金课背景下化工与制药类虚拟仿真实验教学项目现状分析

陶奕芹　葛佳薇　胡永斌

摘  要 近年来，国内化学实验室危险事故屡有发生，造成严重后果，并引发社会关注。由于化工实验本身潜在较大安全隐患，多数高校无法为学生提供实践机会，因此，借助虚拟仿真技术将化工生产过程转移到虚拟仿真实验室进行，成为不少高校解决教学中“看多动少”难题的优先选择。虚拟仿真实验教学实现学科与信息技术的深度融合，是金课建设计划中的重要部分。基于国家虚拟仿真实验教学项目共享平台公示数据，归纳化工与制药类虚拟仿真实验项目的特点，结合现状提出可行建议。

关键词 化工与制药;虚拟仿真实验教学项目;金课;翻转课堂

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：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

虛拟仿真金课由教育部高等教育司司长吴岩提出，是教育部推出的五类国家级一流本科课程之一，有重要的研究价值。2017年7月，教育部印发《教育部办公厅2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，鼓励各高校积极开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设[1]，将虚拟仿真实验教学项目列入未来发展计划当中。2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，提出实施智慧教育创新发展行动，加快建设在线智能实验室、虚拟工厂等智能学习空间，推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程[2]，再次敲响技术变革教育的擂鼓，做到真正实现“互联网+教育”，同时探索创新“智能+教育”。

国家虚拟仿真实验教学项目是一项国家级荣誉，代表着我国教育的最新研究成果，也是各高等学校学科综合实力的证明。在2017年和2018年的两次认定中，共有30项化工与制药类虚拟仿真实验教学项目获得认定，成为该领域最领先的科研成果。因此，对这30项认定项目进行现状分析，能够较全面地总结该类虚拟仿真实验教学项目的特点，为后期各大高校开展此类项目建设和应用提供参考和借鉴。

2 项目研究与设计

自新工科概念提出以来，化工与制药工程专业面临更严苛的要求，各院校需要增强实习实训教学，培养创新实用型化工类人才。然而，化工生产过程流程复杂，设备、机器、管道众多，处理的原料往往为危险性物质，存在巨大的安全隐患。为了保障学生的人身安全，许多院校不允许学生亲自实践，只是局限于视频教学。另一方面，随着招生规模的扩大，各院校需要投入更多人力物力财力到学生学习实践中。所以，实验教学已成为化工与制药类工程人才培养的痛点。将虚拟仿真技术引入化工与制药专业中，可以弥补实践教学中“只能看不能动”的短板，以真实反应装置为原型，依托该项目的实际生产线，搭建虚拟仿真实验室，开展高危险、高成本、高消耗等实践项目，为提升化工与制药专业学生的专业技能和工程实践能力提供有效帮助。

相比于2017年的12个认定项目，2018年化工与制药类虚拟仿真实验认定项目增加到18个，这表明越来越多的院校投身于虚拟仿真实验教学项目的开发中，用成果来证明本校的综合实力。不断涌现的虚拟仿真实验项目是我国实现金课建设计划中一股强大的动力。因此，借助于国家虚拟仿真实验教学平台公示数据，对现有的30项已认定的化学与工程类虚拟仿真教学实验项目的特点进行分析，可以为后期该类项目的开发提供可参考的建议。

3 国家虚拟仿真实验教学项目总体情况

2017年项目认定情况  2017年，教育部进行第一次虚拟仿真实验教学项目的认定，计划认定数量为100项，实际认定105项，超过计划数5%，涉及生物科学类、机械类等八个学科。各学科实际认定数目情况如表1所示。

由表1可见，机械类和核工程类的实际认定项目数量低于拟认定数量，说明后续认定审核工作留有较富足的空间;电子信息类、化工与制药类和交通运输类这三类的实际认定项目超过拟认定数量，其中电子信息类和交通运输类认定项目超过计划数40%，化工与制药类超过计划数20%，反映出这三类项目开展迅速，且竞争激烈，为后续的审核工作增加了难度;化工与制药类虚拟仿真项目被包含在第一批项目认定中，其数据具有研究价值，可为后期该类项目的研发提供参考。各学科认定數量不等，最少的为交通运输类，共七项，占总认定数的6.7%;最多的是临床医学类，共25项，占总体的23.8%。这体现了国家在虚拟仿真实验教学项目认定工作方面严格谨慎，为保证每一个认定项目都具有丰富的教学意义，分别制定了不同的高标准。

2018年项目认定情况  2018年，教育部对虚拟仿真实验教学项目开展第二次认定工作，全年拟认定项目260项，实际认定296项，超过计划数13.8%，同比增长8.8%，表明该类虚拟仿真实验项目建设不断升温，如图1所示。

从图1可以看出，本次的认定工作涉及23个类别，相比于上一年增加15个。通过对比可知，在这次认定工作中，实际认定数目多于拟认定数目的类别超过总类别数65%，其中占比较大的是机械类、临床医学类、化工与制药类、医学基础类、生物科学类这五类，并且机械类、临床医学类、化工与制药类、生物科学类为参与二次认定项目。由此可见，前期项目具有示范性，对后期项目建设的帮助效果显著，通过分析前期公示项目，可以拓宽该类虚拟仿真项目的思路，挖掘上升空间。

4 化工与制药类认定项目学校分析

经数据统计，这30项已认定的化工与制药类虚拟仿真实验教学项目隶属于27所高校。根据教育部2017年公布的《“双一流”建设高校名单》，可将这27所高校划分为“双一流”高校和普通高校两个类别，统计结果如表2所示。

由表2可见，在2017年和2018年这两次项目认定中，“双一流”高校共获得认定13项，占比43.3%;普通高校共获得认定17项，占比56.7%。通过横向和纵向对比研究发现，普通高校在该类获得认定项目的数量上占有优势，说明普通高校正积极响应教育部号召，建设具有代表性的虚拟仿真实验项目，为赢得这项国家级荣誉而不懈努力。另一方面，“双一流”高校2018年获得的认定率虽然比上一年高16.7%，但总体占有率不算可观，仍需要加强科研力度，为各类高校树立榜样。

5 化工与制药类认定项目负责人分析

化工与制药类虚拟仿真实验项目开发团队中必须同时具备专业知识人才和开发人才。项目负责人须具有丰富的教学经验，教学能力强[3]，是一个团队的核心。本文对公示的化学与制药认证项目负责人的学历、职称数据进行分析，如表3、表4所示。

由表3可知，这29位负责人中大部分具有博士学历，共27人，占93.10%;具有硕士学历和学士学历的各有一人，占比均为3.45%。这表明化工与制药类虚拟仿真项目负责人普遍具有博士学历。

由表4可知，在30个项目中，负责人为副教授职称的共四人，占13.8%;而负责人为教授的有25项，占86.2%。

这表明化工与制药类虚拟仿真项目的负责人普遍具有较高职称。结合以上数据可知，化工与制药类虚拟仿真项目的负责人普遍具有较强的专业能力，否则无法保证虚拟仿真项目的顺利开发。

6 化工与制药类认定项目开发情况分析

基于国家虚拟仿真实验教学平台公示数据，可将这30个认定的化工与制药类虚拟仿真项目的开发情况划分为三种模式，分别是自主研发、校企合作、校校合作+校企合作，结果如表5所示。

据统计得出，这30个项目中，83.3%的项目的开发需要借助企业的帮助，13.3%的项目属于本校自主研发，3.3%的项目兼顾了校校合作和校企合作。虚拟仿真技术在2016年才被大家所熟知，大多数学校还不具备成熟的开发技术条件，对项目的期望较高，因此，借助企业的力量合作开发虚拟仿真项目是明智之选。通过校企合作，充分发挥企业的资源优势，较大程度地还原项目设计的场景，可以实现项目功能的最大化，产生1+1≥2的效果。

7 化工与制药类虚拟仿真公示项目专业特点

国家虚拟仿真实验教学平台根据各专业的特点，将化工与制药类虚拟仿真实验项目划分为化学工程与工艺、制药工程、资源循环科学与工程、能源化学工程、化学工程与工业生物工程、化学安全工程和涂料工程七大类。这七个专业的项目在目前的两次认定中的情况如表6所示。

数据表明，化学工程与工艺专业获得认定项目共25项，制药工程专业获得五项，其余专业为0。经对比分析发现，各专业之间认定项目数量差距悬殊，总体分布不均匀。其中化学工程与工艺类虚拟仿真项目竞争激烈，被认定的25项无疑具有代表性，有其独特的教育意义。其余专业项目数量稀缺，希望各高校可以将其纳入未来虚拟仿真实验教学项目的开发规划中，在这几个研究领域取得卓越成果，为促进化工与制药类各专业虚拟仿真项目均衡发展与增加该类科研成果贡献力量。

8 化工与制药类虚拟仿真公示认定项目移动端支持率

据可统计数据可知，30项认定项目中仅有五项支持移动端，支持率仅为16.7%。通过对比分析可知，在这五个项目中，教师均可通过智能手机在移动端管理站上完成创建线上课堂，管理、分享课堂教学资源、线上测试等工作，很好地发挥翻转课堂的功能。课前教师只需分享二维码即可邀请学生进入课堂，完成课前预习、实时评价、课程检测等多项任务。这样就不仅减轻了教师的工作负担，而且提高了学生在碎片时间里学习的效率。

9 结论和建议

研究结论  本研究使用内容分析法，对2017年和2018年教育部认定的30个化工与制药类虚拟仿真实验教学项目进行编码和分析。研究发现：

1）普通高校获得认定的项目数量高于“双一流”高校;

2）项目负责人中大部分具有博士学历，职称为教授;

3）项目合作以校企合作为主;

4）认定项目中，化学工程与工艺专业项目占比较大，制药工程专业次之，其余专业为零，各专业的虚拟仿真实验项目数量之间差距较大;

5）项目支持移动端学习的比例偏低。

建议

1）以学生为中心，为学生的发展铺路。项目的开发需遵循教学要求，坚定立德树人的教学目标。依托虚拟仿真技术，结合虚实结合、能实不虚、以虚助实、虚实互补的教学方式，在3D虚拟空间中体验练习、实践操作，提高学生实践能力及处理紧急事故能力。提高项目的实用性，完善考核机制，保证学生在学习结束后达到工程教育专业认证相关毕业要求和满足找工作条件。

2）“双一流”高校应加大科研力度，不断推进该学科虚拟仿真实验教学项目建设。“双一流”高校中集聚大批优质科研团队，且拥有先进、完善的实验设备，应在此背景下积极推进化工与制药学科发展，不断强化优势学科质量[4]。通过科技创新成果的教学转化，提升虚拟仿真实验教学项目的高阶性、创新性和挑战度，发挥“领头羊”作用，打造一批优质虚拟仿真金课[5]。

3）均衡建设各专业虚拟仿真项目。化工与制药专业致力于培养学生的学科素养并提高实践能力和创新创造能力，打造一批高素质的应用型人才[6]，涉及化学工程与工艺等数个专业，各专业之间侧重点不同却又互相联系，且分别对应化学工业生产中的重要领域。因此，均衡建设各专业虚拟仿真实验教学项目，有利于促进该学科均衡发展，丰富项目种类。

4）提高移动端支持率。在移动互联网技术的支持下，交互教学快速发展，翻转课堂普及推广，随着移动科技的快速发展，将移动交互应用于课堂教学也必然成为未来的教学常态[7]。当前公示的认定项目中移动端支持率较低，若是开发出匹配PC端的虚拟仿真学习APP或是系统，将会提升学习趣味性和使用黏性，提高学习效率。

参考文献

[1]教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知[EB/OL].[2017-07-13].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html.

[2]关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL].[2018-04-13].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[3]关于开展2019年度国家虚拟仿真实验教学项目认定工作的通知[EB/OL].[2019-07-26].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201907/t20190702_388692.html.

[4]王宁.“双一流”建设背景下地方高校优势学科发展的意义及举措：以华东交通大学土木工程专业为例[J].西部素质教育，2020（11）：13-15.

[5]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[6]万春杰，张珩，王凯，等.基于工程实训的高等制药工程专业课程体系的改革与创新[J].中國现代教育装备，2015（1）：58-60.

[7]孙惠敏，王复标，郑卓，等.移动终端设备在高校教学学习中的运用[J].科教文汇，2020（6）：58-60.

*项目来源：2019年江苏省大学生创新创业训练计划项目“基于VR的高中化学虚拟实验系统的设计与开发应用”（项目编号：201910320184Y）。

作者：陶奕芹、葛佳薇，江苏师范大学智慧教育学院，研究方向为虚拟仿真实验;胡永斌，江苏师范大学，副教授，博士，主要研究方向为教育信息化、智慧学习环境、卓越教师等（221116）。