王軍鋒 費(fèi)菲 聶迎春 李連慶 梁攀

摘? 要：新冠疫情爆發(fā)期間為響應(yīng)“停課不停教”的號召，迅速展開虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究和實(shí)踐。研究線上實(shí)踐教學(xué)的規(guī)律和模式，對照課程大綱和教學(xué)目標(biāo)，遴選專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，用創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)落實(shí)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。實(shí)踐表明特殊時(shí)期虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可行和有效，也將會是常態(tài)下化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充，助力實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中一些難以完成的教學(xué)功能。以虛擬仿真技術(shù)為支撐，以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺共同建設(shè)為抓手，可以帶動(dòng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的全面建設(shè)。

關(guān)鍵詞：新冠疫情;“停課不停教”;虛擬仿真技術(shù);化學(xué)開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）05-0030-04

Abstract： During the outbreak of the COVID-19 epidemic， in response to the call of "suspend classes but keep teaching"， the research and practice of virtual simulation chemistry experiment were carried out rapidly. This paper studies the rules and patterns of online practice teaching， selects professional virtual simulation experiment teaching platform according to the curriculum outline and teaching objectives， and implements online experiment teaching innovation scheme with the new teaching design. The practice shows that the virtual simulation chemistry experiment teaching mode is feasible and effective in the special period， and it will be an important supplement to the normal chemistry experiment teaching， helping to realize some difficult teaching functions in the real experiment. With the support of virtual simulation technology and the joint construction of traditional experiment teaching and virtual simulation experiment platform as the key initiatives， the comprehensive construction of chemical experiment teaching demonstration center can be increasingly promoted.

Keywords： COVID-19 epidemic; "suspend classes but keep teaching"; virtual simulation technology; reform and open of chemical experiment teaching

2020年注定是不平凡的一年。一場突如其來的COVID-19疫情，讓春季高校正常的教學(xué)、科研工作遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，針對COVID-19肺炎疫情的影響，教育部要求春季學(xué)期大學(xué)生延期返校，并印發(fā)了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》《關(guān)于在疫情防控期間有針對性地做好教師工作若干事項(xiàng)的通知》等指導(dǎo)性文件，其中的核心是希望各級各類學(xué)校，能克服困難，做到“停課不停教、不停學(xué)”。

陜西學(xué)前師范學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（ Chemical Experiment Teaching Demonstration Center）是一家省級教學(xué)師范中心，承擔(dān)著化學(xué)化工學(xué)院及相關(guān)理科學(xué)院化學(xué)實(shí)踐教學(xué)的主體任務(wù)。該中心也正在開展著以學(xué)生為中心，以應(yīng)用型人才的培養(yǎng)為主旨的各項(xiàng)實(shí)踐教學(xué)模式的創(chuàng)新活動(dòng);承擔(dān)著化學(xué)實(shí)驗(yàn)示范中心開放實(shí)驗(yàn)運(yùn)行模式研究的各項(xiàng)課題。面對疫情化學(xué)示范中心上下一致，積極響應(yīng)教育部號召、學(xué)校各項(xiàng)要求，以“疫情倒逼創(chuàng)新、困難促進(jìn)改革”的理念，加快了也已開展的化學(xué)實(shí)驗(yàn)在線開放教學(xué)改革的步伐。加快創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究，實(shí)施信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，以更加開放和多元方式開展實(shí)踐教學(xué)是落實(shí)實(shí)踐教學(xué)。本周解決“停課不停教”的關(guān)鍵目標(biāo)，創(chuàng)造性尋找解決問題的著力點(diǎn)。

通過采用專業(yè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真模擬平臺，輔之以在線的直播加線下學(xué)習(xí)群落，建立了在疫情期間開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新、開放也便捷的實(shí)踐教學(xué)新模式。該模式經(jīng)過近一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，證明具有一定的實(shí)用性，也收到了良好的效果。

一、線上教學(xué)組織與實(shí)施

（一）統(tǒng)籌謀劃，精心部署

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心評估了學(xué)生不能按期返校情況下實(shí)踐教學(xué)開啟面臨的問題和困難，深入分析教師和學(xué)生在疫情仍然嚴(yán)峻的形勢下教和學(xué)的準(zhǔn)備度狀態(tài)，特別研究了將實(shí)踐教學(xué)大面積的轉(zhuǎn)移到線上開展的可行性。在深入分析和調(diào)研的基礎(chǔ)上，制定了系統(tǒng)的線上教學(xué)工作方案，包括教學(xué)資源的調(diào)配、硬件設(shè)施的保障、技術(shù)指導(dǎo)、條件保障等。并迅速對相關(guān)老師、教輔人員及教學(xué)管理人員做了動(dòng)員和部署，通過“我在校園”智慧管理平臺和電話通知到每一位學(xué)生。

（二）協(xié)調(diào)資源，科學(xué)配置

無論理論教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)，都面臨一個(gè)學(xué)生不能返校，如何實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)的問題。為了保證任課教師在短時(shí)間內(nèi)迅速掌握相關(guān)教學(xué)平臺的使用方法，中心組織承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)任務(wù)的老師參加了多個(gè)教學(xué)平臺如中國大學(xué)慕課、學(xué)堂在線智慧樹等平臺使用的培訓(xùn);提供了包括騰訊會議系統(tǒng)、騰訊課堂、QQ、微信等多個(gè)教學(xué)互動(dòng)平臺供教師在教學(xué)中選用，有力的保障了“停課不停教”的順利實(shí)施。

二、線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的謀劃和開展

（一）基于實(shí)踐課程要求 遴選專業(yè)虛擬仿真平臺

相對于線上理論教學(xué)而言，需要操作訓(xùn)練的化學(xué)實(shí)驗(yàn)該如何進(jìn)行教和學(xué)，一下子成了老師、學(xué)生甚至是家長關(guān)心的問題，也是最有價(jià)值的探究的領(lǐng)域?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)師范中心承擔(dān)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)2個(gè)專業(yè)和生科院2個(gè)專業(yè)共計(jì)15門實(shí)驗(yàn)課程，涵蓋基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新和設(shè)計(jì)等幾乎所有層級的實(shí)驗(yàn)。在系統(tǒng)梳理春季學(xué)期化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，對現(xiàn)有化學(xué)實(shí)驗(yàn)專業(yè)虛擬仿真平臺進(jìn)行比對，精心篩選最契合的虛擬仿真平臺。發(fā)現(xiàn)微瑞科技化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺與中心當(dāng)下的實(shí)驗(yàn)開設(shè)的需求最為匹配。以其U系列三維虛擬化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)為例。其主要的功能包括：[1]

1. 知識原理模塊

主要介紹與該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識，包括但不限于儀器原理、儀器結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)操作方法和相關(guān)注意事項(xiàng)等。

2. 實(shí)驗(yàn)演示、模擬和考核模式

該軟件提供虛擬實(shí)驗(yàn)的演示、模擬和考核等不同模式，并且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中可以在不同模式之間無縫自由切換。在演示模式中，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行虛擬實(shí)驗(yàn)演示操作方法。在學(xué)習(xí)模式中，通過打開提示，可以根據(jù)詳細(xì)的步驟提示、3D物體上的燈光閃爍引導(dǎo)對于實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行學(xué)習(xí)，完成虛擬實(shí)驗(yàn)。在考核模式下，操作者在沒有提示的情況下獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

3. 考核和評估系統(tǒng)

系統(tǒng)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生模擬進(jìn)展，對照規(guī)范操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分和計(jì)時(shí)，并會在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)報(bào)告詳細(xì)的信息。在不通過管理平臺修改設(shè)置的情況下，系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的默認(rèn)方式進(jìn)行打分和計(jì)時(shí)。按照默認(rèn)的規(guī)則，每個(gè)小步驟如果在完全沒有提示的情況下（即考核模式）進(jìn)行操作則不扣分;如果查看了文字提示，則扣分;如果查看了燈光閃爍提示也扣分;如果打開演示模式演示了任何一個(gè)小步驟或者大步驟，則嚴(yán)厲扣分。

4. 多樣化的菜單界面

系統(tǒng)菜單有“全屏”“皮膚”“退出”和“幫助”四個(gè)選項(xiàng);教學(xué)菜單中有“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹薄皩?shí)驗(yàn)原理”“儀器介紹”以及實(shí)驗(yàn)相關(guān)的其它介紹，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容有所不同;信息中會顯示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫度、氣壓及濕度等相關(guān)要求。同時(shí)還有一個(gè)調(diào)整視角的菜單通過初始視角、實(shí)驗(yàn)視角、儀器視角、輔助視角、放大視角、縮小視角等，可以將人物和視野快速移動(dòng)至合適的狀態(tài)。

（二）聚焦教學(xué)目標(biāo) 多措并舉 多元化在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的要求，任課教師參照虛擬平臺上實(shí)驗(yàn)的資源信息，結(jié)合學(xué)生和課程實(shí)際情況，針對性制定各個(gè)課程的線上教學(xué)方案，做到“一課一案，一班一策”，要求、標(biāo)準(zhǔn)不降但方式方法可以不同。

首先，教學(xué)計(jì)劃根據(jù)新的教學(xué)模式進(jìn)行更新?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中心要求各個(gè)課程小組組織線上討論，充分發(fā)揮集體智慧進(jìn)行課程重塑，形成創(chuàng)新線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程設(shè)計(jì)方案。每周一討論，在正式開課一周前，提交下周的網(wǎng)絡(luò)課程上課計(jì)劃。盡量做到提前設(shè)計(jì)，實(shí)踐中不斷優(yōu)化。所有的實(shí)驗(yàn)教師需要根據(jù)新的教學(xué)模式重新編撰教學(xué)教案、課堂設(shè)計(jì)及學(xué)員講義，以期讓教學(xué)內(nèi)容與全新線上模式相匹配，并力求在實(shí)踐中不斷優(yōu)化調(diào)整。

其次，與中心確立的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件開發(fā)公司積極聯(lián)系確定項(xiàng)目內(nèi)容，開通虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的權(quán)限。并對這學(xué)期承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的老師組織全員培訓(xùn)，以保證每位老師能自如運(yùn)用平臺的各項(xiàng)使用功能開展線上教學(xué)，將平臺賦予的各項(xiàng)潛能最大化的發(fā)揮出來。對老師線上教學(xué)能力，特別是線上與學(xué)生互動(dòng)技巧及線上“翻轉(zhuǎn)課堂”授課能力進(jìn)行強(qiáng)化培訓(xùn)，并建立專項(xiàng)技能討論組群進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享，很快大家的這項(xiàng)能力在實(shí)戰(zhàn)中都得到快速的提升。

另外，在豐富教學(xué)資源方面，除了依托化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬平臺的數(shù)據(jù)資源，主動(dòng)將近年來化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在教學(xué)過程中積累的教學(xué)視頻資料儲備投入使用，并積極搜尋合適的網(wǎng)上資源不斷豐富資料庫。引導(dǎo)老師將虛擬實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)上課程資源及原始視頻資料交叉使用，既豐富了教學(xué)內(nèi)容，也激發(fā)了對混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的大膽嘗試。

三、線上教學(xué)的模式創(chuàng)新

（一）將資源效能最大化，線上與線下相融合，形成在線教學(xué)的閉環(huán)

疫情期間為了確?！耙蟛蛔儯瑯?biāo)準(zhǔn)不降”的總體原則，依據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的大綱要求，在教學(xué)設(shè)計(jì)上進(jìn)行重塑，將創(chuàng)新教學(xué)模式實(shí)施落地。以教學(xué)目標(biāo)為指導(dǎo)，依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，充分利用微信學(xué)習(xí)群落，騰訊會議直播工具將學(xué)校效果不斷提升。在具體實(shí)施中探索不同平臺在教學(xué)活動(dòng)中可以發(fā)揮的作用，用最恰當(dāng)?shù)姆绞酵瓿勺詈线m的教學(xué)內(nèi)容，將資源效能最大化。在后期基本針對每個(gè)平臺都進(jìn)行了清晰的定位。如虛擬平臺進(jìn)行課堂演示效果很好，但是用這個(gè)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理、目的的講解就顯得很呆板;同時(shí)在學(xué)生開始平臺模擬前就利用騰訊會議等直播平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理、重點(diǎn)及難點(diǎn)的講解就顯得很高效;而輔導(dǎo)答疑、重難點(diǎn)指導(dǎo)、作業(yè)反饋則在微信群落里效果就特別好。據(jù)此將多種平臺潛能發(fā)揮，與教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)匹配，讓學(xué)習(xí)過程在線上也能形成完整的閉合循環(huán)，讓線上實(shí)驗(yàn)課創(chuàng)新模式在一次次實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中日趨完善。

（二）以學(xué)生為中心，人機(jī)交互，使教和學(xué)在線上也渾然天成

1. 以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

虛擬仿真給到一個(gè)很好的師生互動(dòng)的平臺。特別是把實(shí)驗(yàn)原理、目的這些枯燥文字形式轉(zhuǎn)變成動(dòng)畫，同時(shí)又把復(fù)雜儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)化，直觀化，讓儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不再是神秘的黑匣子。[2]尤其是Flash動(dòng)畫呈現(xiàn)方式，及隨著授課進(jìn)展隨時(shí)暫停開啟討論模式，激發(fā)了學(xué)生的參與感。巧妙運(yùn)用這些“激發(fā)學(xué)習(xí)興趣”的因素，極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2. 人機(jī)交互，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉鄻雍碗A梯式設(shè)計(jì)，循序漸進(jìn)

虛擬仿真平臺上學(xué)生除了完成常規(guī)實(shí)驗(yàn)之外，學(xué)生還可以自己搭建實(shí)驗(yàn)裝置。[3]選擇試劑和實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，完成實(shí)驗(yàn)。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析來評估實(shí)驗(yàn)室操作時(shí)的條件，流程及環(huán)境是否恰當(dāng)。這樣一個(gè)回顧性評估使學(xué)生獨(dú)立思考問題、分析解決問題以及創(chuàng)新能力都得以提升。

3. 多重互動(dòng)，師生教與學(xué)的粘度在提升

由于線上模擬時(shí)間有更廣泛的自由選擇空間，課表上教學(xué)時(shí)間可有全部用于線上交流研討。無論騰訊會議的集體直播，還是課前、課后在微信群、QQ群落的互動(dòng)，都提升了教學(xué)中師生互動(dòng)的頻次和質(zhì)量。其中直播互動(dòng)是整體性對所有學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)、難點(diǎn)的提示;而學(xué)習(xí)群落中的互動(dòng)則是利用碎片時(shí)間個(gè)性化的輔導(dǎo)。內(nèi)容包括答疑、重點(diǎn)強(qiáng)化、難點(diǎn)研討及思考題反饋，以全面解決學(xué)生的疑難、重點(diǎn)的強(qiáng)化及關(guān)鍵操作上點(diǎn)撥。

在教學(xué)過程中，還會邀請平臺工程師作為技術(shù)顧問，及時(shí)解決平臺使用過程中遇到的技術(shù)問題。與服務(wù)商約定“隨需隨叫，隨叫隨到”，以保證學(xué)生全天候?qū)W習(xí)的需求和學(xué)習(xí)過程的連續(xù)性。

（三）充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺優(yōu)勢，促進(jìn)綠色實(shí)驗(yàn)室全面開放

1. 打破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室”全面開放

仿真實(shí)驗(yàn)軟件可以放到校園局域網(wǎng)上，后臺匹配賬號和密碼。師生在疫情期間，雖然時(shí)空有差距，但只要有網(wǎng)絡(luò)，無論是電腦端還是智能手機(jī)端，都可以即時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，師生互動(dòng)。沒有了實(shí)驗(yàn)室固定場所的限制，沒有了嚴(yán)苛環(huán)境的要求。學(xué)生可根據(jù)自身的時(shí)間安排、多次反復(fù)的到平臺上完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí)還能做到根據(jù)學(xué)生的興趣愛好和培養(yǎng)方案的更高層次要求，有針對性的選擇一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開放給完成基本學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)生。這些學(xué)生一旦獲得授權(quán)，利用其賬號和密碼，如同完成常規(guī)實(shí)驗(yàn)一樣，登錄仿真實(shí)驗(yàn)平臺，完成高階實(shí)驗(yàn)的所有內(nèi)容。這種打破時(shí)空的全方位開放，給因材施教或者說根據(jù)學(xué)生的個(gè)體狀況，進(jìn)行定制化實(shí)驗(yàn)，提供了各種可能，也會推動(dòng)教師教學(xué)方法的創(chuàng)新。

2. 高性價(jià)比的綠色實(shí)驗(yàn)方案

虛擬仿真模式，開放實(shí)驗(yàn)到更廣闊的時(shí)空，學(xué)生不受地域環(huán)境、時(shí)間限制，使在相同時(shí)間內(nèi)，為更多學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)機(jī)會;這不但大大減少了耗材的使用，還節(jié)約了巨大的人力成本，使教學(xué)成本降低，實(shí)現(xiàn)了高性價(jià)比解決問題方案。

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心各學(xué)科實(shí)驗(yàn)涉及到很多化學(xué)試劑，有些甚至是有毒有害的，如“原子熒光法分析土壤中砷鉛汞”實(shí)驗(yàn)中重金屬對人的劇毒，也會對環(huán)境造成巨大的污染;有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)各種有機(jī)試劑都有強(qiáng)致癌物質(zhì)，無論是對師生健康還是對環(huán)境的污染都是嚴(yán)重的;實(shí)驗(yàn)過程中排放的“三廢”不可避免的對環(huán)境造成污染;儀器分析實(shí)驗(yàn)的各種大型儀器在實(shí)驗(yàn)操作中都或多或少存在危險(xiǎn)與不安全隱患。將這些實(shí)驗(yàn)搬到虛擬仿真模擬平臺上模擬，通過計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)就可以完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)藥品零投入，毒物零接觸，污染物的零排放?？梢哉f在源頭上杜絕了污染的產(chǎn)生，避免了潛在不安全隱患，實(shí)現(xiàn)了高性價(jià)比綠色教學(xué)。

3. 多種形式開展綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺提供了開展綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的新選擇。利用軟件設(shè)計(jì)的便捷性，針對性的對實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行調(diào)整，很容易衍生出各種創(chuàng)新、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在不確定性增加的情況下，讓學(xué)生探索最理想的方案，以此培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。這一功能及其帶來的獲益和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心一直以來強(qiáng)調(diào)的“一體化、三層次、一拓展”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式非常契合。這里的一體化是指以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為宗旨，提升綜合素質(zhì)為核心，追求知識、能力、方法和價(jià)值觀的協(xié)同發(fā)展;三層次中，第一層次——基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是重在基礎(chǔ)、夯實(shí)根基;第二個(gè)層次——綜合性實(shí)驗(yàn)是著力于能力提高、科學(xué)素質(zhì)的養(yǎng)成;第三個(gè)層次——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，旨在培養(yǎng)化學(xué)科學(xué)研究方法和創(chuàng)新能力。一個(gè)拓展是著力培養(yǎng)學(xué)生自主研究的綜合能力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺在推進(jìn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中開辟新的、高效率的一個(gè)路徑，值得大力提倡和推動(dòng)。

4. 線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理自動(dòng)化

化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺各項(xiàng)功能的開放和利用，可以實(shí)現(xiàn)完整的教學(xué)管理環(huán)節(jié)。系統(tǒng)詳細(xì)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)完成的過程，包括針對某個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M時(shí)間，模擬次數(shù)，實(shí)驗(yàn)成績;學(xué)生可利用系統(tǒng)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫和提交;教師可以利用平臺評分和批改。系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)考試管理和實(shí)驗(yàn)考試模塊，并總體對實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行匯總等，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的閉環(huán)管理。

四、虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限及后續(xù)發(fā)展

（一）虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所存在的問題

1. 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在全面達(dá)成教學(xué)目標(biāo)上的差距

虛擬仿真模式即使使用在線3D模式，無論模擬的如何逼真，總是和眼見為實(shí)的現(xiàn)場實(shí)物有一定的差別。如仿真中，學(xué)生主要是以軟件操作的形式進(jìn)行，即使學(xué)生出現(xiàn)操作不當(dāng)導(dǎo)致的事故及其后果也僅限于系統(tǒng)軟件中既定的嚴(yán)重警告，沒有實(shí)物損壞和現(xiàn)場危險(xiǎn)場景的強(qiáng)烈刺激感。所以學(xué)生在操作中，即使出現(xiàn)很嚴(yán)重的問題，也不以為然，導(dǎo)致學(xué)生對危險(xiǎn)狀況的認(rèn)知，危險(xiǎn)狀況的預(yù)警和防范意識比較薄弱。同樣的原因，在某些學(xué)科如化工實(shí)驗(yàn)需要對設(shè)備、工藝及控制有較高的目標(biāo)要求時(shí)，可能達(dá)不到培訓(xùn)的要求。[3]

2. 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對操作技能培養(yǎng)還有欠缺

總體來說，虛擬仿真模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑捎谟面I盤鼠標(biāo)方式控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其對實(shí)驗(yàn)原理、方法及流程的培訓(xùn)其效果是明顯的，但對有些需要訓(xùn)練學(xué)生實(shí)際操作技能的實(shí)驗(yàn)則效果欠佳。與之對應(yīng)，由于缺乏現(xiàn)場實(shí)際操作，對現(xiàn)象觀察、判斷及因此而期望提升的學(xué)生分析問題、解決問題的能力，效果也會下降。

例如分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M中，由于相關(guān)數(shù)據(jù)為系統(tǒng)預(yù)設(shè)，這降低了學(xué)生對數(shù)據(jù)分析判讀及后續(xù)數(shù)據(jù)處理及對實(shí)驗(yàn)誤差的分析判斷能力。

3. 仿真軟件設(shè)計(jì)中存在的缺陷

仿真軟件是由相關(guān)的專業(yè)人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材、講義或?qū)嶋H情況來進(jìn)行開發(fā)的，在開發(fā)過程中，所遵循的原則很難完全契合到實(shí)踐教學(xué)大綱目的和要求，有些還只是照搬了教材上實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理及操作流程，很難做到實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中根據(jù)學(xué)生實(shí)際技能水平因材施教或有針對性的及時(shí)調(diào)整。同時(shí)軟件的開發(fā)需要各個(gè)專業(yè)的人員共同完成，在完成和調(diào)試過程中，難免會出現(xiàn)一些問題，包括軟件設(shè)計(jì)中一些理論和操作流程的錯(cuò)誤，如不能及時(shí)糾正，會讓學(xué)生在操作中按照錯(cuò)誤的操作和理解進(jìn)行，造成嚴(yán)重誤導(dǎo)。

（二）虛擬仿真在實(shí)踐教學(xué)中的發(fā)展趨勢

1. 虛擬仿真軟件迭代更新速度加快

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)背后的支撐是新生代的軟件不但的推陳出新，這是由IT業(yè)的特征所決定的。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺和所有的在線教學(xué)模式一樣，在疫情過后將會迎來一個(gè)快速的發(fā)展期。依托對實(shí)驗(yàn)需求的多元化和更高的要求，在加上軟件迭代更新本身就很快，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺模式將迎來好的發(fā)展。為了彌補(bǔ)其與真實(shí)實(shí)驗(yàn)室場景效果的差別，3D技術(shù)的運(yùn)用及VR技術(shù)的加入將會其顯現(xiàn)出勃勃生機(jī)。同時(shí)多樣化的表現(xiàn)形式，如3D及VR技術(shù)將使操作更為直觀、有趣，界面更加友好。

2. 虛擬仿真高性價(jià)比，將其與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合，促進(jìn)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)

由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降母咝詢r(jià)比、多樣化設(shè)計(jì)、快速發(fā)展，傳統(tǒng)以驗(yàn)證為主的實(shí)驗(yàn)方式將面臨挑戰(zhàn)。按照既定的實(shí)驗(yàn)步驟、嚴(yán)格按照操作規(guī)程一步一趨的實(shí)驗(yàn)方式，其訓(xùn)練的能力必然會和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺訓(xùn)練學(xué)生能力進(jìn)行有效的區(qū)隔。這意味著虛擬仿真模擬實(shí)驗(yàn)將會和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合，進(jìn)入常規(guī)實(shí)踐教學(xué)序列，作為有益和必不可少的補(bǔ)充，一起來促進(jìn)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

五、結(jié)束語

實(shí)踐表明應(yīng)急狀態(tài)下虛擬仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式將會是常態(tài)下化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充，其打破時(shí)空的便利性、低風(fēng)險(xiǎn)、低污染、綠色化、線上管理的自動(dòng)化及靈活創(chuàng)新性，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)景難以完成的教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)。據(jù)此作者認(rèn)為，以虛擬仿真技術(shù)為支撐，以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)共同建設(shè)為抓手，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)，將帶來化學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)革命性的改變。

參考文獻(xiàn)：

[1]北京微瑞集智科技有限公司.微瑞U系列三維虛擬仿真軟件使用手冊[Z].

[2]劉來玉，陳晨，董焱，等.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)助推雙創(chuàng)教育的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（12）：128-131.

[3]周凱，侯國安，馬少寧.化工仿真在本科教學(xué)中的探索與實(shí)踐[J].化學(xué)工程與裝備，2017（12）：343-345.