高校化学化工虚拟仿真实验室建设 本文关键词：仿真，化学化工，高校，虚拟，实验室建设
高校化学化工虚拟仿真实验室建设 本文简介：摘要：本文分析了化学化工虚拟仿真实验室建设的意义，并从“教学及管理队伍、虚拟仿真实验教学资源、共享平台、实验教学模式”四个方面介绍了绵阳师范学院化学化工虚拟仿真实验室的建设内容，对虚拟仿真实验室的发展进行了思考。关键词：化学化工；虚拟仿真；实验室建设1前言对于以培养高层次应用型人才为宗旨的应用型本科
高校化学化工虚拟仿真实验室建设 本文内容：
摘要：本文分析了化学化工虚拟仿真实验室建设的意义，并从“教学及管理队伍、虚拟仿真实验教学资源、共享平台、实验教学模式”四个方面介绍了绵阳师范学院化学化工虚拟仿真实验室的建设内容，对虚拟仿真实验室的发展进行了思考。
关键词：化学化工；虚拟仿真；实验室建设
1前言
对于以培养高层次应用型人才为宗旨的应用型本科院校来说，实践教学环节非常重要。但由于受到实验实训条件、安全等方面的因素制约，实践教学环节的教学过程和效果还不尽如人意[1]。在化学实验教学中需要使用大量化学试剂，某些化学试剂具备一定的毒性或易爆性。现在化工行业生产设备的自动化水平高而复杂，设备操作条件苛刻，操作危险性高等因素，企业出于安全考虑，也不会让实习的学生操作相关设备，这些都会使学生参加校外生产实习的效果大打折扣。化学化工虚拟仿真技术依托虚拟现实、多媒体、人机交互和网络通讯等技术，在电脑上构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，更可模拟高危(如高污染)或极端(高温高压)等特殊环境、不可逆操作、高成本或高消耗以及综合训练等情况时，给学生提供一个安全、可靠、经济且可重复的实验环境。现今科技飞速发展要求学生能有效地将计算机技术和信息技术融合到化学实验实训及化工生产过程中，因此很多院校进行了虚拟仿真实验室建设[2，3]。本校根据应用型本科院校的要求及结合我校自身特色，充分发挥化学、教育技术、信息技术等学科的优势，我校根据以下四方面建设了化学化工虚拟仿真实验室。
2教学及管理队伍建设
虚拟仿真实验室的建设和使用需要教师不仅具有专业知识，还要有应用信息技术的能力，这就需要不断加强对教师信息技术相关技能的培训。学校鼓励教师积极投入实验教学改革、到其他虚拟仿真实验室交流学习、参加虚拟实验教学的培训、到企业挂职锻炼等方式来提高教学技能；目前为止，本实验室建成了一支具有丰富实验教学经验的教学及管理队伍，教师学科专业覆盖基础化学、材料化学、化学工程、信息工程和化学教学论等领域。
3虚拟仿真实验教学资源建设
本实验室整合了实验教学资源，设计了“化学实验及化工安全、基础化学实验、化学工程实验、大型仪器分析实验、化学仿真教学设计”这五大模块。目前能提供34个虚拟仿真实验项目。教师在教学时给学生演示多媒体素材库，利用真实直观的仿真图像来降低学习难度；在实验室虚拟平台上，学生进行模拟实验，得到实验结果，进行数据处理与分析；在此过程中，教师可在教师管理平台上设定或修改学生的培训内容、设计考试内容并记录成绩等。地方高校化学化工虚拟仿真实验室建设初探李华兰郭文宇李松陈英（绵阳师范学院化学与化学工程学院四川·绵阳621000）中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16871/j.cnki.kjwhc.2019.05.031基金项目：绵阳师范学院质量工程项目（MNU-JY16175）；四川省普通高校应用型本科示范专业建设项目（MNU-JY1659实验室安全事故频发给教学不断敲响警钟。然而，常规教学中实验室安全知识教育的学时太少，更没有安全考核体系。虚拟仿真实验安全培训通过对实验场景和实验室中的常见事故高度仿真，强化学生对安全事故的感性认识、培养学生急救能力、提高学生事故防范和处理技能、使其熟练掌握安全操作技能，从而尽可能地减少和避免实验室里安全事故的发生，降低伤害程度。在基础实验化学模块再现了仪器的内部结构、工作原理和如何设计实验等内容，使微观实验、危险性实验、高成本实验等成为可能；学生人机互动，反复训练、熟悉实验原理，系统掌握实验操作步骤后，再进入真实实验室，避免大量实验器材和试剂消耗，降低了实验对环境的污染，同时也提高了学生对理论知识的理解程度。色谱类等分析仪器的成本高、操作专业性要求高、维修及管理难度大，且受到仪器数量和学时限制，本科生基本不熟悉这些设备。但是企业却急需能熟练掌握这些分析仪器的专业人员。大型仪器分析模块以3D技术展示了仪器工作原理和仪器零件，学生可以进行包括样品前处理、仪器参数的设置、测试过程的操作、数据采集与处理等实验内容，完全可以掌握仪器的工作原理及基本操作要领，经过考核合格后才可以使用真实仪器。这样可以降低对真实大型仪器设备潜在的损耗，也可以有效解决节省高额培训消耗问题。在化工单元虚拟仿真实验室，则可有效开展化工原理单元仿真实验。虚拟实验室将管道、阀门、泵、塔设备等直观地呈现在学生面前，让学生沉浸在真实化工生产环境的虚拟现场中看到各种化工设备的运转过程，而且根本不用考虑实验设备台、套数不足的问题，也不存在实验设备的损坏问题，有助于学生对课堂理论知识的掌握。实训类及化工工艺类仿真实验构建了虚拟的3D实验现场，例如在合成氨仿真工厂中，学生能在全流程仿真软件的真实DCS软件的操作员界面上进行训练，可以系统化学习工艺操作技巧，从而具备一个化工工艺技术员的专业技能潜能。化学仿真教学已逐步成为中学化学知识点教学的工具之一，因此本实验室面向“化学专业（师范方向）”设计了“化学仿真教学设计”模块，主要教授学生通过软件设计来展示化学知识或者化学实验。
4管理和共享平台建设
为了让更多学生能够通过网络实现对本实验室教学资源的利用和学习，本实验室依托校园网，建立“化学虚拟仿真实验教学中心”“化工原理”“无机化学”“物理化学”等在线课程，实现了本实验室的虚拟仿真实验资源共享。为了让学生在课堂时间之外，能够自行多次虚拟仿真实验，本实验室还能让学生在正常教学计划外的时间进行定时或者预约开放。
5虚拟仿真实验教学模式建设
本实验室与初高中化学教学、传统化学化工类实验教学、本科毕业论文相结合，设计了“真实实验、校外现场实践、课外创新实验”这三种方式相结合的实验教学模式。在此模式下，通过规范的运转管理体系，最终构建“虚拟仿真实验+真实实验”“虚拟仿真实验+校外现场实践”“虚拟仿真实验+课外创新实验”三结合的模式，从而实现虚拟仿真实验教学三个层次“基础训练、综合提升和创新设计”的目的。对于那些有毒、有害、投入大、我校无法实时开设的基础实验性实验内容，采取教师现场授课和指导，组织学生通过专业仿真实验课程加以练习。化工实训类仿真实验、化工工艺类是对基础实验的提高，凭借实验室的虚拟仿真资源，在教学中不断融入现代化工技术技能教学，将本实验室打造成学生见习、实习实训、岗前培训的第二课堂。创新拓展类仿真实验主要采取研究式教学，一些有兴趣的学生可以在导师的指导下，自行设计创新型仿真训练项目，旨在锻炼学生的化学信息化技术与化学实验结合的创新能力。
6结语
虚拟仿真实验教学正在成为实践教学的辅助手段。我校虚拟实验室建设还存在诸多不足，例如：仿真资源急需扩充、资源共享方式局限、仿真实验课程建设与教师培训还有待完善等问题，随着学科及人才需求的发展，我们将不断修正建设方案，在实践中学习优秀的运行机制和管理方法，与本校“地方性、应用型”办学定位相联系，突出自身特色，做到科学规划、资源共享、突出重点，以期打造成本地一个重要的化学化工实验教学平台。
参考文献
[1]卢琴芳,严平,汤明.地方高校化工专业“四位一体”实践教学模式的探索[J].化学教育:中英文,2014,35(2):15-17.
[2]邓利娟,赵力维,沈剑.化工虚拟仿真实验室的建设初探[J].广东化工,2017,44(5):212-213.
[3]祖强,魏永军.国家级虚拟仿真实验教学中心建设现状探析[J].实验技术与管理,2015,32(11):156-158.
作者：李华兰 郭文宇 李松 陈英 单位：绵阳师范学院化学与化学工程学院
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