中國石油大學(華東) 在石油工業實訓中應用虛擬仿真技術
虛擬仿真技術對實訓教學具有強大的補充和完善功能,既能為學生提供不同的專業應用場景,又能有針對性地提供操作指導和專業建議,在鞏固學生理論知識、鍛煉學生實操技能、培養學生解決問題的能力、提升學生的創新意識與水平等方面發揮著重要作用。深入探索、科學應用虛擬仿真技術,對于提升教學質量和效率意義重大。
中國石油大學(華東)石油工業訓練中心是國家實驗教學示范中心和國家虛擬仿真實驗教學中心,是集實訓教學、技能培訓、創新實踐、科技研發、成果轉化及科技服務功能于一體的綜合性實踐教學科研基地。中心秉持“惟真惟實、彰顯個性、注重創新、強化應用,致力培養中國一流的石油工業高級技術人才”的教學理念,科學引進并應用虛擬仿真技術,構建了特色鮮明的石油工業訓練實訓教學體系,取得一系列產學研成果,為學校整體辦學條件和辦學能力的提升奠定了堅實的公共基礎,也為全國高校工程訓練中心的多元化發展與改革提供了可借鑒的經驗。
從思想入手,夯實虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的基礎
教育信息化驅動虛擬仿真實驗教學項目建設。虛擬仿真實驗教學項目是推進現代信息技術融入實驗教學項目、拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平的重要舉措。中心始終致力于做實訓實踐教學領域的領跑者,不斷創新實訓教學思路,著力夯實虛擬仿真技術等新技術在石油工業實訓中應用與實踐的堅實基礎,實訓教學改革成果得到國家教育部門專家、領導及相關高校的一致肯定。
中心立足于國家高等工程教育的要求,以培養大學生創新實踐能力為目標,在加強理論與實踐、虛擬與現實、室內與現場、教學與科研、校內與校外“五融合”的基礎上,以基礎工業訓練、特色石油訓練、綜合技能培訓、創新研究訓練四個層級為平臺,將工程教育理念和有關知識貫穿實踐教學的全過程,建立“多模塊、分層次、階段化、遞進式”的“X專項”實訓教學模式,構建“五融合、四層次、六模塊”創新型工程訓練體系,全面提高實踐教學質量和大學生創新實踐能力。“內感外化、串并貫通、虛實融合、訓創一體”的工程實踐教學模式被多所高校借鑒應用,人才培養成效明顯,在高等工程教育、石油高等教育等相關領域發揮示范引領作用。于2013年入選首批國家虛擬仿真實驗教學中心,獲批2項國家虛擬仿真實驗教學示范項目、1門山東省虛擬仿真一流課程,2019年獲批“山東省大數據創新人才實訓基地”,在全國高校虛擬仿真教學資源建設成果展及高校自制裝備儀器展上獲得多項獎勵,得到評審專家及參會者的一致高度好評。
從教學入手,發揮虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的作用
虛擬仿真技術的應用和實踐能夠豐富教學資源與教學方式,讓學生基于虛擬現實資源進行實踐實驗學習,在虛擬情境中解決問題、開展實驗操作等,提高學生的互動合作、操作實踐能力。中心依托國家虛擬仿真實驗教學中心,充分應用信息化技術手段,把虛擬實驗、仿真實驗和教育教學緊密結合,充分發揮了虛擬仿真技術在石油工業實訓中的應用與實踐教學作用。
不斷深化信息技術與實踐教學的應用融合創新,采用多元化實踐教學模式,建成特色鮮明的“五融合、四層次、三模式、多平臺”虛擬仿真實驗教學體系。將錄制的石油工業MOOC微視頻,以及自主開發的鉆機、抽油機、螺桿泵等石油機械系列三維動畫,泥漿泵、防噴器等鉆采裝備的拆裝訓練交互操作項目等課程虛擬仿真資源,按照不同授課對象進行重整,借助“動畫視頻+交互操作”,建立了完善的工訓中心線上教學平臺。依托豐富的信息化教學裝備及軟件資源,開設60多個虛擬仿真實訓科目,構建高度仿真的工業生產虛擬實訓環境和實訓對象,以虛擬仿真作為重要教學手段,虛實結合,以虛助實,讓學生進行身臨其境的交互式視景仿真和信息交流,開展真實有效的互動,教學效果顯著。在學校“石大云課堂”上建設集動畫播放、師生互動、隨堂考評、課后測驗于一體的學習互動資源,形成多元融合的網絡信息化教學模式。課前,學生可自主登錄工訓中心線上教學平臺和“石大云課堂”教學平臺,閱讀安全須知,熟悉上課環境,預習上課內容,并完成課前小測驗,根據預習情況形成個性化學習重難點與學習目標,最終帶著問題進入線下課堂;課中,在理論講授環節,借助“雨課堂”“惟真學堂”等平臺,開展“師—生”“生—生”多向互動,增強課堂趣味性,激發課堂新活力;課后,學生可登錄“石大云課堂”教學平臺完成課程復習、報告撰寫、課后答疑、自我測評等工作,注重自主學習,提高了學習興趣和創新綜合能力。
從實踐入手,拓展虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的渠道
隨著信息化時代的發展,高等教育更加關注以學習者為中心的個性化教育服務,更加注重實踐創新能力的培養。技術在個性化教育服務中不僅是工具,更是教學的核心要素。中心結合教學需要及行業特點,抓實實踐教學和創新教育兩個重要抓手,立足現場生產一線,自主研制大批仿真教學裝備及軟件,拓展虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的實操路徑。
搭建機械制造、石油開發、人工智能、綜合創新等方向的系列實訓教學系統,建成“抽象原理具體化、結構過程可視化、工藝設備一體化、事故還原真實化”的系統化、工業化大工程實踐教學平臺,為大學生工程訓練學習提供了優良條件,學生不出校門即可參與企業生產全過程,接受工程認知、虛擬實驗、仿真實訓、生產操作的一體化訓練。成立“專業+創新”“雙師”導師隊伍,指導學生參加金磚國家青年創客大賽、“互聯網+”、“挑戰杯”、中國大學生工程實踐與創新能力大賽等全國各類科技競賽、科技創新活動,培養學生綜合運用專業知識解決工程問題的能力,全方位提升學生的創新素質。舉辦STM32芯片學習講座,成立硬件電路興趣小組,開展探究實驗,提升學生的硬件電路設計與調試水平,助力中心創新作品的智能化水平提升。
從產教入手,創新虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的平臺
產教融合、校企合作下的教育教學能夠實現理論教學與實踐的無縫對接,提高育人實效。中心始終遵循“源于問題,歸于實踐”的創新理念,創新虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的平臺,充分發揮虛擬仿真技術的教學優勢,構建產學研用緊密結合的實訓體系,提高人才培養的效率與質量。
把支持學生創新創業作為中心改革發展的內在要求和應有之義,打造“訓創一體、賽創融合”的創新實踐新生態,讓學生由知識的“接收者”轉變為知識的“發現者”“發明者”,大力推動學生創新創業。洞察并把握學生創新創業教育的方向和先機,有效進行產教融合、科教融合,以新能源、海洋、環保、智慧油田、智能石油儀器及裝備、軍民融合技術、新舊動能轉換、人工智能、智能制造、虛擬仿真資源開發等為主題,建設多個大學生創新室和校外實踐創新基地,為大學生創新創業提供優良平臺。立足行業和專業特點,有效結合工程研究和社會應用實踐,將中心科研成果和科研項目與大學生創新實踐緊密結合,實現技術成果的延伸和擴展。
從科研入手,提升虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的價值
高校是科研創新的主要陣地,是重大科技突破的策源地。扎實開展科研工作是高校的應有之義。中心立足于石油石化的鮮明特色,結合“新工科”建設及工程教學需求,依托虛擬仿真、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術,加大科研力度,提升虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的價值。
自主研發完成百余種仿真教學裝備及30多個系列、800小時時長的虛擬仿真三維教學軟件。圓滿完成中化舟山國家應急救援基地、新疆重大教育建設項目新疆石油培訓中心、國家應急管理部門重點建設項目江蘇(江陰)沿江危化品應急救援基地等多個國家重點項目的虛擬仿真教學資源開發。中心自主研發的系列仿真教學裝備、軟件及高科技實驗技術設備在國內外眾多高校及中科院、中石油、中石化、中海油等數百家單位得到廣泛應用。在完成工程實訓教學任務的基礎上,中心致力于服務國家能源發展戰略,承擔國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)、“十三五”重大科技專項、國家自然科學基金等課題10多項,頁巖油、頁巖氣、天然氣水合物等技術及先進實驗設備研究開發居國內先進水平,榮獲多項國家、省級及廳局級教學和科研獎勵。中心課程“油氣井作業仿真實訓”成功入選國家虛擬仿真實驗教學創新聯盟首批實驗教學課程“西部行”協同建設項目,充分展現了中心在虛擬仿真實驗教學課程建設、資源建設等方面的豐富經驗和先進水平,是對中心虛擬仿真教學實力的充分肯定,對中心今后進一步推進虛擬仿真實驗教學工作具有重要意義。
從教師入手,打造虛擬仿真技術在石油工業實訓中應用與實踐的隊伍
教師是教育發展的重要資源,承擔著知識、思想、真理傳播的歷史使命。實訓教師隊伍這一實訓教學改革創新發展的主力軍,同樣應當發揮鑄魂育人的時代重任。中心從機制體制上設定要求,在實踐中扎實培養和培育,在工作中積極引導和支持,著力打造一支具有豐富教育理念、熱心教學改革、掌握實踐技能的教師專業隊伍。
大力引進具有人工智能、自動化檢測、自動化控制等專業基礎,能夠勝任中心本科相關專業課程講授任務的優秀人才,充實中心科技創新、學生培養工作、學生創新創業指導工作的力量。按照“常規檢查與專項檢查結合、查找問題與工作整改結合、即查即改與長效機制結合”的思路,定期開展實訓教學專項檢查,聚焦新時代一流人才培養要求和學校高質量發展需要,針對“學科融合、科教融合、產教融合”在實踐教學環節的實施情況、虛擬仿真技術的應用情況等進行重點檢查,進一步規范實訓教學管理、提高實訓教學質量。組織青年教師舉行以“理論指導實踐,實操促進創新”為主題的講課比賽,將新的課堂理念有機融入實際的課堂教學過程,提升中心青年教師的教育教學能力,激發教師“學業務、練技能、爭一流”的熱情與積極性,為打造一支思想過硬、業務精湛、團結務實的高素質教師隊伍奠定了基礎。
(王淑萍 馬建民 李雪琴 楊勁松)
(正文結束)
