨论。

3虚拟仿真辅助《环境工程原理》课程教学的可行性

虚拟仿真课程是一种通过计算机来模型现实的新型教学形式，具有突破传统课堂教学模式局限，借助仿真软件的现实模拟化操作演练，学生能够快速高效的理解工艺流程，提高教学质量[2]。当前，虚拟仿真课程已经成为各专业教学的新模式。这种教学模式能够极大激发学生的学习兴趣，调动学习主动性，使学生不再凭空去想象模型、设备及工艺，有利于联系实际去学习课程。

(1)在《环境工程原理》课程教学中，引入虚拟仿真课程的教学模式，可以让学生更加直观的观察到课程中化工工艺与环境工程应用中的各种设施、设备的构造，在丰富学生知识的同时抓住学生的眼球，把学生从过去听课者的角色释放出来，以第一视角去接触相关设备、工艺，提升对课程学习的兴趣。

(2)与课程匹配的《环境工程原理》课程实验需要较大的场地，工艺流程复杂，实验室建设花费昂贵，导致很多实验无法开设，一定程度上抑制了学生进行学习和实验操作的积极性，教学效果明显降低[3-4]。利用虚拟仿真的方法，可以让学生系统学习《环境工程原理》课程的主要知识点和熟悉实验操作流程以及注意事项，从而解决实验课无法开设这一弊端，大大提高教学质量。

为改变传统《环境工程原理》课程教学存在的弊端及不足，激发学生自主学习的积极性，提高《环境工程原理》课程教学质量，我们将虚拟仿真课程引入到《环境工程原理》课程的教学中，取得较好的教学效果。

4虚拟仿真在《环境工程原理》教学中的具体应用

虚拟仿真教学通过模拟课程涉及到的化工及环境等工艺设计流程，在动画和第一视角中让学生体验到本课程学习的乐趣，加深学生对课程工艺流程的理解，最终提高课程教学效率[5-6]。学院目前拥有的仿真软件主要包括化工原理仿真软件，环境工程虚拟仿真软件。在过去的一学期里，在《环境工程原理》课程中涉及到各种设备、管路、反应器的章节授课前，利用已有的虚拟仿真软件，将课程的知识点以及一些典型工艺展现在学生面前，并通过对典型工艺的讲解，让学生更加深刻的认识到各个工艺，设备中涉及到的知识点，提高教学质量。在理论课后，通过对学生在课上不懂的知识点进行整理，最后通过虚拟仿真课程进行系统的、科学的解析，引导学生去解决问题，激发学生的学习兴趣，提高教学质量，这样更加针对性的去教学；对于学生短时间内无法全面理解及掌握的知识点，通过虚拟仿真动画的模式去引导学生自主学习，培养学生发现问题，解决问题的能力。通过虚拟仿真实验模拟课程向学生展示环境工程或化工工艺中自动控制的基本原理，并对环境、化工生产中涉及到的一些突发事故的处置进行了解，能够并能解决工厂在自动化生产中遇到的一些控制及应急处理措施，提高学生实际处理问题的能力及安全意识。

5结语

针对传统《环境工程原理》课程教学存在的弊端，在过去的一学期里，我们在《环境工程原理》课程教学中引入了虚拟仿真课程，一方面让学生与工程设备接触，抓住学生的学习兴趣；另

(下转第214页)

[收稿日期]2019-07-07

[基金项目]盐城师范学院博士科研启动基金(72061871011C)

[作者简介]温小菊(1990-)，男，赣州人，博士研究生，主要研究方向为水污染控制。