赵志刚，冉茂飞

(西南民族大学 化学与环境学院，四川 成都 610041)

我国已全面进入新经济建设时期，对工程技术人才提出了新要求。高校应对新的需求，改造传统化工专业，进行信息化及多学科交叉融合建设，使培养出的专业技术人才满足行业发展需求。特别是目前快速发展的西部民族地区经济建设急需大批量化学类相关专业人才，但民族地区经济相对落后、自然环境较为恶劣，生活条件差，高层次专业人才的引进及培养难度大、人才流失严重。而少数民族本土学生熟悉当地经济发展规律、习惯本民族生活习性，在家乡建设中可以做到"进得去、留得下、用得上、靠得住"，因此本土学生是民族地区经济建设的最佳人才来源。西南民族大学着眼于西南多民族地区的特点，针对学校化学、化工及环工等专业，以“强化化工工科教育信息化，促进共建共享”、“打破学科壁垒，促进学科交叉”及“虚拟教学民族语言化”等思路，循序渐进，有调不紊地建设化学类虚拟仿真实验教学中心，对工程教学的信息化建设以及化工与环保、纳米材料等多学科交叉融合方式方法等方面进行教学探索和实践[1]。

1 虚拟仿真教学中心建设的必要性

1.1 降低成本和确保安全实验的需要

化学环境类专业实验需要较多实验设备、而实践教学需要大型实验场地，运行成本均较高，而且经常需要使用大量易燃易爆和有毒的化学试剂，存在高消耗和高危险性的问题。例如《化工专业实验》中的“乙苯脱氢制苯乙烯”、“一氧化碳中温-低温串联变换反应”实验，《精细化工实验》中的“醋酸乙烯酯合成”、“聚合物缩甲醛胶粘剂的合成”实验等。这些实验都涉及高成本、高危险、高能耗、高污染环节，因此实验次数少、学习操作时间短，学生学习效果差。此外，鉴于安全因素和企业接待能力的限制，学生在生产实训过程中实际操作时间短，无法深入和熟练了解掌握生产岗位的实际要求。通过与专业实验和生产实践对应的虚拟仿真软件，学生可以充分利用课内和课外时间，反复演练和学习相关实验和实践内容，掌握过程操作步骤和技术要点。在充分熟悉了实验和实践过程后，再结合真实实验和实践课程，完成与实际生产岗位的零距离对接[2]。

1.2 克服教学资源(大型仪器和场所)短缺的需要

复杂化学问题的解决，既需多种先进、精密、昂贵仪器设备(如核磁共振、气质联用分析仪、场发射扫描电镜等)的应用，也需多项实验技术协同工作的综合性实验实训场所(大型实验室、化工企业)。但由于设备昂贵、精密、易损坏，且仪器台件数太少，所以在实际教学中无法保证每个学生动手进行实际操作，很难达到满意的教学效果。我校的学生中有一部分来自于老少边山穷地区，学习基础普遍较差，接受化学专业知识的能力相对较弱，对化学化工生产过程了解甚少。为了掌握化学专业知识和实践操作，他们需要更加直观的学习对象，以及大量的反复演练和学习时间。在这种情况下，虚拟仿真技术以其形象直观地人机对话界面、可重复操作性和丰富的教学内容，能够明显地增强民族学生对抽象知识点的理解能力、提高他们在实践过程中的操作水平，成为民族学生化学专业教育和生产实践教学的有效辅助手段。通过虚拟仿真技术，可让学生通过在线学习，反复安全地演练大型仪器设备的使用，掌握仪器的测试原理和操作规程，了解仪器的应用范围。也可让学生身临其境地体会化工生产过程，了解化工企业的厂房布局、化工生产设备及化工产品的生产工艺流程。这样既解决了教学中涉及的大型仪器和场所的限制问题，又提升了学生的综合实验技能和实践能力[3-4]。

2 虚拟仿真教学中心建设的思路与功能

2.2 虚拟仿真教学中心建设思路

虚拟教学中心建设从传统专业“信息化+多学科融合”的构建升级入手，实现化工教学和信息化模式深度融合为核心，将信息技术和互联网技术做为辅助研究手段，以工程虚拟仿真实训平台为载体，促进化学、化工、环保、生态等多学科交叉，探索构建绿色化工新工科的知识体系和教学模式。

2.2 虚拟仿真教学中心具备的功能

(1)虚拟仿真教学中心搭建的教学平台逐步完善后形成功能和项目两大模块。功能模块具有网上选课、信息发布、互动交流和成果展示等功能。通过网上选课功能，学生可以方便地远程登录系统，并根据自身专业特点选择合适的虚拟仿真实验项目；通过信息发布和互动交流功能，老师与学生、学生与学生可以实现在(离)线交流。在项目模块中，学生可以利用在线预习功能，通过图文阅读和视频演示，学习实验原理、设备构造和使用方法、实验流程和其他相关扩展知识；然后进行模拟实验操作和数据收集分析，在线完成并出具实验报告。实验结束后，系统可根据预定评分标准完成成绩评定。

(2)虚拟仿真实验教学资源模拟真实的实验环境开展虚拟仿真实验，解决这类实验项目在真实实验教学中存在的高温、高压、易爆、有毒等问题。虚拟仿真实验教学资源模拟高危险、高污染环境，能让学生在安全的环境下，开展实验，达到训练目的。

(3)三维的教学效果，提高学生学习热情。虚拟仿真教学方式具有的生动逼真且有趣的特点能够极大激发学生的学习热情。这优点满足了我校基础较差、学习吃力的少数民族地区学生反复练习的需要。这种寓教于乐的教学方式能有效地提高对专业知识学习感到厌烦学生的学习效果。

(4)将虚拟仿真实验教学资源与真实实验教学资源相结合，有效地补充了实验教学内容。在教学中将抽象的实验现象和实验原理以更形象的形式使学生深入了解，更全面了解化学化工工艺过程，提高实践动手能力。虚拟结合的教学方式能更好地培养学生的创新及工程实践能力，能更好地拓宽学生未来的就业范围[5]。

3 虚拟仿真教学中心的建设特色与成效

(1).虚拟仿真实验教学中心搭建了硬软件平台，并通过校企合作、自主开发等手段在平台上逐渐充实和完善信息化多学科课程体系，以互联网+模式的课件、教学素材、实验软件、教学平台等方式对课程内容进行信息化改造，通过深度融合的课程内容、更加直观的教学手段增加师生互动程度、调动学生学习积极性，特别是在一些比较抽象和枯燥的工程设计教学环节中，更好地促进教学效果的提升。

(2).以各类学科竞赛为切入点，将竞赛与中心建设相结合，一方面以竞赛成果拓展创新实验内容，形成创新的大学生创新训练平台。另一方面，虚拟仿真实验中心可成为学生进行竞赛训练提供了一个良好平台。通过与软件开发公司合作，将老师的科研成果和竞赛成果开发为创新实验仿真软件，并建设成为平台中的创新实验室。中心利用虚拟仿真软件为参赛学生提供各类的赛前培训，使学生广泛参加各种大学生学科竞赛中，表现出更好的竞赛能力。比如在全国化工实验大赛的准备中，各组参数学生既可以采用平台中的化工原理实验仿真软件进行操作训练，又可以利用软件学习实验设备结构。从2014年起，我校学生参加全国化工设计大赛、全国化工实验大赛等国家级竞赛，共荣获全国一等奖 1项，全国二等奖6项，全国三等奖10余项，西南赛区奖项20余项。

(3).以虚实结合进行专业实习，为用人单位培养过硬的专业人才。根据化学化工类专业教学和企业人才能力的需求，中心以虚实结合的教学资源构建了完整的实践实训教学体系。学生通过虚实结合实践体系的培训，能更快地适应工作岗位。

(4).西南地区特别是四川省凉山州、阿坝州和甘孜州是藏族和彝族聚居地，他们大多使用本民族语言。为了实现多元化语言教学，中心开发制作了汉-彝及汉藏双语支持的化学虚拟仿真软件。这些多语言支持的化学虚拟仿真教学资源的成功研发，不仅可以方便藏、彝族学生的学习，提升学习效果，更为重要的是填补少数民族语言化学实验仿真软件的国内空白。同时，这些软件也可应用于西南民族地区相关企业人员的专业技术培训，更好地为少数民族和少数民族地区服务。

4 虚拟仿真教学中心建设的未来发展规划

目前，虚拟仿真实验中心已经实现了校内外的共享，学生可以通过虚拟仿真实验平台，在经过授权后运行仿真软件而完成仿真实验。学生自己安排时间预约及完成学分要求的实验，而且学生可以在实验完成后可与教师同学进行在线讨论或留言咨询。这样自主学习的形式，使学生拥有更加充分和自由的学习时间。在接下来的阶段中，中心会依托省级虚拟仿真实验教学中心的影响，虚拟仿真中心逐步实现对校外乃至于西南少数民族地区高校和企业开放，提供培训和实验教学技术服务，逐步提高中心在西南地区的影响力，使教学资源得到更加有效的共享利用。

5 结束语

虚拟仿真实验教学作为学科与信息技术融合的成果，是高等教育信息化建设和实验教学中心建设的重要内容[6]。西南民族大学化学与环境工程学院贯彻"为少数民族和民族地区服务，为国家发展战略服务"的办学宗旨，到目前学院虚拟仿真教学中心已投入700余万元，联合开发支持藏、彝、汉多语言仿真软件50余套，购置各类实践实训仿真软件100余套，建成面积440 m2的虚拟仿真实验室，配备100台高性能计算机及系列仿真模型，取得了良好的教学效果，为民族地区培养基础理论扎实、创新意识和工程实践能力强、组织协调能力好的高级化工专业人才，已成为民族高校中具有较大影响力的虚拟仿真教学中心。