实践教学是巩固和深化本科生理论知识学习的重要手段，是培养具有创新意识高素质工程技术人员的重要环节 [1]。对于应用型大学有色金属冶金方向的教学而言，目前存在实践环节薄弱、产学脱节等问题。一方面，有色金属冶金工艺流程较长且复杂、实际操作要求高、具有危险性等特点，限制了学生实习的时间、空间和系统性 ;另一方面，有色工厂实习已不能满足现在及未来的教学要求，而虚拟仿真训练可以有效弥补这一方面的不足。
有色冶金虚拟仿真技术综合了计算机图形学、光电成像技术、数据库技术、传感技术和人工智能等多种技术手段 [2]，通过构建逼真的三维工厂布局、设备结构与连接、工艺流程与过程控制等宏观及局部生产要素，可实现对真实生产环境的模拟。学生通过操控界面进行操作，更形象、直观地体验真实的工厂生产过程。学生可在不断的仿真训练和考核过程中，实现对知识的熟练掌握。该技术具有形象、高效、安全、可变、可交互等特点，可让学生更形象、直观和生动地感受工艺流程和操作过程，增强理论知识和实际生产的紧密结合，是对理论与实践教学资源的重要补充。
一、虚拟仿真在有色金属冶金实践教学中的优势
有色金属冶炼过程往往具有过程繁杂、设备庞大和危险环境(高温、腐蚀、高空操作、带电和危险品等)等特点，由于安全、管理、保密和时间等方面问题，学生不能亲身操作冶炼设备，也无法掌握完整的工厂分布、生产流程和设备连接等知识。为解决这些问题，许多高校引入了多媒体资源(视频、动画和图文等)，虽然在一定程度上弥补了现场实习的不足，但也面临多媒体资源有限、制作周期长、成本高、针对性与互动性差等短板，学生不能实操，效果一般。得益于计算机软、硬件技术、信息技术和互联网技术的不断进步，计算机模拟仿真技术的应用已然成熟 [3]，其在冶金教学中的作用和地位不断凸显。
二、应用实践
重庆科技学院有色金属冶金方向的专业课程主要有有色冶金原理、轻金属冶金学、重金属冶金学、稀有金属冶金学等，其中以铝冶金为主的轻金属冶金和以铜冶金为主的重金属冶金是教学的重点。这些课程主要以传授理论知识为主，缺少实际操作的环境和平台。为此，学校于 2015 年与山东星科智能科技股份有限公司合作，建立了有色金属虚拟仿真实践教学平台。
该平台主要由铜转炉冶炼生产、阳极铜生产、电解铜操作和电解铝生产 4 部分虚拟仿真实训系统分组成，并搭建了学校局域网训练基地和软件公司云服务平台，学生不仅可在局域网集中训练，也可于任意时间和地点通过个人电子设备在云服务平台上训练。开展的虚拟仿真实践教学环节贯穿了整个实习教学过程，该环节主要由以下几部分构成。
一是虚拟仿真实训前预习。仿真实习前，合理安排学生熟悉相关生产工艺流程和原理、生产设备和设备连接、行业背景等知识，做到对实习企业、关联生产工艺和行业现状有所了解。同时，让学生登录虚拟仿真实践教学平台，利用平台内的用户手册、图文资料和操作视频等资料，学习相关基础理论和生产实践知识，了解虚拟仿真的特点和用途。指导教师采取问答的形式对每一个学生预习情况进行检查，根据反馈结果，对预习模式进行补充和调整。二是仿真操作讲解。指导教师根据仿真实训用户手册，详细介绍仿真系统用途、结构、界面、操作步骤及考核要求等。结合预习知识和实习工厂相关资料，对比分析实习实地情景与仿真系统的特点和异同，剖析仿真工艺操作的原理知识，使学生明白操作的目的，杜绝“记忆操作”。三是仿真训练和考核。指导教师明确虚拟仿真考核要求，通过软件计划管理后台调整考核计划和修改得分标准，突出不同考察方向和侧重点。学生登录学校仿真局域网或软件云服务系统进行仿真训练，软件将记录学生的操作信息，生成详细的考核报表，给出成绩和失分点，达到量化考核的目的。学生带着任务去实习，通过模拟不同的生产情况(变生产原料、设备、产品规格等)，磨砺应对不同生产情况的能力。
三、应用效果和不足
虚拟仿真技术本身具有一定的趣味性，学生能够在这一技术引导下迅速接受有色金属生产工艺的相关内容。经过 5 年摸索，虚拟仿真实践教学系统辅助理论课堂教学，已成为专业认识实习和生产实习的重要环节。学生学习动力和兴趣普遍得到激发和提升，获取知识、运用知识能力和创新意识随之提高。通过改变虚拟仿真训练计划内容(如铜冶金仿真)，加强了学生对关键工艺流程的理论理解、操作掌握和异常工况处理能力，针对从矿物原料冶炼到生产出最终产品的全流程模拟提升了工厂生产全局意识。虚拟仿真改变了传统实习过程中只能依靠实习报告评阅和实习笔记评阅这样单一、低效的评价方式，提高了学生实习过程中的学习效果。虚拟仿真能够基本还原有色工厂主要生产流程，但现有仿真技术还达不到有操作真实设备的实感。通过电子设备的按键、鼠标或触控板来完成的仿真指令操作，与实际生产还有较大差距，无法达到视、听、嗅、触、味等多种感官融合的现实感体验，实训后可能缺少切身感悟。同时，仿真技术无法模拟实际生产的操作细节、动态场景和工厂技术人员沟通互动等诸多场景。过度依赖虚拟仿真的实践教学可能导致学生缺乏对现实生产的充分认识，不利于对动手能力锻炼和人文素质培养。
四、结 语
虚拟仿真在冶金高校实践教学中的应用与推广已成为一种趋势，虽然该技术还存在一些不足，但它可与传统的工厂实习优势互补、深度融合，能够对人才实践能力、创新能力和工厂大局观意识的培养起到积极作用。在新技术不断更新换代的今天，与时俱进的虚拟仿真实践教学平台建设需要高等学校、软件公司和工厂企业等多方协同合作，不断推进虚拟仿真技术的革新。面向实践教学的仿真资源还处在高速发展期，应充分利用这个时机，建设和发展适合本校的虚拟仿真实践教学平台及系统。
参考文献 ：
[1] 陈静 . 应用型高校虚拟仿真实践教学模式的研究 [J]. 农村经济与科技，2020，31(10)：342-343.
[2] 叶柳，汪洪，李爱侠，等 . 大学物理实验教学的改革和尝试 [J]. 大学物理实验，2019，32(1)：123-127.
[3] 侯彦庆 . 计算机仿真技术的应用与发展趋势 [J]. 信息通信， 2016(2)：181-182.
《虚拟仿真在有色金属冶金方向实践教学中的应用》来源：《中国冶金教育》，作者：杨文强 夏文堂* 尹建国 袁晓丽
