摘要: 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)以其可視化、形象化等優(yōu)點，正逐漸滲透到大學課堂教學過程中。本文介紹了材料類本科生專業(yè)基礎課程“熱工基礎及設備”建立虛擬仿真平臺用于教學的必要性，并提出了進行虛擬仿真平臺建設的具體內(nèi)容，虛擬仿真手段的應用將明顯提高教學效果。

　　關(guān)鍵詞: 虛擬仿真技術(shù); 熱工基礎及設備; 課堂教學

　　虛擬仿真技術(shù)是信息化發(fā)展的產(chǎn)物，它集聲音、實驗、圖畫一體，打破時間和空間的限制，是借助計算機生成虛擬系統(tǒng)來模仿另一個真實物理系統(tǒng)的技術(shù)，該技術(shù)具有沉浸性、直觀性、虛幻性等基本特性[1]。根據(jù)所依賴的硬件條件，虛擬仿真技術(shù)又可分為 PC 端虛擬仿真技術(shù)和具有可穿戴設備的虛擬現(xiàn)實( VR) [2 - 3]技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)通過對數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化和多維表達、智能化分析模型、真實模擬環(huán)境特性、提供多種交互，手段已日臻完善，并在不同領(lǐng)域得到了不同程度的應用，同時其作為現(xiàn)代信息化教育手段，在教學中起到了非常重要的作用。

　　1 “熱工基礎及設備”建立虛擬仿真平臺的必要性

　　1. 1 虛擬仿真平臺對于課程教學的必要性

　　“熱工基礎及設備”是一門實踐性很強的專業(yè)基礎課程，教學內(nèi)容體系包括經(jīng)典基礎理論以及基礎理論的應用熱工設備兩大知識板塊，所選教材沒有直觀的的熱工設備相關(guān)內(nèi)容，因此，“熱工基礎及設備”的課程教學一直是側(cè)重基礎理論的教學，而關(guān)于熱工設備因為教材中沒有相關(guān)內(nèi)容，一直處于被忽略的境地，但是對于知識的學習最終是為了“學以致用”，教材中熱工設備內(nèi)容的缺失，使得學生無法利用所學的理論知識解決實際問題，僅僅是為了應對考試，這與培養(yǎng)應用型的人才的初衷是違背的。鑒于高效教育經(jīng)費的緊張，高校沒有經(jīng)費購置相應的設備用于學生教學，而針對山東理工大學的材料學院的材料科學與工程專業(yè)的專業(yè)基礎課程 -“熱工基礎及設備”，更不可能購置課程中涉及的熱工設備，因為該課程的熱工設備大多是大型的工業(yè)爐窯，諸如煉鐵高爐、煉鋼轉(zhuǎn)爐、水泥回轉(zhuǎn)窯、陶瓷耐火材料隧道窯、浮法玻璃窯等，基礎理論在這些燒成設備的應用對于走上工作崗位的學生經(jīng)常面對的問題，必須采用必要的信息化教學手段克服實際教學中存在的困難，讓學生掌握熱工設備的相關(guān)知識，虛擬仿真是一種直觀有效的教學手段。

　　1. 2 虛擬仿真平臺對于學生認知、生產(chǎn)實習的必要性

　　在山東理工大學材料科學與工程學院的本科生培養(yǎng)方案中，本科生的認知、生產(chǎn)實習是必要環(huán)節(jié)，而學生進行認知、生產(chǎn)實習中在現(xiàn)場見到的也多數(shù)是熱工窯爐。由于參加實習的人數(shù)眾多，加長生產(chǎn)的噪音，學生幾乎聽不到技術(shù)人員的講解，再者由于現(xiàn)場存在高溫設備，危險性高，在現(xiàn)場實習的時間短，對于多數(shù)學生來說，實習成了一種“走過場”，想學卻學不到東西。在現(xiàn)場走一圈，所見到的也只是熱工設備的外部大體框架，至于內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)、空氣是如何流入、燃料如何與空氣混合燃燒、煙氣如何流動、大量煙氣余熱如何回收利用等重要的知識學生無法從現(xiàn)場的實習中獲得。因此，利用虛擬仿真手段，剖開熱工設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用直觀動畫形式生動再現(xiàn)工業(yè)爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)、氣體流動、余熱回收過程，是一種直觀有效的手段。通過虛擬仿真平臺，學生在實習前可以了解各種工藝過程，然后在實習過程中將實物與虛擬仿真平臺的內(nèi)容對應起來，從而可以深刻了解各種熱工設備的結(jié)構(gòu)及工作原理。

　　2 熱工基礎及設備課程教學虛擬仿真平臺的建設內(nèi)容

　　“熱工基礎及設備”課程中所設涉及的材料學院材料科學與工程專業(yè)的熱工窯爐，主要包括金屬方向的煉鐵高爐、煉鋼轉(zhuǎn)爐以及非金屬方向的現(xiàn)代水泥回轉(zhuǎn)窯、陶瓷耐火材料燒成隧道窯、浮法玻璃窯。利用現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)，將煉鐵高爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖開，以動畫的形式模擬煉鐵過程中煉鐵原料從頂部進入高爐，煤粉與高溫空氣進入高爐并開始燃燒放熱提供煉鐵過程煉鐵過程所學的熱量，煉鐵過程中的高爐煤氣流出高爐，進行余熱回收后進行下一步處理利用，生動向?qū)W生講解高爐煉鐵工藝。煉鋼的工藝同煉鐵不同，煉鋼的是去雜質(zhì)、除碳的過程，熱工設備采用的是轉(zhuǎn)爐。除了采用虛擬仿真的形式講解煉鐵、煉鋼工藝外，金屬的鑄造成型也是金屬方向課程的重要內(nèi)容，具體的澆注過程采用動畫的形式呈現(xiàn)出來。

　　對于材料學院無機非金屬方向的學生，硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品的燒成工藝是重要的內(nèi)容，現(xiàn)代水泥生產(chǎn)的完整工藝設備包括與分解窯、回轉(zhuǎn)窯、懸浮預熱器、篦式冷卻機，通過虛擬仿真手段向?qū)W生講解回轉(zhuǎn)窯輸運、燒成原理、懸浮預熱器的熱回收與除塵原理。陶瓷與耐火材料的燒成設備都采用隧道窯，窯內(nèi)物料的碼放原理，氣體在窯內(nèi)的流動加熱，煙氣對物料的余熱都可以通過虛擬仿真的形式呈現(xiàn)出來。浮法玻璃生產(chǎn)工藝是硅酸鹽窯爐中自動化程度較高的熱工設備，其獨特的高溫煙氣的熱風爐余熱回收過程可以通過虛擬仿真再現(xiàn)出來。

　　3 結(jié)語

　　虛擬仿真技術(shù)應用在熱工基礎及設備的課程教學中，解決了本門課由于教材中熱工設備內(nèi)容的缺失所帶來的對熱工設備內(nèi)容講解長期忽略的問題，采用虛擬仿真的形式呈現(xiàn)熱工設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，余熱回收的原理與過程，既可以激發(fā)學生的學習興趣，又能增強對理論知識的理解運用能力。

　　參考文獻

　　[1]劉 俐，劉平安，李 玲，等. 虛擬仿真實驗技術(shù)在醫(yī)學微生物學實驗教學中的應用研究[J]. 中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育，2017，15( 6) : 1 - 2.

　　[2]鹿曉陽，李明弟，李 軼. 創(chuàng)新實驗教學體系的研究與實踐- 國家虛擬仿真實驗教學中心和國家實驗教學示范中心建設[J]. 山東高等教育，2015( 3) : 42 - 46.

　　[3]曾 怡，黃干榮，唐華英，等. 將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于醫(yī)學微生物學實驗教學的體會[J]. 現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2011，27 ( 9) : 1436 - 1437.

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