化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)踐

李傳 崔敏 唐艷凌 張淑霞 杜峰 羅輝 鄧文安

【基金項(xiàng)目】教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（202101033004）;中國(guó)石油大學(xué)（華東）教學(xué)研究與改革項(xiàng)目（SJ-202009）

【摘要】化學(xué)化工類等實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，某些實(shí)驗(yàn)過程難以直觀的呈現(xiàn)給學(xué)生。為提高專業(yè)課程增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的成效，中國(guó)石油大學(xué)利用數(shù)字化技術(shù)，研究了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)踐，構(gòu)建了提供虛擬仿真的輔助性教學(xué)手段的平臺(tái)，開創(chuàng)了具體的的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程及項(xiàng)目，為高校培養(yǎng)本科優(yōu)秀創(chuàng)新型實(shí)踐人才提供了重要方向。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)化工;虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)

引言：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用，2012年起，教育部就陸續(xù)開展了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、示范性教學(xué)項(xiàng)目與相關(guān)教學(xué)課程的建設(shè)。與此同時(shí)，全國(guó)各地的高校都在相關(guān)專業(yè)的虛擬仿真實(shí)踐方面進(jìn)行了探索。目前，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)深度融入了高校的專業(yè)課堂，在化學(xué)化工類的專業(yè)中發(fā)揮著尤為重要的作用。融合初期，因?yàn)楦鞣N條件的限制，化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)存在一定的問題。為此，文中針對(duì)目前化學(xué)化工專業(yè)出現(xiàn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)現(xiàn)存問題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施并明確了我校建立專業(yè)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的重要意義。

一、化學(xué)化工類專業(yè)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的現(xiàn)存問題

1.功能性不強(qiáng)，開放性不足

大多數(shù)化學(xué)化工專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心功能很少，更注重對(duì)實(shí)驗(yàn)前期的記錄，只是在組織上解決了教學(xué)過程中的一些問題，但在課程建設(shè)、交流學(xué)習(xí)、實(shí)踐課堂、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面都存在著一定的不足，教學(xué)過程不連貫也影響了教學(xué)中心的建設(shè)。

2、教育資源的共享不足

目前，從高校的課程建設(shè)情況中不難發(fā)現(xiàn)，教育資源的獲取渠道較少，新教師很難接觸到優(yōu)秀的教育資源，學(xué)生的學(xué)習(xí)資源也存在優(yōu)劣之分，這就造成了目前高校教育資源的封閉，形成了信息孤島?；瘜W(xué)化工專業(yè)的有些教師將實(shí)踐課程作為專業(yè)類的科研項(xiàng)目推進(jìn)，但教學(xué)成果與市場(chǎng)和科研一線的結(jié)合不足，也造成了資源的浪費(fèi)。所以，化學(xué)化工專業(yè)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，能夠有效整合教育資源，通過互聯(lián)網(wǎng)的眾多平臺(tái)，開發(fā)、開放優(yōu)秀教育資源，實(shí)現(xiàn)資源的共享。

3、缺乏有效的針對(duì)性研究

化學(xué)化工專業(yè)由于學(xué)科的特性，更強(qiáng)調(diào)專業(yè)實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)反應(yīng)、操作過程、工藝過程系統(tǒng)模擬優(yōu)化等，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。但是現(xiàn)下所建設(shè)的化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，其相關(guān)的理論課程可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行，專業(yè)性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)以及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)中心的建設(shè)與實(shí)踐中較為匱乏。

4.虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用不足

數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用能夠跨越空間的限制，加快技術(shù)的更新迭代速度。數(shù)字技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合建設(shè)化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，能夠加強(qiáng)人員之間的互動(dòng)，有效傳遞專業(yè)信息，有利于增強(qiáng)課程的實(shí)踐價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生與教師的實(shí)踐水平。但目前的許多化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，教育資源更新速度慢，與學(xué)生缺乏互動(dòng)，不能夠滿足學(xué)生發(fā)展的實(shí)踐需求。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)的重要意義

從科技發(fā)展的觀點(diǎn)來開看，化學(xué)是推動(dòng)科技發(fā)展的核心專業(yè)。伴隨著數(shù)字技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程，化學(xué)化工專業(yè)的相關(guān)知識(shí)更好地融入了信息學(xué)科，推動(dòng)了化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)研究的高速發(fā)展。例如，曾在2013年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的三位科學(xué)家，其獲獎(jiǎng)的說明就是他們從事了多尺度、全方位的復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)模型研究。這個(gè)具體的事例就足以證明計(jì)算機(jī)信息技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)化工領(lǐng)域，能夠提升化學(xué)化工專業(yè)發(fā)展的水平。信息技術(shù)與數(shù)字技術(shù)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)過程中，能夠通過實(shí)踐引導(dǎo)學(xué)生深刻認(rèn)知化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)過程的本質(zhì)規(guī)律，為化學(xué)化工領(lǐng)域培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型的高素質(zhì)人才。

舉例說明，我?；瘜W(xué)化工的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科如材料學(xué)科，學(xué)生需要具備豐富的化學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)且經(jīng)歷過較多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，具備較強(qiáng)的專業(yè)技能。環(huán)境學(xué)、醫(yī)學(xué)，化學(xué)化工學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科都注重對(duì)學(xué)生處理復(fù)雜問題能力的培養(yǎng)，特別是在對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的機(jī)理研究、化工設(shè)備的工藝流程、儀器操作的具體步驟等方面的培養(yǎng)。在對(duì)資源進(jìn)行加工的過程中，分析的樣本化學(xué)成分、金屬冶煉工藝、化工設(shè)計(jì)、環(huán)境污染治理、材料學(xué)科的研究等，都需要學(xué)校加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

三、加強(qiáng)我?；瘜W(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)踐的相關(guān)舉措

1、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，加強(qiáng)校企合作

現(xiàn)代社會(huì)，為培養(yǎng)符合市場(chǎng)需求的高素質(zhì)人才，高校通常會(huì)與企業(yè)建立長(zhǎng)期合作關(guān)系，進(jìn)行校企合作。我校建設(shè)化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心時(shí)，同樣和一些公司進(jìn)行了合作，從多角度展開校企合作。在仿真軟件的采購(gòu)與維護(hù)方面，教學(xué)中心通過校企合作，安排了教職工、企業(yè)的技術(shù)人員與計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)的工作人員聯(lián)合進(jìn)行了軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)，適配了化學(xué)化工專業(yè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保證了化學(xué)化工專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的展開。我校加強(qiáng)校企合作，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)與應(yīng)用，并設(shè)置有企業(yè)贊助的專業(yè)教學(xué)金，將企業(yè)中的某些研發(fā)項(xiàng)目引入課堂，同時(shí)也將教學(xué)中心的實(shí)驗(yàn)成果應(yīng)用于市場(chǎng)，充分利用了社會(huì)資源，實(shí)現(xiàn)了雙贏。

2.深入挖掘高校的教學(xué)資源，提升學(xué)校的教學(xué)水平

市場(chǎng)上從事化學(xué)化工行業(yè)的人員，其理論知識(shí)、操作能力和職業(yè)素養(yǎng)需要定期進(jìn)行學(xué)習(xí)與考核。通過開發(fā)高?；瘜W(xué)化工專業(yè)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、定期組織優(yōu)秀教師對(duì)企業(yè)員工進(jìn)行培訓(xùn)，能夠提高化學(xué)化工行業(yè)工作人員的行業(yè)素養(yǎng)，提升企業(yè)的專業(yè)化程度。化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，也為企業(yè)工作人員素養(yǎng)的提升提供了渠道。加強(qiáng)校企合作，依托高校的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)從業(yè)人員的培養(yǎng)，擴(kuò)展化學(xué)化工專業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用范圍。

結(jié)束語(yǔ)

化學(xué)化工等專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)能夠?yàn)閷W(xué)生提供更加具象、豐富的教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，培養(yǎng)符合市場(chǎng)需求的專業(yè)技能型人才。同時(shí)，該教學(xué)中心的建設(shè)也提供了符合時(shí)代特征的技術(shù)手段，推動(dòng)了我校實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科的教學(xué)改革。同時(shí)，教師與學(xué)校應(yīng)繼續(xù)貫徹落實(shí)教育精神，積極建設(shè)更高水平的化學(xué)化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

參考文獻(xiàn)

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