實踐教學是鞏固和深化本科生理論知識學習的重要手段，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識高素質(zhì)工程技術人員的重要環(huán)節(jié) [1]。對于應用型大學有色金屬冶金方向的教學而言，目前存在實踐環(huán)節(jié)薄弱、產(chǎn)學脫節(jié)等問題。一方面，有色金屬冶金工藝流程較長且復雜、實際操作要求高、具有危險性等特點，限制了學生實習的時間、空間和系統(tǒng)性 ;另一方面，有色工廠實習已不能滿足現(xiàn)在及未來的教學要求，而虛擬仿真訓練可以有效彌補這一方面的不足。

　　有色冶金虛擬仿真技術綜合了計算機圖形學、光電成像技術、數(shù)據(jù)庫技術、傳感技術和人工智能等多種技術手段 [2]，通過構建逼真的三維工廠布局、設備結構與連接、工藝流程與過程控制等宏觀及局部生產(chǎn)要素，可實現(xiàn)對真實生產(chǎn)環(huán)境的模擬。學生通過操控界面進行操作，更形象、直觀地體驗真實的工廠生產(chǎn)過程。學生可在不斷的仿真訓練和考核過程中，實現(xiàn)對知識的熟練掌握。該技術具有形象、高效、安全、可變、可交互等特點，可讓學生更形象、直觀和生動地感受工藝流程和操作過程，增強理論知識和實際生產(chǎn)的緊密結合，是對理論與實踐教學資源的重要補充。

　　一、虛擬仿真在有色金屬冶金實踐教學中的優(yōu)勢

　　有色金屬冶煉過程往往具有過程繁雜、設備龐大和危險環(huán)境(高溫、腐蝕、高空操作、帶電和危險品等)等特點，由于安全、管理、保密和時間等方面問題，學生不能親身操作冶煉設備，也無法掌握完整的工廠分布、生產(chǎn)流程和設備連接等知識。為解決這些問題，許多高校引入了多媒體資源(視頻、動畫和圖文等)，雖然在一定程度上彌補了現(xiàn)場實習的不足，但也面臨多媒體資源有限、制作周期長、成本高、針對性與互動性差等短板，學生不能實操，效果一般。得益于計算機軟、硬件技術、信息技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷進步，計算機模擬仿真技術的應用已然成熟 [3]，其在冶金教學中的作用和地位不斷凸顯。

　　二、應用實踐

　　重慶科技學院有色金屬冶金方向的專業(yè)課程主要有有色冶金原理、輕金屬冶金學、重金屬冶金學、稀有金屬冶金學等，其中以鋁冶金為主的輕金屬冶金和以銅冶金為主的重金屬冶金是教學的重點。這些課程主要以傳授理論知識為主，缺少實際操作的環(huán)境和平臺。為此，學校于 2015 年與山東星科智能科技股份有限公司合作，建立了有色金屬虛擬仿真實踐教學平臺。

　　該平臺主要由銅轉爐冶煉生產(chǎn)、陽極銅生產(chǎn)、電解銅操作和電解鋁生產(chǎn) 4 部分虛擬仿真實訓系統(tǒng)分組成，并搭建了學校局域網(wǎng)訓練基地和軟件公司云服務平臺，學生不僅可在局域網(wǎng)集中訓練，也可于任意時間和地點通過個人電子設備在云服務平臺上訓練。開展的虛擬仿真實踐教學環(huán)節(jié)貫穿了整個實習教學過程，該環(huán)節(jié)主要由以下幾部分構成。

　　一是虛擬仿真實訓前預習。仿真實習前，合理安排學生熟悉相關生產(chǎn)工藝流程和原理、生產(chǎn)設備和設備連接、行業(yè)背景等知識，做到對實習企業(yè)、關聯(lián)生產(chǎn)工藝和行業(yè)現(xiàn)狀有所了解。同時，讓學生登錄虛擬仿真實踐教學平臺，利用平臺內(nèi)的用戶手冊、圖文資料和操作視頻等資料，學習相關基礎理論和生產(chǎn)實踐知識，了解虛擬仿真的特點和用途。指導教師采取問答的形式對每一個學生預習情況進行檢查，根據(jù)反饋結果，對預習模式進行補充和調(diào)整。二是仿真操作講解。指導教師根據(jù)仿真實訓用戶手冊，詳細介紹仿真系統(tǒng)用途、結構、界面、操作步驟及考核要求等。結合預習知識和實習工廠相關資料，對比分析實習實地情景與仿真系統(tǒng)的特點和異同，剖析仿真工藝操作的原理知識，使學生明白操作的目的，杜絕“記憶操作”。三是仿真訓練和考核。指導教師明確虛擬仿真考核要求，通過軟件計劃管理后臺調(diào)整考核計劃和修改得分標準，突出不同考察方向和側重點。學生登錄學校仿真局域網(wǎng)或軟件云服務系統(tǒng)進行仿真訓練，軟件將記錄學生的操作信息，生成詳細的考核報表，給出成績和失分點，達到量化考核的目的。學生帶著任務去實習，通過模擬不同的生產(chǎn)情況(變生產(chǎn)原料、設備、產(chǎn)品規(guī)格等)，磨礪應對不同生產(chǎn)情況的能力。

　　三、應用效果和不足

　　虛擬仿真技術本身具有一定的趣味性，學生能夠在這一技術引導下迅速接受有色金屬生產(chǎn)工藝的相關內(nèi)容。經(jīng)過 5 年摸索，虛擬仿真實踐教學系統(tǒng)輔助理論課堂教學，已成為專業(yè)認識實習和生產(chǎn)實習的重要環(huán)節(jié)。學生學習動力和興趣普遍得到激發(fā)和提升，獲取知識、運用知識能力和創(chuàng)新意識隨之提高。通過改變虛擬仿真訓練計劃內(nèi)容(如銅冶金仿真)，加強了學生對關鍵工藝流程的理論理解、操作掌握和異常工況處理能力，針對從礦物原料冶煉到生產(chǎn)出最終產(chǎn)品的全流程模擬提升了工廠生產(chǎn)全局意識。虛擬仿真改變了傳統(tǒng)實習過程中只能依靠實習報告評閱和實習筆記評閱這樣單一、低效的評價方式，提高了學生實習過程中的學習效果。虛擬仿真能夠基本還原有色工廠主要生產(chǎn)流程，但現(xiàn)有仿真技術還達不到有操作真實設備的實感。通過電子設備的按鍵、鼠標或觸控板來完成的仿真指令操作，與實際生產(chǎn)還有較大差距，無法達到視、聽、嗅、觸、味等多種感官融合的現(xiàn)實感體驗，實訓后可能缺少切身感悟。同時，仿真技術無法模擬實際生產(chǎn)的操作細節(jié)、動態(tài)場景和工廠技術人員溝通互動等諸多場景。過度依賴虛擬仿真的實踐教學可能導致學生缺乏對現(xiàn)實生產(chǎn)的充分認識，不利于對動手能力鍛煉和人文素質(zhì)培養(yǎng)。

　　四、結 語

　　虛擬仿真在冶金高校實踐教學中的應用與推廣已成為一種趨勢，雖然該技術還存在一些不足，但它可與傳統(tǒng)的工廠實習優(yōu)勢互補、深度融合，能夠對人才實踐能力、創(chuàng)新能力和工廠大局觀意識的培養(yǎng)起到積極作用。在新技術不斷更新?lián)Q代的今天，與時俱進的虛擬仿真實踐教學平臺建設需要高等學校、軟件公司和工廠企業(yè)等多方協(xié)同合作，不斷推進虛擬仿真技術的革新。面向實踐教學的仿真資源還處在高速發(fā)展期，應充分利用這個時機，建設和發(fā)展適合本校的虛擬仿真實踐教學平臺及系統(tǒng)。

　　參考文獻 ：

　　[1] 陳靜 . 應用型高校虛擬仿真實踐教學模式的研究 [J]. 農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2020，31(10)：342-343.

　　[2] 葉柳，汪洪，李愛俠，等 . 大學物理實驗教學的改革和嘗試 [J]. 大學物理實驗，2019，32(1)：123-127.

　　[3] 侯彥慶 . 計算機仿真技術的應用與發(fā)展趨勢 [J]. 信息通信， 2016(2)：181-182.

　　《虛擬仿真在有色金屬冶金方向實踐教學中的應用》來源：《中國冶金教育》，作者：楊文強 夏文堂* 尹建國 袁曉麗