金課背景下化工與制藥類虛擬仿真實驗教學項目現狀分析

陶奕芹　葛佳薇　胡永斌

摘? 要 近年來，國內化學實驗室危險事故屢有發生，造成嚴重后果，并引發社會關注。由于化工實驗本身潛在較大安全隱患，多數高校無法為學生提供實踐機會，因此，借助虛擬仿真技術將化工生產過程轉移到虛擬仿真實驗室進行，成為不少高校解決教學中“看多動少”難題的優先選擇。虛擬仿真實驗教學實現學科與信息技術的深度融合，是金課建設計劃中的重要部分?；趪姨摂M仿真實驗教學項目共享平臺公示數據，歸納化工與制藥類虛擬仿真實驗項目的特點，結合現狀提出可行建議。

關鍵詞 化工與制藥;虛擬仿真實驗教學項目;金課;翻轉課堂

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）16-0123-04

Analysis of Current Situation of Chemical and Pharmaceutical Virtual Simulation Experiment Teaching Project under Back-ground of Golden Course//TAO Yiqin， GE Jiawei， HU Yongbin

Abstract In recent years， dangerous accidents have occurred fre-quently in chemical laboratories in China， which have caused serious consequences and aroused public concern. Due to the potential safety hazard of chemical experiments， most universities cannot provide students with practice opportunities. Therefore， transferring chemical production process to virtual simulation laboratory with the help of virtual simulation technology has become a priority choice for many universities to solve the problem of “looking more and doing less” in teaching. Virtual simulation experiment teaching realizes the deep integration of subject and information technology， which is an important part of the Golden Course Construction Plan. Based on the public data of national virtual simulation experiment teaching project sharing platform， this paper summarizes the characteristics of chemical and pharmaceutical virtual simulation experiment project and puts forward feasible suggestions based on the current situation.

Key words chemical and pharmaceutical; virtual simulation experi-ment teaching project; golden course; flipped classroom

1 前言

虛擬仿真金課由教育部高等教育司司長吳巖提出，是教育部推出的五類國家級一流本科課程之一，有重要的研究價值。2017年7月，教育部印發《教育部辦公廳2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，鼓勵各高校積極開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設[1]，將虛擬仿真實驗教學項目列入未來發展計劃當中。2018年4月，教育部印發《教育信息化2.0行動計劃》，提出實施智慧教育創新發展行動，加快建設在線智能實驗室、虛擬工廠等智能學習空間，推進信息技術和智能技術深度融入教育教學全過程[2]，再次敲響技術變革教育的擂鼓，做到真正實現“互聯網+教育”，同時探索創新“智能+教育”。

國家虛擬仿真實驗教學項目是一項國家級榮譽，代表著我國教育的最新研究成果，也是各高等學校學科綜合實力的證明。在2017年和2018年的兩次認定中，共有30項化工與制藥類虛擬仿真實驗教學項目獲得認定，成為該領域最領先的科研成果。因此，對這30項認定項目進行現狀分析，能夠較全面地總結該類虛擬仿真實驗教學項目的特點，為后期各大高校開展此類項目建設和應用提供參考和借鑒。

2 項目研究與設計

自新工科概念提出以來，化工與制藥工程專業面臨更嚴苛的要求，各院校需要增強實習實訓教學，培養創新實用型化工類人才。然而，化工生產過程流程復雜，設備、機器、管道眾多，處理的原料往往為危險性物質，存在巨大的安全隱患。為了保障學生的人身安全，許多院校不允許學生親自實踐，只是局限于視頻教學。另一方面，隨著招生規模的擴大，各院校需要投入更多人力物力財力到學生學習實踐中。所以，實驗教學已成為化工與制藥類工程人才培養的痛點。將虛擬仿真技術引入化工與制藥專業中，可以彌補實踐教學中“只能看不能動”的短板，以真實反應裝置為原型，依托該項目的實際生產線，搭建虛擬仿真實驗室，開展高危險、高成本、高消耗等實踐項目，為提升化工與制藥專業學生的專業技能和工程實踐能力提供有效幫助。

相比于2017年的12個認定項目，2018年化工與制藥類虛擬仿真實驗認定項目增加到18個，這表明越來越多的院校投身于虛擬仿真實驗教學項目的開發中，用成果來證明本校的綜合實力。不斷涌現的虛擬仿真實驗項目是我國實現金課建設計劃中一股強大的動力。因此，借助于國家虛擬仿真實驗教學平臺公示數據，對現有的30項已認定的化學與工程類虛擬仿真教學實驗項目的特點進行分析，可以為后期該類項目的開發提供可參考的建議。

3 國家虛擬仿真實驗教學項目總體情況

2017年項目認定情況? 2017年，教育部進行第一次虛擬仿真實驗教學項目的認定，計劃認定數量為100項，實際認定105項，超過計劃數5%，涉及生物科學類、機械類等八個學科。各學科實際認定數目情況如表1所示。

由表1可見，機械類和核工程類的實際認定項目數量低于擬認定數量，說明后續認定審核工作留有較富足的空間;電子信息類、化工與制藥類和交通運輸類這三類的實際認定項目超過擬認定數量，其中電子信息類和交通運輸類認定項目超過計劃數40%，化工與制藥類超過計劃數20%，反映出這三類項目開展迅速，且競爭激烈，為后續的審核工作增加了難度;化工與制藥類虛擬仿真項目被包含在第一批項目認定中，其數據具有研究價值，可為后期該類項目的研發提供參考。各學科認定數量不等，最少的為交通運輸類，共七項，占總認定數的6.7%;最多的是臨床醫學類，共25項，占總體的23.8%。這體現了國家在虛擬仿真實驗教學項目認定工作方面嚴格謹慎，為保證每一個認定項目都具有豐富的教學意義，分別制定了不同的高標準。

2018年項目認定情況? 2018年，教育部對虛擬仿真實驗教學項目開展第二次認定工作，全年擬認定項目260項，實際認定296項，超過計劃數13.8%，同比增長8.8%，表明該類虛擬仿真實驗項目建設不斷升溫，如圖1所示。

從圖1可以看出，本次的認定工作涉及23個類別，相比于上一年增加15個。通過對比可知，在這次認定工作中，實際認定數目多于擬認定數目的類別超過總類別數65%，其中占比較大的是機械類、臨床醫學類、化工與制藥類、醫學基礎類、生物科學類這五類，并且機械類、臨床醫學類、化工與制藥類、生物科學類為參與二次認定項目。由此可見，前期項目具有示范性，對后期項目建設的幫助效果顯著，通過分析前期公示項目，可以拓寬該類虛擬仿真項目的思路，挖掘上升空間。

4 化工與制藥類認定項目學校分析

經數據統計，這30項已認定的化工與制藥類虛擬仿真實驗教學項目隸屬于27所高校。根據教育部2017年公布的《“雙一流”建設高校名單》，可將這27所高校劃分為“雙一流”高校和普通高校兩個類別，統計結果如表2所示。

由表2可見，在2017年和2018年這兩次項目認定中，“雙一流”高校共獲得認定13項，占比43.3%;普通高校共獲得認定17項，占比56.7%。通過橫向和縱向對比研究發現，普通高校在該類獲得認定項目的數量上占有優勢，說明普通高校正積極響應教育部號召，建設具有代表性的虛擬仿真實驗項目，為贏得這項國家級榮譽而不懈努力。另一方面，“雙一流”高校2018年獲得的認定率雖然比上一年高16.7%，但總體占有率不算可觀，仍需要加強科研力度，為各類高校樹立榜樣。

5 化工與制藥類認定項目負責人分析

化工與制藥類虛擬仿真實驗項目開發團隊中必須同時具備專業知識人才和開發人才。項目負責人須具有豐富的教學經驗，教學能力強[3]，是一個團隊的核心。本文對公示的化學與制藥認證項目負責人的學歷、職稱數據進行分析，如表3、表4所示。

由表3可知，這29位負責人中大部分具有博士學歷，共27人，占93.10%;具有碩士學歷和學士學歷的各有一人，占比均為3.45%。這表明化工與制藥類虛擬仿真項目負責人普遍具有博士學歷。

由表4可知，在30個項目中，負責人為副教授職稱的共四人，占13.8%;而負責人為教授的有25項，占86.2%。

這表明化工與制藥類虛擬仿真項目的負責人普遍具有較高職稱。結合以上數據可知，化工與制藥類虛擬仿真項目的負責人普遍具有較強的專業能力，否則無法保證虛擬仿真項目的順利開發。

6 化工與制藥類認定項目開發情況分析

基于國家虛擬仿真實驗教學平臺公示數據，可將這30個認定的化工與制藥類虛擬仿真項目的開發情況劃分為三種模式，分別是自主研發、校企合作、校校合作+校企合作，結果如表5所示。

據統計得出，這30個項目中，83.3%的項目的開發需要借助企業的幫助，13.3%的項目屬于本校自主研發，3.3%的項目兼顧了校校合作和校企合作。虛擬仿真技術在2016年才被大家所熟知，大多數學校還不具備成熟的開發技術條件，對項目的期望較高，因此，借助企業的力量合作開發虛擬仿真項目是明智之選。通過校企合作，充分發揮企業的資源優勢，較大程度地還原項目設計的場景，可以實現項目功能的最大化，產生1+1≥2的效果。

7 化工與制藥類虛擬仿真公示項目專業特點

國家虛擬仿真實驗教學平臺根據各專業的特點，將化工與制藥類虛擬仿真實驗項目劃分為化學工程與工藝、制藥工程、資源循環科學與工程、能源化學工程、化學工程與工業生物工程、化學安全工程和涂料工程七大類。這七個專業的項目在目前的兩次認定中的情況如表6所示。

數據表明，化學工程與工藝專業獲得認定項目共25項，制藥工程專業獲得五項，其余專業為0。經對比分析發現，各專業之間認定項目數量差距懸殊，總體分布不均勻。其中化學工程與工藝類虛擬仿真項目競爭激烈，被認定的25項無疑具有代表性，有其獨特的教育意義。其余專業項目數量稀缺，希望各高?？梢詫⑵浼{入未來虛擬仿真實驗教學項目的開發規劃中，在這幾個研究領域取得卓越成果，為促進化工與制藥類各專業虛擬仿真項目均衡發展與增加該類科研成果貢獻力量。

8 化工與制藥類虛擬仿真公示認定項目移動端支持率

據可統計數據可知，30項認定項目中僅有五項支持移動端，支持率僅為16.7%。通過對比分析可知，在這五個項目中，教師均可通過智能手機在移動端管理站上完成創建線上課堂，管理、分享課堂教學資源、線上測試等工作，很好地發揮翻轉課堂的功能。課前教師只需分享二維碼即可邀請學生進入課堂，完成課前預習、實時評價、課程檢測等多項任務。這樣就不僅減輕了教師的工作負擔，而且提高了學生在碎片時間里學習的效率。

9 結論和建議

研究結論? 本研究使用內容分析法，對2017年和2018年教育部認定的30個化工與制藥類虛擬仿真實驗教學項目進行編碼和分析。研究發現：

1）普通高校獲得認定的項目數量高于“雙一流”高校;

2）項目負責人中大部分具有博士學歷，職稱為教授;

3）項目合作以校企合作為主;

4）認定項目中，化學工程與工藝專業項目占比較大，制藥工程專業次之，其余專業為零，各專業的虛擬仿真實驗項目數量之間差距較大;

5）項目支持移動端學習的比例偏低。

建議

1）以學生為中心，為學生的發展鋪路。項目的開發需遵循教學要求，堅定立德樹人的教學目標。依托虛擬仿真技術，結合虛實結合、能實不虛、以虛助實、虛實互補的教學方式，在3D虛擬空間中體驗練習、實踐操作，提高學生實踐能力及處理緊急事故能力。提高項目的實用性，完善考核機制，保證學生在學習結束后達到工程教育專業認證相關畢業要求和滿足找工作條件。

2）“雙一流”高校應加大科研力度，不斷推進該學科虛擬仿真實驗教學項目建設?！半p一流”高校中集聚大批優質科研團隊，且擁有先進、完善的實驗設備，應在此背景下積極推進化工與制藥學科發展，不斷強化優勢學科質量[4]。通過科技創新成果的教學轉化，提升虛擬仿真實驗教學項目的高階性、創新性和挑戰度，發揮“領頭羊”作用，打造一批優質虛擬仿真金課[5]。

3）均衡建設各專業虛擬仿真項目?；づc制藥專業致力于培養學生的學科素養并提高實踐能力和創新創造能力，打造一批高素質的應用型人才[6]，涉及化學工程與工藝等數個專業，各專業之間側重點不同卻又互相聯系，且分別對應化學工業生產中的重要領域。因此，均衡建設各專業虛擬仿真實驗教學項目，有利于促進該學科均衡發展，豐富項目種類。

4）提高移動端支持率。在移動互聯網技術的支持下，交互教學快速發展，翻轉課堂普及推廣，隨著移動科技的快速發展，將移動交互應用于課堂教學也必然成為未來的教學常態[7]。當前公示的認定項目中移動端支持率較低，若是開發出匹配PC端的虛擬仿真學習APP或是系統，將會提升學習趣味性和使用黏性，提高學習效率。

參考文獻

[1]教育部辦公廳關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知[EB/OL].[2017-07-13].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html.

[2]關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].[2018-04-13].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[3]關于開展2019年度國家虛擬仿真實驗教學項目認定工作的通知[EB/OL].[2019-07-26].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201907/t20190702_388692.html.

[4]王寧.“雙一流”建設背景下地方高校優勢學科發展的意義及舉措：以華東交通大學土木工程專業為例[J].西部素質教育，2020（11）：13-15.

[5]吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學，2018（12）：4-9.

[6]萬春杰，張珩，王凱，等.基于工程實訓的高等制藥工程專業課程體系的改革與創新[J].中國現代教育裝備，2015（1）：58-60.

[7]孫惠敏，王復標，鄭卓，等.移動終端設備在高校教學學習中的運用[J].科教文匯，2020（6）：58-60.

*項目來源：2019年江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目“基于VR的高中化學虛擬實驗系統的設計與開發應用”（項目編號：201910320184Y）。

作者：陶奕芹、葛佳薇，江蘇師范大學智慧教育學院，研究方向為虛擬仿真實驗;胡永斌，江蘇師范大學，副教授，博士，主要研究方向為教育信息化、智慧學習環境、卓越教師等（221116）。