思政融入化工仿真过程自动评分系统的研究与实现

思政融入化工仿真过程自动评分系统的研究与实现

刘学国，曹英寒，叶红勇，杜佳，王伟

（南阳理工学院 生物与化学工程学院 河南南阳 473004）

摘要：《化工过程仿真》是化学工程与工艺专业的重要必修实践环节，是在学生完成了基本理论、基本课程实验，具有理论和实践结合应用。思政融入基本要素框架指导下，查阅相关资料充分挖掘《化工过程仿真》中的思政元素，案例中尽可能使两者过渡合情合理，让学生在潜移默化中接受正能量的思想政治教育。化工仿真系统在操作工培训、实验以及科研工作中，研究提出了针对化工仿真过程通用、统一的评分框架，能够实现自定义、规则组态，自动评分等功能。

关键词：思政；化工仿真；自动评分

一、化工仿真过程

《化工过程仿真》是化学工程与工艺专业的重要必修实践环节，是在学生完成了基本理论、基本课程实验，具有一定的理论和实践技能的基础上，以场景模拟、计算机仿真的形式，完成具有一定综合性质的实训项目，形成一定的综合能力的课程[1]。教学过程全部使用仿真实训软件，重点着眼于化工单元操作过程和一些较为成熟的大型综合工艺装置。通过模拟工厂中控室的DCS系统，使学生对实际化工生产过程中的操作与控制产生直观认识，为进一步生产实习与专业课的学习打下基础。精选化工单元操作与典型的煤、磷化工生产工艺流程，如精馏塔、吸收解吸塔、磷酸萃取工艺、煤制甲醇变换、合成氨装置、合成氨净化工段等。在理论课程学习的基础上，使学生对将要仿真实习的工艺流程，正常工况的工艺参数范围，控制系统的原理，各类控制阀门操作特点的运用以及开车规程等知识详细了解[2]。

课程的实践训练，学生应具备以下能力：

1.掌握化工单元过程与典型煤、磷化工过程的实际工艺流程，能够运用理论知识，在模拟生产过程中分析并判断工艺操作参数对关键生产指标的影响。

2.熟悉现代化工过程的自动控制原理，掌握典型化工过程的工艺设计方案与常规控制方案。

3.了解化工过程虚拟仿真的基本理论及其局限性，掌握典型生产工艺的虚拟操作控制方式，能够预测并处理临时事故。

4.了解现代化工先进工艺与虚拟仿真技术的发展趋势，能够自主学习虚拟仿真系统的各类操作。

二、思政融入

思政融入专业课教学，是响应和贯彻落实教育部的《高等学校课程思政建设指导纲要》。思政要求了专业课教学的目标是要根据不同学科专业的特色和优势，深入研究不同专业的育人目标，深度挖掘提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，科学合理拓展专业课程的广度、深度和温度，从课程所涉专业、行业、国家、国际、文化、历史等角度，增加课程的知识性、人文性，提升引领性、时代性和开放性[3]。

思政融入基本要素框架指导下，查阅相关资料充分挖掘《化工过程仿真》中的思政元素，案例中尽可能使两者过渡合情合理，让学生在潜移默化中接受正能量的思想政治教育[4]。

具体案例设计包括： 

   1.理想。结合课程内容在合适的章节，通过将国内与国外学科发展、产业发展做相互比较，让学生了解我国学科发展的现状和历史贡献，增强学生投身专业研究的使命感和价值感，鼓励学生抓住国家快速发展的战略机遇期，将个人理想和中华民族伟大复兴的中国梦结合起来，积极寻找实现个人价值与才华抱负的成长舞台和发展机遇，引导学生尽早树立远大理想信念。 

   2.爱国。教育教学内容设计主要以学科专业为依托，从《化工过程仿真》养学科发展的沿革、我国科学家做出的贡献等方面讲好中国故事，培养热爱祖国的深厚感情, 增强民族意识, 激发民族自豪感、责任感、使命感和求知欲。 

   3.品德。教学内容设计围绕专业特点，挖掘《化工过程仿真》课程与社会主义核心价值观的结合点，在教学方案中对“德、能”等方面做出明确要求，并形成积极有效的指导方案。 

   4.自强。教学过程中，重在引导学生不怕苦、不怕难，勇于挑战并攻克科技难题的精神，用榜样人物的成长经历激励学生，用实验研究的曲折经历，让学生了解科研的艰辛，以此培养学生的实干精神，自强不息的精神。

三、自动评分系统的设计原则

化工仿真评分（方法）应具备如下特点[5]：

1.通用性。即该系统不仅仅局限于某个化工工艺单元、设备，而能够、满足各种化工仿真过程的评分要求。

2.全面性，评分标准需要能够做出全面的评价，能够涵盖化工过程的主要环节，如稳态运行，故障维修等。

3.客观性，相对于人工评分，自动评分可以做到相对客观。最核心的是评分标准的客观性，这样可以对于任何学生，教师，操作员的操作，设计等做到客观性。

4.灵活性。评分框架能够适应不同的需要，支持对评分规则进行自定义设置。

5.实用性。评分框架需具有价高的实用性，做到简单、易操作。

6.高效性。评分框架要降低复杂度，提高计算机的执行效率。

四、系统核心设计

1.自动评分框架

系统的整体框架如下图1所示[6]。

图1评分系统框架图

2.评分系统的总体操作流程

评分系统的总体操作流程，如下图2所示。

图2.系统操作流程

五、系统实现及总结

化工仿真系统在操作工培训、实验以及科研工作中，研究提出了针对桓公仿真过程通用、统一的评分框架，包括化工过程中操作、质量、安全、消耗、产量、思政等多个方面，具备通用、全面、客观、灵活等特点，并基于此设计并开发了自动评分系统，能够实现自定义、规则组态，自动评分等功能。

参考文献：

[1] 化工仿真实训在高职院校专业教学中的作用. 孙玉泉.山东纺织经济,2015

[2] 沉浸式变电站仿真培训系统的设计与实现. 陈永波;林昌年;李军锋;熊山;高峰;王国平;魏文辉;杨选怀.电网技术,2015

[3] 基于模糊算法的连杆超声波清洗液位控制系统. 莫伟强;姜莉莉;方强.化工自动化及仪表,2015

[4] 单神经元PID控制算法在智能车控制系统的应用. 侯一民;朱志超.化工自动化及仪表,2015

[5] 模糊专家理论在炮兵指挥控制系统中的运用. 孙凌峰;李献军;柯宝弟.科技与创新,2015

[6] 化工仿真过程自动评分系统的研究与实现. 张文涛;高东.计算机与应用化学,2014

[1] 项目： 南阳理工学院课程思政建设项目“化工过程仿真实训”