摘 要：校外实习是本科教学中一个非常重要的实践教学环节。然而，随着社会形势的发展变化，传统的校外实习模式出现了很多问题，比如实习单位联系越来越困难、实习经费严重不足、实习效果质量较差等。在新形势下如何提高实习的效率和效果，将实践教学的重要性和培养目的真正落实到提高学生的培养质量上面来，成为众多高校当前面临的一个亟待解决的问题。虚拟仿真实验室可以将化工生产过程当中的管道、阀门、泵、换热器、反应器等各种单元操作以及完整工艺流程直观的呈现出来，让学生产生身临其境的真实体验感，可以在很大程度上替代校外实习基地。让传统的以到企业实习为主的校外实习模式转变为以校内虚拟仿真实验室或半实物虚拟仿真工厂实习为主，校外企业实习为补充的新的实习模式。
关键词：实习基地；化学化工；本科院校；虚拟仿真
中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2016）24-0063-03
Abstract： Practice outside the campus plays an important role in undergraduate education. However， with the development and change of the social environment， many problems appeared， such as the more and more difficulties in contact with the practice bases， a serious shortage of funding used for practice， and the poor quality of the practice effect. Under the new situation how to improve the efficiency and effect of thepractice， and to really enhance the cultivation quality is now facing enormous challenge. Virtual simulation laboratory of chemical production process can intuitively present the pipelines， valves， pumps， heat exchangers， reactors and other unit operations， and a whole technological process， which would let the students produce immersive experience. As a result the practice inside the campus would replace the practice outside the campus to a large extent. A new practice mode in which a virtual simulation laboratory or semi-physical virtual simulation on campus would be the main practice ways with the practice outside campus as the supplementary would form.
Keywords： practice bases； chemistry and chemical engineering； university； virtual simulation
校外实习是化学化工类本科专业人才培养方案的重要组成部分，是本科教学中一个非常重要的实践教学环节，是培养学生实踐能力与创新能力的重要途径[1]。以河南工业大学应用化学专业为例，该专业在第5和第7学期分别安排了校外认识实习和生产实习。通过校外实习，使学生近距离的接触实际化工生产过程，在企业导师的指导下，将自身所学相关理论知识与生产实践相结合，通过对实际生产设备及工艺流程的深入了解和剖析，深化对有关知识概念和企业生产的认知，增强学生的实践和创新能力。为后续专业课程的学习，毕业设计以及将来工作打下良好基础。
实际上，学校每年都要投入很多资源用于本科生集中到校外一些化学化工企业进行认识和生产实习教学。然而，随着形势的变化，现有校外实习教学模式存在诸多问题，如联系校外实习单位越来越困难、实习经费明显不足、实习效率和效果较差、学生在企业实习积极性不高等。因此，迫切需要寻求一种新的模式以适应新时期的实习教学要求，切实提高实习效率和效果，提升学生培养质量。
虚拟仿真实验是指借助于仿真软件等在计算机上创造出一个与真实的传统实验操作环节类似的虚拟的实验平台，为实践教学提供了一种全新的教学环境，注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。同时，在实践教学过程中，不必担心实验成本、实验的危险性，以及与企业联系的繁琐事务。实践证明，这种方式更有利于激发学生的学习兴趣，锻炼学生的动手能力和创新能力，可以看出，虚拟实验室是未来高校实验室建设的发展方向之一。基于虚拟仿真实验室的校内实习基地建设也是解决传统校外实习模式所面临诸多问题的一个有益的尝试。
一、传统校外实习模式存在的问题
作者近几年一直带领我校应用化学专业学生到企业实习，亲自参与了若干个实习基地的建设工作，深知实习基地建设过程当中存在的各种问题和困难。在计划经济时代，学校的管理权归属于中央部委，学校和行业内企业的关系十分密切，在那个时代学校要到行业内企业实习基本上不存在太大的问题。随着学校管理权下放到地方教育部门以后，学校与行业内企业曾经的紧密关系越来越疏离，除了学校特色专业院系（比如河南工业大学的粮油食品学院）延续了曾经与行业内企业（国内的粮油食品行业内企业）的紧密关系外，其他大部分院系受限于学科特点和发展水平，与行业内企业关系弱化，同时短期内也很难得到其他行业内企业的普遍认可，这是众多地方二本院校普遍面临的问题。这一处境使得学校的非特色专业在联系实习基地的时候很困难，而且越来越困难。
目前，学校在学生实习方面没有完善的制度或政策保障，主要是靠相关老师个人与企业内个人之间的关系来建立联系，显然，这类实习基地是不稳固的。一旦企业联系人工作有所变动或离开原单位，对学生的正常实习工作就会产生很大影响。化学化工类企业普遍存在高温、高压、易燃、易爆、有毒、有腐蚀等不安全隐患，企业本身不太愿意让学生到企业实习，一方面怕影响到企业的正常生产秩序；另一方面怕出现安全事故。而学生实习本身又不能给企业带来经济效益，因此，企业接纳学生实习的主观意愿非常低，学生实习被企业认为是一种负担，相关工作人员没有积极性做这件事情，对学生的指导热情不高。
按实践教学要求，学生到校外实习，每个班级（约30人）配一名指导教师，学生来回企业的交通安全问题，在企业内实习可能发生的安全问题，住宿过程中可能的安全隐患，以及其他不可预知的安全问题，都是实实在在摆在每一个指导教师面前的问题，造成了指导老师很大的压力。与此同时，实习经费却捉襟见肘。实习过程中所产生的实习费、交通费、住宿费、培训费、证件费等一项都少不了，按学校目前实习经费配备标准（该标准多年未变），实习经费根本不够支出。同时，现在严格的财务制度，实习费用的财务报销也是一个很艰巨的任务。工作压力大，事务繁琐，经费紧张，造成老师带学生到校外实习的主观意愿较低。
从学生的角度，由于实习时间短（认识实习一周，生产实习约两周），学生自身学习主动性低的话，基本上就是走马观花地看一下，实习效果比较差。同时，在化工类企业，基于正常生产、安全生产和自动化生产等方面的因素，严格禁止学生触碰相关仪器设备、阀门、开关等，学生实习过程主要是以觀察和与现场工人师傅沟通交流为主，单纯的外在观察很难对设备及工艺流程有深刻透彻的理解。积极主动且沟通能力强的学生会了解多一点的东西，其他的学生就收获较少。
综合以上分析，传统的校外实习模式在市场经济时代面临着诸多问题，导致学生实习效率低，效果较差。在新形势下寻找新的实习模式是当前高校本科生实践教学面临的一个亟待解决的问题。
二、创建校内实习基地的必要性
传统的校外实习模式已经不适应新形势下高校本科生实践教学的要求。企业不愿接收学生实习、联系实习单位困难、实习经费不足、学生实习效率低、实习效果差等问题日益突出。为解决这一现状，真正落实实践教学在学生培养质量提升方面的重要作用，切实提高实习的效率和效果，更好地培养实践能力强，创新能力好的综合型、实用性专业人才，校内实习基地的创建势在必行。
校内实习基地的建设，可以说是一次投入，受益长久。从长远看，可以节省大量的实习经费。同时，减轻了指导老师联系实习企业，外出学生管理等方面所产生的压力，可以集中精力对学生的专业问题进行指导。
学生在实习的时候，如果能够亲自动手操作，并观察设备内部结构和实际工艺流程，将所学理论知识与实践相结合，通过思考并动手解决一些问题，不仅会使学生体会到解决问题的成就感，更能使学生对所学专业产生深层次的认知感。这一点在实际的校外实习过程中是很难达到的，因为，校外实习主要侧重于看、听、说，限于化学化工类企业的特点，学生在有限的时间内是不会被允许进行实践操作的，由此，实习的效率和效果都会大打折扣。而校内实习基地的建设，在看、听、说的基础上就是要突出学生的动手操作，促使学生掌握必备的操作规范和操作技能，通过在校内营造化工企业实际生产的环境氛围，充分激发学生的创新思维和工程意识[2]。
校内实习基地建成后，在组织和管理上更容易把握，实习效果更容易落实。校内实习内容的合理设置与课堂教学相辅相成，注重了理论学习与实践的有机结合，并且可针对不同专业的特点，进行针对性调整。根据需要，学生可进行多次观看、接触和动手操作，方便学生观察设备的运行以及相互之间的联结方式，能够从直观上对各种设备的工作机理、作用进行判断。与校外实习相比，不论是在学习兴趣，还是可操控方面，都会产生更好的实习效果。
当前，教育部正积极推行“卓越工程师培养计划”试点工作，旨在以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养创新型工程师，为我国走新型工业化道路和建设创新型国家提供坚实的人才支撑和智力保证。而虚拟仿真实践教学正是促进未来卓越工程师实践能力培养的重要技术保障，也是校内实践教学基地建设的重要保障。
三、校内实习基地建设思路
根据化学化工企业的共性特点及学生在校外实习的实践过程，我们认为可以从两个方面入手建设校内实习基地。一是以设备和单元操作为主的基于小型化实物的校内实习基地，供认识实习用；二是选择特定的生产工艺，以工艺仿真软件来模拟化工企业的实际生产过程，构建基于完整工艺流程的仿真实验室，替代校外生产实习。当然，条件允许的化也可以考虑建设半实物仿真工厂。
（一）认识实习校内实习基地建设
化工生产过程可以简单归纳为三个过程，即原料预处理过程、化学反应过程和产物后处理过程。长期的实践与研究发现，尽管化工产品千差万别，生产工艺多种多样，但这些产品的生产过程所包含的物理过程并不是很多，而且是相似的。比如，流体输送不论用来输送何种物料，其目的都是将流体从一个设备输送至另一个设备；加热与冷却的目的都是得到需要的操作温度；分离提纯的目的都是得到指定浓度的混合物等。把这些包含在不同化工产品生产过程中，发生同样物理变化，遵循共同的物理学规律，使用相似设备，具有相同功能的基本物理操作，称为单元操作。只有将各种不同的化工过程分解为单元操作来进行研究，才能揭示其共性的本质、原理和规律。以干燥这个单元操作为例，可在造纸、染料、制药等有机工业中使用，在制碱、制盐、陶瓷等无机工业中也可以使用。在不同的行业中处理不同物料所使用的干燥技术都遵循一样的原则。
基于此，可考虑在原有化工实验室的基础上，选择常用的化工单元操作及相应的可供教学使用的小型设备，来建设以单元操作为核心的小型实物设备实验室和基本化工单元仿真软件相结合的校内认识实习基地，通过认识实习，使学生掌握单元操作的基本规律、典型设备的结构、单元操作设备选型设计计算等问题，并对三传（传热、传质、传动）一反（反应工程）的概念和认知进行深化。
（二）生产实习校内实习基地建设
在以单元操作为核心的认识实习基础上，进一步建设以完整工艺流程为核心，依托于虚拟仿真软件的生产实习校内基地。2013年，教育部在《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》中指出：虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物[3]。由于现代化学化工行业以复杂的设备和高度密集的联合体为基础，呈现出生产规模日益增大、投资消耗日益增长、自动化程度日益提高的趋势，生产过程连续不可逆，存在高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害等高危险性。利用虚拟仿真三维成像技术可以给学生提供更真实、更先进的模拟企业场景进行各种操作实验训练，为师生提供一个具有过程可重复性、原料无风险性、实验成本低等特点的实验平台。目前，国内已有部分职业类院校和本科院校建立了仿真实验室，比如天津大学已建立的仿真实验室涉及到基本化工单元、化工原理、聚丙烯工艺、常减压工艺等仿真软件。南京工业大学建立了基于基本化工单元、常减压工艺、合成氨工艺等仿真软件的仿真实验室。虚拟仿真实验教学通过校园网连接到互联网上，借助Mobile、Web等信息技术手段呈现出的高仿真、超時空、多层次、全开放、交互式和合作式等特点，改变了传统实践教学模式。
然而，全部基于仿真软件的实习模式，毕竟和真实的工厂实习还是有一定差异性的。2015年，卡内基梅隆大学研究人员公开发布的研究文章指出，结合虚拟和现实场景的学习成效是传统方式的五倍[4]。如果经费和场地许可，结合高校自身学科发展特色，建立实物与仿真软件相结合的“半实物仿真工厂”，将是一个更好的选择，能够实现优势互补。例如，郑州大学已经建立了煤化工仿真工厂，并且已经通过验收。现实和虚拟的结合，正成为教育研究者的主题。
四、结束语
无论是纯粹的虚拟仿真实验体系还是半实物仿真工厂，对解决传统校外实习模式存在的各种问题以及提升学生的实习效率和效果，都将起到积极的作用。基于完整工艺流程的虚拟仿真实验室和半实物仿真工厂，是未来高校实践教学改革发展的一个趋势，对提升本科生培养质量必将起到积极的促进作用。
参考文献
[1]冯巧，李辉，赵亚奇.工程类本科专业实习改革与探索[J].化工时刊，2014，28（1）：48-50.
[2]卢琳，李晖.校内生产实习基地的实践探索[J].科学与管理， 2013（1）：63-66.
[3]邱会东，王金波，邱奎，等.虚拟仿真实验室在化工专业实践教学中的应用[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2015（9）：68-70.
[4]张渝江.虚拟和现实结合的学习[J].中国信息技术教育，2015（21）：104-106.