陆素芬 黄秀香

摘要：本文论述了“新工科”背景下虚拟仿真技术在化学实验教学中运用的意义。化学实验教学是地方应用型高校人才培养的重要组成，直接影响着人才培养质量。仿真实训中心是实验教学的基础保障之一，学校加强实训中心硬件条件建设的同时，注重软件建设，特别是把虚拟仿真实验运用到化学实验教学中作为提升实验教学水平和质量的重要任务。虚拟仿真技术融入到化学实验课主要体现为：弥补客观条件不足，提高实验教学质量;锻炼学生现代信息化技术与化学实验结合的应用能力; 扩展学生的发散思维，培养创新能力。由此，为推动化学实验教学环节的改革，院校应当充分运用虚拟仿真实验构建更加适合自身教学需要的教学体系。

关键词：虚拟仿真技术 化学实验 运用 新工科

Application of Virtual Simulation Technology in Chemical Experiment Teaching under the Background of "New Engineering"

LU Sufen  HUANG Xiuxiang*

（College of Chemistry and Biology Engineering， Hechi University， Yizhou， Guangxi， 546300 China）

Abstract： This paper discusses the significance of virtual simulation technology in chemical experiment teaching under the background of "new engineering". Chemical experiment teaching is an important component of talent training in local applied universities， which has directly affected the quality of talent training. Simulation training center is one of the basic guarantees of experimental teaching. While strengthening the construction of hardware conditions of the training center， the school pays attention to software construction， especially the application of virtual simulation experiment to chemical experiment teaching as an important task to improve the level and quality of experimental teaching. The integration of virtual simulation technology into chemical experiment course is mainly reflected in： Making up for the lack of objective conditions and improving the quality of experiment teaching; Train students' application ability of the combination of modern information technology and chemical experiment; Expand students' divergent thinking and cultivate their innovative ability. Therefore， in order to promote the reform of chemical experiment teaching， colleges and universities should make full use of virtual simulation experiment to build a teaching system more suitable for their own teaching needs.

Key Words： Virtual simulation technology; Chemistry experiment; Application; New engineering

虛拟仿真技术作为一种最新的研究发展系统，最初用于武器作战训练，到20世纪80年代用于导弹研制，可以减少试飞数量^[1]。发展到今天，由于虚拟仿真技术在各领域中展现出独特的优势，越来越受到各行业的青睐，特别是高校都纷纷建起具有不同学科特色的虚拟仿真实验室^[2-4]。“新工科”背景下，实践能力、创新能力应用型人才的培养尤为重要，在化学实验教学中如何将虚拟仿真技术融入教学中，充分发挥虚拟仿真技术在实验教学的辅助作用，让虚拟仿真技术与实践教学有机融合^[5]，进一步提升整体教学质量。

1虚拟仿真技术在化学实验教学中应用的意义

实验教学是化学学科教学中最重要的环节之一，是学生实践能力和创新能力培养的主要手段，传统实验具有真实、直观等优点，但存在运行成本高，难以实现开放共享，同时由于受到空间和经费的不足，传统的实验教学形式和内容受到很大的限制。通过虚拟仿真实验技术，对实验室内不便开设的化学实验，采用多媒体技术，构建虚拟结合的虚拟仿真系统，给学生提供理论认知与动手实践的实验环境，全面提高实验效果。虚拟仿真实验教学在培养学生观察分析能力^[6]、创新能力起到积极的作用，在化学实验室里无法完成的实验借助虚拟仿真技术能在一定程度上解决一些实际的问题。

2虚拟仿真技术在化学实验教学中应用的具体体现

2.1弥补客观条件不足，提高实验教学质量

化学实验教学过程中，常常因为一些客观因素，比如在防控措施有限的实验室进行含有易燃易爆剧毒试剂的操作实验^[7]，基于学生安全考虑，这些实验没有办法开展。比如对氨基苯磺酰胺的制备，用到乙酰苯胺、氯磺酸、浓氨水、浓盐酸、碳酸钠等试剂，其中，氯磺酸属于国家管控的危险品，有强腐蚀性、强刺激性，其蒸汽对粘膜和呼吸道有明显刺激作用，液体可灼伤皮肤。因此，在学生了解实验目的，掌握实验原理、实验流程、使用的仪器设备基础上用虚拟仿真实验代替，给学生展示整个动态的实验过程，同时，学生可以在电脑端进行实验操作，既能够让学生充分了解实验基础理论知识和操作方法流程，又能够避免对学生健康的伤害和后续含氯磺酸废液的处理。

2.2锻炼学生现代信息化技术与化学实验结合的应用能力

通过虚拟仿真实验将抽象概念转化为直观立体图形并展开实验^[8]，学生能够掌握专业相关设备的运行原理及操作过程，学会不同设备反应类型的操作原理，并能结合半实体设备亲自操作各生产流程中的参数，提高学生的专业兴趣和实际操作能力^{[9- 10]}。比如在聚丙烯生产加工生产虚拟仿真实验教学中，借助于先进的虚拟现实及现代信息技术手段，以逼真的半实物造型构建虚拟的聚丙烯生产中心、反应釜、阀门仪等先进加工设备与测试仪器。通过对半实体和软件操作的相互结合，使学生身临其境理解与掌握实际聚丙烯生产的有关理论知识。在此基础上，通过生产过程反应釜中反应条件的实际测量与反馈，深入理解聚丙烯生产的原理与过程，实现现代信息传感技术、大数据、人工智能等知识点的覆盖，以及对于虚拟生产的过程状态的感知。从实验准备到生产工艺路线制定，从生产过程中关键参数的设定到反应釜中运行情况，在最短时间内完成了工厂反应实验所不能完成的实验内容，让每一位学生模拟操作与经历了一次完整的聚丙烯生产过程与检测，深入感知智能制造过程及现代信息技术及大数据等知识在生产过程中的应用与体现。在虚拟实验操作过程中，以实际应用为目的，强调关键步骤和注意事项，使学生在按照实验要求完成实验设计的同时将聚丙烯生产知识融会贯通，理论与技能并重，增强学生对生产过程中温度、反应时间、停留时间等状态和信息的感知，体验生产系统的智能控制过程，为将来学生从事相关工作奠定良好的操作基础。

2.3扩展学生的发散思维，培养创新能力

当代大学生求知欲非常强，兴趣广泛，尤其对电子产品颇感兴趣，通过虚拟仿真实验，学生可以在虚拟空间漫游，不断地推敲、探索，并且可以接触到新时代的教育手段^[11]。结合虚拟仿真教学后，实验室课由相对单一课程、单一专业，转变为跨专业、跨学科，符合当代学生们的学习方式。如在丙烯酸甲酯生产加工虚拟仿真实验教学中，学生对影响反应过程的温度、压强、浓度、停留时间可以设定不同的参数，每一组参数状态下会产生不同品质的产品，学生通过分析结果探求最佳的生产条件。通过一个实验可以学习到化学、计算机、统计学等知识，提高学生多方位学习的能力。

此外，学生可以通过反复模拟全面深刻的认知和理解丙烯酸甲酯生产过程及多种关键技术^[12-13]。学生进行重复实验可以巩固所学理论知识，同时能够逐步地理解与熟悉丙烯酸甲酯生产的操作流程，掌握仪器设备的操作以及专业软件的使用方法，并对生产过程参数及状态深入地理解和灵活运用。该教学模式使学生的综合能力得到良好的训练，调动学生学习的积极性和主动性，培养学生的创新思维能力。

3 结语

“新工科”建设对实践能力提出了更高的要求，教育工作者应积极探索先进的教学手段顺应新时代的需求，而虚拟仿真技术作为一种新的教学手段，能够为本科教学提供了更多的可能性，填补了“高危、高压、高造价”实验在本科教学中的空白，通过“基础知识讲解+虚拟演示+虚拟实验+创新实验”的教学形式，不仅系统地引导学生进行实验学习，同时也能够为培养学生的应用能力、创新能力，为实验教学的高效开展以及培养应用型人才提供教学保障。

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