抗击疫情背景下化工原理实验虚拟仿真教学探索-以滁州学院为例

周阿洋，郑建东，冯建华，王余杰，马田林，张 华，陈 祺

(滁州学院 材料与化学工程学院，安徽 滁州 239000)

滁州学院化工原理实验课程旨在巩固和加深学生对化工原理基本理论、基本知识的理解，了解化工典型设备的原理和操作，掌握建立模型和量纲分析法指导下的实验设计方法及数据处理方法，掌握化工基本测试技术，能够运用所学的理论知识去解决实验中遇到的各种实际问题[1-2]。在疫情之前两个学期的教学过程中，主讲教师指导学生按照每组4人，每次2组的教学规模在学院化工原理实验室开展实验教学，本学期由于疫情的影响，学生至今无法正常入学，如何能够打破空间造成的限制，正常开展实验教学成为亟待解决的问题。虚拟仿真技术成为解决疫情期间工科生难以完成实验等难题的“钥匙”[3-5]。本学期开学伊始，在南京运立仪器有限公司的技术支持下，开通了专属滁州学院的独立系统，采用虚拟仿真和现场演示教学相结合的模式，取得了较好的教学效果。

1 虚拟仿真+学习通，强化预习效果

在预习环节，采取学习通app预先上传实验指导书，学生通过虚拟仿真自学的方式来进行。实验预习是化工原理实验教学中必不可少的环节，虚拟仿真在学生预习这一环节比以往传统的书面预习相比具有极为明显的优势。传统实验预习模式采用学生预习指导书的形式，部分实验设备比较复杂，操作步骤繁多，学生在没有见到仪器设备之前，对设备缺乏了解，因此很难吃透指导书全部内容，预期的效果不佳，导致实验课上学生操作前，教师在进行预习检查时，要花费额外的时间为学生梳理实验设备、管路布置、水电气位置等，加大了教师工作量，同时由于预习效果不好，学生对设备非常陌生，往往不愿意尝试操作，或是完全不会操作。而使用虚拟仿真系统之后，传统预习方式中出现的弊端一一化解，学生结合学习通上传的实验指导书、实验视频和电脑上形象逼真的操作画面进行三位一体的预习，使预习过程不再枯燥，深化了对设备的理解,对实验原理的掌握，预习效果极大提高。

2 教师现场操作+课程思政，强化课堂学习效果

在讲授过程当中，教师在相应的化工原理实验室，通过使用学习通软件中的直播功能，为学生实时进行设备的现场讲解和运行，学生可以在使用仿真系统的同时观看直播，实现了将现场演示与虚拟仿真融合。在授课过程当中，教师以立德树人为目标，积极且恰当的将所讲授知识融入课程思政相关内容当中。结合疫情进展宣传新冠肺炎防控知识、宣传抗疫过程中，我们国家体现出的制度优势。防护用品主要原料包括聚丙烯无纺布、过滤层、抗静电剂以及其他防护原材料都属于化工产品。上述事实让同学们认识到化工在防疫过程中所起到的重要作用，增强了同学们的民族自豪感和对本专业的热爱。在讲解流体的速度衰减时，教师强调流体流动在没有阻力的理想条件下可以一直保持其速度、压强、和势能，这一现象说明运动是绝对的，一切物体都在运动。但是如果系统处于连续稳态的条件下，系统又是保持静止的，事物的绝对运动和相对静止是辩证统一的。通过这样的讲述，将马克思主义哲学与实验教学现象相结合，为学生打开哲学与科学之间的一扇门，"润物无声"地进行价值引领和思政教育，为不断推进课程思政建设、提高育人能力和效果做出了积极的尝试。

3 仿真测试+总结改进，教学效果突出

课程使用的虚拟仿真系统有完备的考试系统，供教师使用，在进行现场演示完毕后，对学生进行仿真系统的线上考试，学生必须依照之前预习的实验步骤进规范操作才能完成整个考核，否则系统讲不计入分数，学生提交完毕后，系统会自动根据操作时长、错误次数等给出相应评价分数。虚拟仿真的操作得分被用来作为学期末成绩评定的重要组成部分，占到60%的比例(其他成绩组成部分包括：签到10%，预习30%)。成绩出来后，主讲教师会根据学生成绩的情况，改进原有的课程设计与课程教学，如增加演示时长，在学习通直播中配合板书、上传实物图片等教学手段等，将OBE理念贯穿教学全过程。为了保证教学效果，开课前，主讲教师通过调查问卷预先对他们对课程所报的期望值进行了摸底。根据调查摸底的结果，教师综合衡量各方面因素后，确定相应的教学形式，增强学生主动参与仿真课程学习的主动性。在教学过程中，学生通过虚拟仿真+学习通直播的教学方式进行实验学习的热情很高，虚拟仿真的自学平均时长在两小时左右，取得了较好的教学效果。

4 结论

在进行教学的全过程中，教师要始终坚持牢记初心，以生为本的理念。将学生对实验教学内容的期待，对学习成果的期待纳入教学设计过程。在教学过程中按照"虚实结合、取长补短"的原则，利用高质量的虚拟仿真软件，结合现场示范教学，突破空间的限制，培养学生的动手能力、思考能力，实现虚拟仿真与化工原理课程的相互融合，完成既定的课程目标。