化学化工虚拟仿真实验教学的新工科建设.pdf

化学化工虚拟仿真实验教学的新工科建设陈海辉;刘小兵;张定娃;刘利民;陈民【期刊名称】《《广州化工》》【年(卷),期】2019(047)017【总页数】3页(P185-187)【关键词】资源共享;虚拟仿真;实验教学新体系;化学化工;新工科建设【作者】陈海辉;刘小兵;张定娃;刘利民;陈民【作者单位】井冈山大学化学化工学院江西吉安343009【正文语种】中文【中图分类】G642.01虚拟仿真实验教学的背景化学化工都是典型的实验学科，实验教学在这两个学科的人才培养中具有核心地位[1-2]。在化学化工实验过程中需经常接触各种有毒有害的化学药品和高温高压设备，这使实验本身具有一定的危险性，特别是对于一些大型化工操作工艺，更是受到实验场地、安全、设备、经费等问题的制约，影响实验教学效果[3-4]。共享型化学化工虚拟仿真实验是教育信息化背景条件下实验教学的有效而重要的补充，是化学化工实验教学改革的必然趋势[5]。1.1化学化工实验教学存在的问题化学化工实习目前已经成为高校人才培养中的难点问题[6-7]。企业从自身利益和安全出发，往往不愿意接受高校学生去顶岗实习。现代化工过程日趋集成化、自动化、连续化，学生动手实践的机会进一步减少，难以全面掌握生产设备、工艺和操作方法等工程能力。实训是培养化工人才工程意识的重要环节，不可缺少。目前化学化工实验教学主要存在着以下几个难题[8-12]：(1)化学化工的部分实验具有毒性大、污染大、消耗大、试剂难得价高或需要极端的操作条件(高温、高压等)等问题；(2)化学化工实验的部分内容如分子的一些性质、某些反应机理等是真实实验不可及的；(3)化学化工部分实验需要大型精密仪器，不太可能让本科生通过真实实验完全掌握操作；(4)化工实训的部分设备往往体积庞大，难以在实验室安装。1.2资源共享是实验教学改革的趋势《国家中长期教育改革和发展规划纲要2010-2020年》和《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》指出：“信息技术对教育发展具有革命性的影响”。现代高等教育正处在信息化、网络化快速发展的新时期[3,13]。利用因特网技术、仿真技术等现代化的培训和教学手段，在结合传统教学培训的基础上，构建起崭新的教学培训框架结构体系，建立具备可延展性的虚拟仿真实验教学体系，可满足教、学、训、考一体化的培训要求，能增强高等学校的教学实力，保证教学资源的先进性和代表性[5,14-15]。开展虚拟仿真实验教学资源的建设，将大幅增加实验教学资源，弥补真实实验条件的不足，解决真实实验教学中存在的大部分问题，进一步提升人才培养质量，而且可以将不同的资源整合使用，开设更多的虚拟仿真实验项目，并进行创新实验项目研究[16]。虚拟仿真实验教学资源还可以通过虚拟仿真教学管理平台可以实现远程共享，既有利于大幅增加学生的动手机会，也有利于大幅提高资源的利用率，降低教学成本，为新工科建设注入新内涵[17-18]。2实验教学新体系设计通过虚拟仿真软件，学生们可通过在线预习、模拟实验操作、记录实验数据等完成整个实验过程。通过虚拟现实，人机交互，对提高学生的学习效果，推动化学化工的实验教学改革，提高实验教学质量。通过教学资源共享建设，为新工科建设注入新内涵。2.1实验教学新体系确立“立足教学、教研融合、面向工程、开放共享”的虚拟仿真实验教学理念，旨在将虚拟实验与真实实验相互补充，将高水平的科研成果反哺实验教学，将重大工程实践转化为实验教学内容，通过现代化信息手段和云资源库建设，实现教学资源与仿真实验的开放与共享，不断提升学生的实践与创新能力。本教学改革围绕化学化工及其它相关专业，形成了“五层次、五平台、五结合”的工程教育实验教学新体系，见图1。图1实验教学新体系Fig.1Newexperimentalteachingsystem“五层次”即按照人才培养需求与培养规律建立，将实验教学内容划分为教学演示型、仿真操作型、实训综合型、设计型、科研创新型实验；“五平台”是按专业知识体系与工程实践规律搭建，包括分析仪器仿真平台、化工原理仿真平台、化工工艺仿真平台、实训装置仿真平台、实训工厂仿真平台；“五结合”是与理论课程相结合、与实体实验相结合、与科研成果相结合、与实际工程相结合及与企业实践相结合。五个虚拟仿真实验平台包括18门实验课程，支撑8门专业主干课程与12门实体实验实践课程，辐射其他16门专业课程，基本覆盖了化学、化工工艺过程控制专业的主要专业课。2.2实验教学内容的设计依据化学化工专业知识结构学习流程，结合多年优质教学资源的建设过程，设立现代仪器分析虚拟仿真平台和具有化学化工行业特色的四个专业仿真平台(化工原理、化工工艺、实训装置、实训工厂)面向化学化工等专业，开设18门实验课程70个实验项目，构建由课程教学演示型、仿真操作型、实训综合型、设计型、科研创新