實(shí)踐教學(xué)是鞏固和深化本科生理論知識(shí)學(xué)習(xí)的重要手段，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié) [1]。對(duì)于應(yīng)用型大學(xué)有色金屬冶金方向的教學(xué)而言，目前存在實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱、產(chǎn)學(xué)脫節(jié)等問(wèn)題。一方面，有色金屬冶金工藝流程較長(zhǎng)且復(fù)雜、實(shí)際操作要求高、具有危險(xiǎn)性等特點(diǎn)，限制了學(xué)生實(shí)習(xí)的時(shí)間、空間和系統(tǒng)性 ;另一方面，有色工廠實(shí)習(xí)已不能滿(mǎn)足現(xiàn)在及未來(lái)的教學(xué)要求，而虛擬仿真訓(xùn)練可以有效彌補(bǔ)這一方面的不足。

　　有色冶金虛擬仿真技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、光電成像技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能等多種技術(shù)手段 [2]，通過(guò)構(gòu)建逼真的三維工廠布局、設(shè)備結(jié)構(gòu)與連接、工藝流程與過(guò)程控制等宏觀及局部生產(chǎn)要素，可實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的模擬。學(xué)生通過(guò)操控界面進(jìn)行操作，更形象、直觀地體驗(yàn)真實(shí)的工廠生產(chǎn)過(guò)程。學(xué)生可在不斷的仿真訓(xùn)練和考核過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的熟練掌握。該技術(shù)具有形象、高效、安全、可變、可交互等特點(diǎn)，可讓學(xué)生更形象、直觀和生動(dòng)地感受工藝流程和操作過(guò)程，增強(qiáng)理論知識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)的緊密結(jié)合，是對(duì)理論與實(shí)踐教學(xué)資源的重要補(bǔ)充。

　　一、虛擬仿真在有色金屬冶金實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

　　有色金屬冶煉過(guò)程往往具有過(guò)程繁雜、設(shè)備龐大和危險(xiǎn)環(huán)境(高溫、腐蝕、高空操作、帶電和危險(xiǎn)品等)等特點(diǎn)，由于安全、管理、保密和時(shí)間等方面問(wèn)題，學(xué)生不能親身操作冶煉設(shè)備，也無(wú)法掌握完整的工廠分布、生產(chǎn)流程和設(shè)備連接等知識(shí)。為解決這些問(wèn)題，許多高校引入了多媒體資源(視頻、動(dòng)畫(huà)和圖文等)，雖然在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)的不足，但也面臨多媒體資源有限、制作周期長(zhǎng)、成本高、針對(duì)性與互動(dòng)性差等短板，學(xué)生不能實(shí)操，效果一般。得益于計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)、信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用已然成熟 [3]，其在冶金教學(xué)中的作用和地位不斷凸顯。

　　二、應(yīng)用實(shí)踐

　　重慶科技學(xué)院有色金屬冶金方向的專(zhuān)業(yè)課程主要有有色冶金原理、輕金屬冶金學(xué)、重金屬冶金學(xué)、稀有金屬冶金學(xué)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(xué)的重點(diǎn)。這些課程主要以傳授理論知識(shí)為主，缺少實(shí)際操作的環(huán)境和平臺(tái)。為此，學(xué)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(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

　　該平臺(tái)主要由銅轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)、陽(yáng)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(shí)訓(xùn)系統(tǒng)分組成，并搭建了學(xué)校局域網(wǎng)訓(xùn)練基地和軟件公司云服務(wù)平臺(tái)，學(xué)生不僅可在局域網(wǎng)集中訓(xùn)練，也可于任意時(shí)間和地點(diǎn)通過(guò)個(gè)人電子設(shè)備在云服務(wù)平臺(tái)上訓(xùn)練。開(kāi)展的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)貫穿了整個(gè)實(shí)習(xí)教學(xué)過(guò)程，該環(huán)節(jié)主要由以下幾部分構(gòu)成。

　　一是虛擬仿真實(shí)訓(xùn)前預(yù)習(xí)。仿真實(shí)習(xí)前，合理安排學(xué)生熟悉相關(guān)生產(chǎn)工藝流程和原理、生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備連接、行業(yè)背景等知識(shí)，做到對(duì)實(shí)習(xí)企業(yè)、關(guān)聯(lián)生產(chǎn)工藝和行業(yè)現(xiàn)狀有所了解。同時(shí)，讓學(xué)生登錄虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，利用平臺(tái)內(nèi)的用戶(hù)手冊(cè)、圖文資料和操作視頻等資料，學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)理論和生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，了解虛擬仿真的特點(diǎn)和用途。指導(dǎo)教師采取問(wèn)答的形式對(duì)每一個(gè)學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行檢查，根據(jù)反饋結(jié)果，對(duì)預(yù)習(xí)模式進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整。二是仿真操作講解。指導(dǎo)教師根據(jù)仿真實(shí)訓(xùn)用戶(hù)手冊(cè)，詳細(xì)介紹仿真系統(tǒng)用途、結(jié)構(gòu)、界面、操作步驟及考核要求等。結(jié)合預(yù)習(xí)知識(shí)和實(shí)習(xí)工廠相關(guān)資料，對(duì)比分析實(shí)習(xí)實(shí)地情景與仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)和異同，剖析仿真工藝操作的原理知識(shí)，使學(xué)生明白操作的目的，杜絕“記憶操作”。三是仿真訓(xùn)練和考核。指導(dǎo)教師明確虛擬仿真考核要求，通過(guò)軟件計(jì)劃管理后臺(tái)調(diào)整考核計(jì)劃和修改得分標(biāo)準(zhǔn)，突出不同考察方向和側(cè)重點(diǎn)。學(xué)生登錄學(xué)校仿真局域網(wǎng)或軟件云服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真訓(xùn)練，軟件將記錄學(xué)生的操作信息，生成詳細(xì)的考核報(bào)表，給出成績(jī)和失分點(diǎn)，達(dá)到量化考核的目的。學(xué)生帶著任務(wù)去實(shí)習(xí)，通過(guò)模擬不同的生產(chǎn)情況(變生產(chǎn)原料、設(shè)備、產(chǎn)品規(guī)格等)，磨礪應(yīng)對(duì)不同生產(chǎn)情況的能力。

　　三、應(yīng)用效果和不足

　　虛擬仿真技術(shù)本身具有一定的趣味性，學(xué)生能夠在這一技術(shù)引導(dǎo)下迅速接受有色金屬生產(chǎn)工藝的相關(guān)內(nèi)容。經(jīng)過(guò) 5 年摸索，虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)輔助理論課堂教學(xué)，已成為專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣普遍得到激發(fā)和提升，獲取知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)能力和創(chuàng)新意識(shí)隨之提高。通過(guò)改變虛擬仿真訓(xùn)練計(jì)劃內(nèi)容(如銅冶金仿真)，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)關(guān)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(duì)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(shí)。虛擬仿真改變了傳統(tǒng)實(shí)習(xí)過(guò)程中只能依靠實(shí)習(xí)報(bào)告評(píng)閱和實(shí)習(xí)筆記評(píng)閱這樣單一、低效的評(píng)價(jià)方式，提高了學(xué)生實(shí)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)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(shù)還達(dá)不到有操作真實(shí)設(shè)備的實(shí)感。通過(guò)電子設(shè)備的按鍵、鼠標(biāo)或觸控板來(lái)完成的仿真指令操作，與實(shí)際生產(chǎn)還有較大差距，無(wú)法達(dá)到視、聽(tīng)、嗅、觸、味等多種感官融合的現(xiàn)實(shí)感體驗(yàn)，實(shí)訓(xùn)后可能缺少切身感悟。同時(shí)，仿真技術(shù)無(wú)法模擬實(shí)際生產(chǎn)的操作細(xì)節(jié)、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景和工廠技術(shù)人員溝通互動(dòng)等諸多場(chǎng)景。過(guò)度依賴(lài)虛擬仿真的實(shí)踐教學(xué)可能導(dǎo)致學(xué)生缺乏對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的充分認(rèn)識(shí)，不利于對(duì)動(dòng)手能力鍛煉和人文素質(zhì)培養(yǎng)。

　　四、結(jié) 語(yǔ)

　　虛擬仿真在冶金高校實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與推廣已成為一種趨勢(shì)，雖然該技術(shù)還存在一些不足，但它可與傳統(tǒng)的工廠實(shí)習(xí)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、深度融合，能夠?qū)θ瞬艑?shí)踐能力、創(chuàng)新能力和工廠大局觀意識(shí)的培養(yǎng)起到積極作用。在新技術(shù)不斷更新?lián)Q代的今天，與時(shí)俱進(jìn)的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)需要高等學(xué)校、軟件公司和工廠企業(yè)等多方協(xié)同合作，不斷推進(jìn)虛擬仿真技術(shù)的革新。面向?qū)嵺`教學(xué)的仿真資源還處在高速發(fā)展期，應(yīng)充分利用這個(gè)時(shí)機(jī)，建設(shè)和發(fā)展適合本校的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)及系統(tǒng)。

　　參考文獻(xiàn) ：

　　[1] 陳靜 . 應(yīng)用型高校虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式的研究 [J]. 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2020，31(10)：342-343.

　　[2] 葉柳，汪洪，李?lèi)?ài)俠，等 . 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和嘗試 [J]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2019，32(1)：123-127.

　　[3] 侯彥慶 . 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) [J]. 信息通信， 2016(2)：181-182.

　　《虛擬仿真在有色金屬冶金方向?qū)嵺`教學(xué)中的應(yīng)用》來(lái)源：《中國(guó)冶金教育》，作者：楊文強(qiáng) 夏文堂* 尹建國(guó) 袁曉麗