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虚拟仿真化工厂

参赛方向: 面向教育教学的3D/VR/AR创新应用

参赛赛区: 福建赛区

参赛组别: 教师组

参赛院校: 闽江学院

参赛院系: 海洋学院

参赛教师: 林曦,邱桢丽,陈韵翔,周岑,林棋

项目简介

本仿真实训教学项目以提升地方性本科高校应用型化学化工人才的培养质量为目标,以习近平总书记任我校校长期间所确立的“立足福州、面向市场、注重质量、突出应用”的办学宗旨为指导,选取化学化工领域重要分支——高分子化学为项目背景,以全球最大聚酰胺生产基地——福建恒申集团公司40万吨/年聚酰胺一体化项目为蓝本,联合国内上市设计院及知名仿真软件开发商,在总结多年实践教学经验基础上开发形成,已成为本专业学生培养中实践环节的重要组成部分。在接受仿真课程学习后,学生将进入真实工厂,完成生产实习。

项目详情

一、全厂漫游模块

   

电脑端软件主要包括“全厂漫游”和“单元设备”两个模块,采用游戏化的形式进行学习。在“全厂漫游”中,又分为飞行模式、导览模式和自由模式三个选项。飞行模式提供了对整个工厂的鸟瞰场景,通过背景语音的形式进行教学,巩固工艺背景知识,并初步建立全局观念。导览模式在厂区地面进行,提供必要的路线引导,使学生快速进入状态,沿途遇到的重点单元设备均提供知识点讲解,形式是语音和视频动画,终点的陈列室中的重要设备进行有针对性学习。在自由模式中,可以对厂区(约五百亩)各个角落进行无限制探索,感性认识聚酰胺生产的单元设备大小比例和排列组合,也对工业场景有更进一步的全局认识。


二、单元设备模块

根据常规教材内容及工厂实际情况,主要单元设备包括:釜式反应器,分馏塔,塔式反应器,立式拱顶储罐,多级离心泵,离心式压缩机以及涡轮流量计等。通过内嵌视频,对不同单元设备的构造及工作原理进行讲解,同时可以进行主要零部件的拆装和内部结构展示,进行知识点梳理和应用范围的拓展。


在体验学习中,软件自带题库提供在线考核功能,实时评分,通过软件设置针对回答错误的知识点进行强制再学习,才能保存当前的实验成绩报告,这样的实时纠错符合学习记忆曲线的客观规律,增强学生对知识点的吸收;此外学生还可以多次学习并进行考核,保留最高成绩,这是为了促进学生学习的积极性。另一方面电子数据易于收集与量化,教师可以根据学生每次考核的数据进行综合系统的统计分析,为改进和完善实验提供参考。


难点创新

    教学环节充分以学生为中心构建,学生主导实训过程,教师起辅助作用。电脑端软件在设计上使用第一人称视角,除了必要的引导以外,更多是让学生主动去探索整个厂区,调动作为“互联网原住民”的学生们的学习积极性,从而对全厂布局和生产工艺有更直观的认识,这要比常规教材来的更有临场感。


    得益于本项目底层采用的UE4引擎的先进性,学生不仅可以掌握多种单元设备的工作原理,还可以动手拆装单元设备,从而掌握其内部结构和主要零部件组成。从对单元设备的深度认识方面来看,这样的教学形式甚至要超过工厂现场参观。在进入考核模块之前,需要先完成单元设备“寻宝”任务,通过游戏式的体验进一步加深巩固知识点。

本项目以恒申集团真实工厂为蓝本,在接受仿真课程学习后,学生将进一步进入相应的工厂,进行实地学习,对照实际,进一步加深仿真学习效果。综上本项目作为一个基本单元,是衔接传统教材知识和生产实习乃至日后就业的一个很好的桥梁,充分反映了虚拟仿真教学中“虚实结合,互为补充”的理念。

成果成效

项目上线正式投入使用以来,已有本校应用化学、高分子材料工程、精细化工、轻化工程及纺织工程等专业的大三、大四学生进行了学习并通过考核。同时学校也拟将本项目软件作为相关专业新生的入学教育使用,使之对专业背景有初步的认知。 传统课堂教学中主要以教师课堂讲授为主,学生被动接受,对于实际生产工艺及单元设备的结构是以往教学上的难点。本项目通过构建移动端/客户端,将课堂在时间和空间上泛化延伸,学生可以随时随地访问学习。整体而言拓展了传统教学的范畴:知识承载的介质从纸面教材和PPT拓展到了新颖生动的多媒体;学生的学习方式从被动听讲拓展到了可交互的动态场景;考核方式从课后提交作业教师批改拓展到了软件记录考核并实时纠错。

本项目以世界纺织巨头恒申集团的锦纶工厂为蓝本,1:1建立了厂区模型,由于流程设置合理,可操作性强,从项目立项开发至落地开放过程中,恒申集团下属四个子公司恒申合纤、力恒锦纶、力源锦纶、申远新材料已先后组织一线员工进行试用和使用,也将作为新员工岗前培训使用。除此以外,项目软件也已通过我校网站向相关企业人员进修培训和社会学习者自我提升开放下载。

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