摘要 受場地、操作環(huán)境等極端條件制約，復(fù)雜工程性創(chuàng)新實驗難于線下開展，導(dǎo)致學(xué)生對化工專業(yè)前沿技術(shù)認(rèn)知缺失，工程實踐能力訓(xùn)練短缺。 針對此問題，在化工專業(yè)實驗中開展以實為主、以虛為輔的混合教學(xué)模式的探索。 虛擬實驗可大大降低實驗操作風(fēng)險，彌補實驗時間和條件的不足，是化工專業(yè)實踐教學(xué)改革和發(fā)展的有益探索。 仿真實驗中的理論學(xué)習(xí)、習(xí)題測驗、流程設(shè)計、實驗操作和報告處理的過程性評價制度涵蓋了學(xué)生整體學(xué)習(xí)過程，綜合反映學(xué)生對知識的掌握程度和綜合實踐的能力。 在CO中溫-低溫串聯(lián)催化轉(zhuǎn)化仿真實驗教學(xué)中，4項課程目標(biāo)平均達成度分別為0. 80、0. 91、0. 83和0. 73，教學(xué)效果良好。 實踐證明，虛擬仿真實驗?zāi)軌驈膽?yīng)用實際出發(fā)，通過新穎的實驗內(nèi)容設(shè)計，更能調(diào)動學(xué)生參與實驗的積極性和主動性，是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的有效手段之一。

關(guān)鍵詞 專業(yè)實驗；虛實并行；催化轉(zhuǎn)化；工藝仿真

中圖分類號：O639；O633 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-0518（2025）01-0124-09

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）本科教育教學(xué)改革與研究項目（No. J210301）資助

大力提升人才培養(yǎng)水平是貫徹落實《進一步深化本科教學(xué)改革，全面提高教學(xué)水平》政策的核心，在工程教育專業(yè)認(rèn)證和新工科建設(shè)背景下需要強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生創(chuàng)新精神和能力[1-4]。 化學(xué)工程與工藝專業(yè)強調(diào)實驗教學(xué)，是學(xué)生進行工程實踐，將理論由抽象變具體的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題和科研創(chuàng)新能力的重要源泉[5-6]。 隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)的開放性在線學(xué)習(xí)、實踐和探索的模式備受青睞，諸如開放網(wǎng)絡(luò)課程（MOOCs）、虛擬仿真實驗等。 一方面學(xué)生和教師可更廣泛地享受到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，并且學(xué)習(xí)時間、地點不受限制，具有靈活性； 另一方面虛擬仿真實驗可實施具有高危險性、極端（高溫、高壓）環(huán)境、不可逆操作、高成本或高消耗的、線下難于開展的復(fù)雜實驗項目，實現(xiàn)實驗操作的連貫性。 虛擬仿真實驗教學(xué)不僅使學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，拓寬眼界，提升動手實踐能力，同時使學(xué)生綜合運用專業(yè)知識解決實際問題，提升了工程應(yīng)用能力，進一步增強學(xué)生解決復(fù)雜工程問題和創(chuàng)新創(chuàng)造的能力[7-8]。 與傳統(tǒng)的實踐教學(xué)相比，虛擬仿真教學(xué)能顯著提升專業(yè)人才能力培養(yǎng)效果。 基于化工專業(yè)實驗特點，本文以“CO中溫-低溫串聯(lián)催化轉(zhuǎn)化工藝仿真實驗”教學(xué)為例，展示了虛擬仿真實驗的教學(xué)內(nèi)容實用性、課程安排靈活性、過程評價客觀性、復(fù)雜操作可靠性、知識內(nèi)容普適性以及教學(xué)互動優(yōu)越性[9-10]，為推動“虛實并行”實踐教學(xué)模式在復(fù)雜化工實驗中的開展，促進虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)，激發(fā)學(xué)生參與復(fù)雜反應(yīng)學(xué)習(xí)的積極性和主動性，增強學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力提供有力支撐。

1 虛擬仿真實驗教學(xué)方法構(gòu)建

1. 1 實驗背景及目的

合成氨工業(yè)可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供必需的氮肥和其他復(fù)合肥料，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。 但由于天然氣或石腦油蒸汽催化轉(zhuǎn)化的原料氣中含有大量的CO，導(dǎo)致催化劑中毒，必須在合成前進行凈化處理。 目前，在現(xiàn)代大型合成氨原料氣凈化過程中均采用中溫-低溫串聯(lián)實現(xiàn)CO變換反應(yīng)將其脫除，原料氣凈化效果受催化劑種類、溫度、壓力和氣體流量等因素的影響。 該反應(yīng)過程的優(yōu)化體現(xiàn)化工專業(yè)多門學(xué)科的融合，學(xué)生需要有機結(jié)合化工設(shè)計、化學(xué)反應(yīng)工程、多相催化和儀器分析等多門課程知識，是適合為本科生開設(shè)的綜合性創(chuàng)新實驗。 然而，由于CO變換反應(yīng)工藝是連續(xù)化作業(yè)，裝置和內(nèi)部過程極為復(fù)雜，且反應(yīng)危險系數(shù)極高，受時間和空間等條件限制，難于線下開展。 通過虛擬仿真技術(shù)，可借助線上、線下信息交互，實現(xiàn)完整反應(yīng)過程模擬操作訓(xùn)練的目的。 該仿真實驗可大大降低實驗風(fēng)險，彌補實驗時間和條件的不足，是化工專業(yè)實踐教學(xué)改革和發(fā)展的一次有益探索。

實驗?zāi)M中溫-低溫串聯(lián)CO變換反應(yīng)過程，利用直流流動法測定鐵基催化劑、銅基催化劑的活性，不僅讓學(xué)生進一步理解多相催化反應(yīng)理論，掌握利用實驗研究催化反應(yīng)動力學(xué)的方法，還接觸了本專業(yè)領(lǐng)域的實用技術(shù)，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。 該虛擬仿真實驗的設(shè)置既體現(xiàn)實驗內(nèi)容的新穎性，又將行業(yè)發(fā)展前沿技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，拓展了學(xué)生視野，提高了綜合實踐能力。

實驗?zāi)康闹饕ㄒ韵?方面： 通過實驗，學(xué)生能進一步理解多相催化反應(yīng)有關(guān)知識； 掌握CO中溫-低溫催化轉(zhuǎn)化工藝流程和操作步驟，初步接觸反應(yīng)過程優(yōu)化思想； 掌握氣固相催化反應(yīng)動力學(xué)實驗研究方法及催化劑活性的評價方法； 提供驗錯操作、流程優(yōu)化設(shè)計平臺，培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新精神，促進應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

1. 2 實驗主要內(nèi)容

CO中溫-低溫串聯(lián)催化轉(zhuǎn)化工藝仿真實驗主要有4部分內(nèi)容。 首先，深入理解實驗原理，從而確定反應(yīng)器類型、催化劑種類和反應(yīng)溫度等工藝參數(shù)； 其次，進行實際工藝學(xué)習(xí)，掌握實際反應(yīng)流程中操作單元的基本結(jié)構(gòu)及作用； 第三，參照標(biāo)準(zhǔn)流程修改反應(yīng)條件，完成系統(tǒng)操作，掌握催化反應(yīng)動力學(xué)測定；第四，通過變換反應(yīng)參數(shù)，優(yōu)化反應(yīng)條件，進一步理解影響CO變換反應(yīng)的因素及催化劑活性評價方法，完成實驗報告。 課程內(nèi)容對應(yīng)的課程目標(biāo)和畢業(yè)要求如圖1所示。

1. 3 實驗系統(tǒng)設(shè)計及學(xué)習(xí)過程

針對教學(xué)要求，設(shè)計CO變換仿真實驗。 考慮到教師需要掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)情況，軟件界面下設(shè)管理模塊和學(xué)生模塊，各模塊下設(shè)不同操作功能，實驗?zāi)K設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在學(xué)生模塊中，包含基礎(chǔ)知識的介紹、知識考核，更加入了流程設(shè)計環(huán)節(jié)，讓學(xué)生接觸初步工藝設(shè)計思想，考察學(xué)生運用理論知識解決工程實際問題的能力。 此模塊主要包含4個部分，學(xué)生需要按序逐一完成。 學(xué)生通過指導(dǎo)教師設(shè)置的個人賬號、密碼登錄仿真系統(tǒng)，進入教學(xué)部分，具體仿真實驗學(xué)習(xí)過程如圖3所示。

首先，學(xué)生需要了解實驗的工業(yè)背景，學(xué)習(xí)實驗原理、實驗流程以及注意事項，對實驗及操作步驟有初步的認(rèn)知，該部分類似于線下教學(xué)的實驗講義。

其后，是習(xí)題測驗部分，內(nèi)容涉及實驗原理、工藝參數(shù)、注意事項和設(shè)備單元結(jié)構(gòu)等。 測試需要在限定時間內(nèi)無提示完成，交卷后系統(tǒng)會給出分?jǐn)?shù)和正確答案。 分?jǐn)?shù)低于60分的同學(xué)需要重新考核才能進入下一步實驗環(huán)節(jié)。 該部分主要考察學(xué)生對實驗基本理論的掌握情況。

再次，進入流程設(shè)計模塊。為培養(yǎng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于實踐的能力，系統(tǒng)設(shè)置了流程設(shè)計模塊。 在這里學(xué)生可根據(jù)實驗需要在14種設(shè)備中進行選擇和搭建，該過程實現(xiàn)了“可視化操作、高仿真演示、交互式實驗、創(chuàng)新性設(shè)計”的實驗體系，學(xué)生點擊設(shè)備圖標(biāo)可以了解結(jié)構(gòu)和用途。 流程設(shè)計完成后提交時也會進行分?jǐn)?shù)評定，同時給出錯誤信息，并提供一份標(biāo)準(zhǔn)工藝流程設(shè)計圖供參考。 該部分主要鍛煉了學(xué)生運用理論知識進行實驗設(shè)計的能力，初步接觸實驗設(shè)計的思想，強化學(xué)生對工藝流程及各單元功能的理解。

最后，是仿真系統(tǒng)操作平臺，學(xué)生在系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)流程圖下完成全流程操作，包括實驗參數(shù)設(shè)定、閥門開關(guān)和溫度記錄等。 學(xué)生根據(jù)軟件的提示，完成從開車到停車的整個操作過程，并收集有關(guān)實驗數(shù)據(jù)，進行后處理。 在該工藝圖中，設(shè)備都有其相應(yīng)功能介紹，對于復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，強化學(xué)生的記憶與理解。 該部分可更直觀、生動地為學(xué)生展現(xiàn)CO中溫-低溫串聯(lián)催化轉(zhuǎn)化的全流程，提高學(xué)生系統(tǒng)操作的連貫性以及對復(fù)雜工藝處理的系統(tǒng)認(rèn)知性。

2 實驗教學(xué)考核及實施成效

2. 1 實驗教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)

化工過程發(fā)展已經(jīng)由傳統(tǒng)的“工程化工”向“數(shù)字化工”、“智能化工”轉(zhuǎn)變，化工模擬實驗教學(xué)是化工專業(yè)學(xué)生深入學(xué)習(xí)化工領(lǐng)域核心知識，應(yīng)用專業(yè)知識，提升專業(yè)認(rèn)知的重要學(xué)習(xí)途徑。 本實驗課程考核標(biāo)準(zhǔn)遵循工程教育專業(yè)認(rèn)證基本要求，主要面向能源化工、材料化工專業(yè)方向本科三年級學(xué)生開設(shè)，學(xué)生需要提前掌握物理化學(xué)、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、化工過程與分離、化工熱力學(xué)、化工設(shè)計基礎(chǔ)和煤化工工藝學(xué)等專業(yè)理論課程。 人才培養(yǎng)過程建立梯度式實踐課程體系（圖4），專業(yè)知識從基礎(chǔ)到核心逐級遞進，覆蓋從大一到大三的專業(yè)核心課程，強化知識應(yīng)用與工程特色，理論與實踐-虛實相結(jié)合，開發(fā)建設(shè)“模塊導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動”情境教學(xué)模式。 本實驗課程“虛實并行”的教學(xué)模式，對于學(xué)生開放性、發(fā)散性和探究性創(chuàng)新能力培養(yǎng)，發(fā)揮著重要作用，在相關(guān)的虛擬仿真教學(xué)中，需要加強實驗教學(xué)平臺創(chuàng)新建設(shè)，助力創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。

課程考核圍繞學(xué)生為中心，強化過程性評價，兼顧終結(jié)性評價。 其中仿真實驗中的預(yù)習(xí)過程、習(xí)題測驗、流程設(shè)計、實驗操作和實驗報告屬于過程性評價，期末考試屬于終結(jié)性評價。 此考核制度涵蓋了學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程，既能反映學(xué)生對知識的掌握程度和綜合實踐的能力，又能關(guān)注學(xué)生的科學(xué)探究以及學(xué)以致用的創(chuàng)新能力。 學(xué)習(xí)過程設(shè)置充分融合課程目標(biāo)的要求，科學(xué)合理設(shè)置“課前預(yù)習(xí)”、“實際操作”、“實驗報告”和“期末考試”4個遞進環(huán)節(jié)?！皩嶋H操作”動手環(huán)節(jié)占30%，突出培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力，該環(huán)節(jié)強化訓(xùn)練學(xué)生在線實驗方法，允許多次實驗多次優(yōu)化，創(chuàng)新多維反饋優(yōu)化新路徑。 “實驗報告”環(huán)節(jié)占30%，突出培養(yǎng)學(xué)生知識應(yīng)用與過程創(chuàng)新的能力，通過強化過程性考核，客觀地評價課程目標(biāo)的達成程度，進行形成性評價總結(jié)，創(chuàng)新虛擬實驗?zāi)Ｊ?，以便于及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在教師與學(xué)生之間形成良好的反饋互動，促進學(xué)生成績及能力的提高。 具體實驗課程評價環(huán)節(jié)權(quán)重見圖5。

2. 2 實驗教學(xué)實施成效

2. 2. 1 科學(xué)實施考核測評，合理統(tǒng)計學(xué)習(xí)結(jié)果

在CO中溫-低溫串聯(lián)催化轉(zhuǎn)化工藝仿真實驗實施過程中，教師主要通過管理模塊掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性評價，如圖6所示。 在仿真實驗?zāi)M主界面上有已登錄學(xué)生名單、實驗原理瀏覽記錄、習(xí)題測試分?jǐn)?shù)、流程設(shè)計分?jǐn)?shù)及錯誤點、實驗仿真流程完成情況、實驗結(jié)果列表及曲線等。 教師可通過以上信息綜合判定學(xué)生對于本次實驗的學(xué)習(xí)掌握情況。 同時通過成績統(tǒng)計，對分?jǐn)?shù)較低的同學(xué)進行信息發(fā)送和輔導(dǎo)。 這種多方面過程性學(xué)習(xí)評價方式一方面對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到督促作用，循序漸進； 另一方面通過反復(fù)強化加深學(xué)生的掌握深度，并通過成績統(tǒng)計及時發(fā)現(xiàn)問題學(xué)生，有效地采取幫扶措施，避免在終結(jié)性評價（考試）時出現(xiàn)不通過情況，有效地提高了學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

終結(jié)性評價主要通過閉卷筆試考試完成，內(nèi)容涵蓋大綱中4項課程目標(biāo)。 2020級化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生共有102人參與本課程學(xué)習(xí)與考核，經(jīng)過程性和終結(jié)性考核權(quán)重計算，4項課程目標(biāo)整體平均達成度分別為0. 80、0. 91、0. 83和0. 73（圖7），效果良好。 在4項課程目標(biāo)達成中，學(xué)生對課程目標(biāo)4的達成度相對較低。 目標(biāo)4主要是工程與社會問題，要求學(xué)生能夠綜合運用掌握的生產(chǎn)案例分析實驗過程，評價測定指標(biāo)的意義，隱含的是對健康、安全及環(huán)境影響的不利因素以及工程實際應(yīng)用中的解決方法。該目標(biāo)達成度偏低，說明學(xué)生在工程實際方面的能力欠缺，后續(xù)在實驗過程、實習(xí)和大學(xué)生創(chuàng)新實踐方面需進一步加強。

2. 2. 2 科學(xué)評估學(xué)生成績，以學(xué)生為中心差異化輔導(dǎo)

對學(xué)生在4項課程目標(biāo)達成個體差異情況進行了統(tǒng)計，見圖8。 首先，實踐教師針對實驗的難易程度設(shè)置了課程目標(biāo)期望值為0. 70，由此得到在某一項或幾項目標(biāo)達成方面存在困難的學(xué)生名單（表1），進而對學(xué)生個體進行針對性的幫扶。

從圖8和表1中可見，1號、71號和96號學(xué)生有3項課程目標(biāo)均沒有達到期望值，需要指導(dǎo)老師再一次查閱學(xué)生在線操作成績以及試卷，分析學(xué)生的實驗操作以及答題情況，查擺問題，并與學(xué)生進行單獨溝通交流，進行重點輔導(dǎo)。 課程目標(biāo)3未達到期望值的學(xué)生人數(shù)較多，占總?cè)藬?shù)的10. 78%。 通過調(diào)閱過程性考核發(fā)現(xiàn)這幾名同學(xué)都是在流程設(shè)計環(huán)節(jié)出錯較多，導(dǎo)致得分偏低。 單獨對這11名同學(xué)進行了CO中溫-低溫串聯(lián)工藝全流程輔導(dǎo)。 總體來看，通過科學(xué)設(shè)置實驗課程的教學(xué)環(huán)節(jié)、考核標(biāo)準(zhǔn)和終結(jié)性評價，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有目標(biāo)性和針對性的完成課程學(xué)習(xí)，比往屆未達到期望值的學(xué)生人數(shù)降低，較好達到教學(xué)目的。

3 思考與拓展

實驗課程結(jié)束時，引導(dǎo)學(xué)生求真務(wù)實，激發(fā)學(xué)生科研探索精神和創(chuàng)新性思維，可拓展下列問題：1）CO、CO2加氫制備含氧化合物的研究現(xiàn)狀？鐵基催化劑和銅鋅催化劑的催化效果如何？如何提升催化劑的催化效果？引導(dǎo)學(xué)生從優(yōu)化溫度、壓力、配料比和空氣流速等方面理解對催化劑的影響機理。 2）碳氫能源催化作用下實現(xiàn)CO2向CO轉(zhuǎn)化的研究現(xiàn)狀？轉(zhuǎn)化的機理如何？催化劑的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)如何變化？反應(yīng)溫度、壓力等對催化反應(yīng)過程的影響機理。

教師對以上問題提出方案的可行性和必要性，聯(lián)系國家能源發(fā)展政策，發(fā)展包括風(fēng)、光、生物和氫等新能源，建立清潔低碳能源體系，發(fā)展碳捕集與封存技術(shù)，深刻理解“碳達峰，碳中和”的深層含義。 介紹碳捕獲/利用和固存（CCUS）技術(shù)，下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生小組匯報，內(nèi)容不局限于以上問題，學(xué)生可以拓展延伸。 根據(jù)學(xué)生匯報內(nèi)容的深度和對行業(yè)前沿的理解程度打分，教師在評價過程需要在內(nèi)容中貫穿課程思政，從國情元素、責(zé)任元素、科學(xué)元素等方面進行教育，不僅培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和解決復(fù)雜問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的主人翁意識和社會責(zé)任感。

4 結(jié) 論

多學(xué)科知識的滲透和教學(xué)內(nèi)容的不斷豐富，需要拓展實驗教學(xué)的廣度和深度。 但對于化學(xué)工程與工藝專業(yè)來講，大型綜合訓(xùn)練常受制于高危環(huán)境、高成本和高消耗等因素，難以線下開展，因此有必要在發(fā)揮傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式優(yōu)勢的同時開發(fā)虛擬仿真實驗，虛實結(jié)合既能適應(yīng)信息化社會發(fā)展的要求，又有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。 “CO中溫-低溫串聯(lián)催化轉(zhuǎn)化”仿真實驗的開設(shè)取得了明顯的實踐教學(xué)成效，反映出虛擬仿真實驗教學(xué)能夠有效地提升學(xué)生參與實驗的積極性和主動性，能夠從應(yīng)用實際出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。 在實驗過程中，學(xué)生不僅完成驗證性實驗，使課本中學(xué)到的基本理論和方法得到直觀驗證，還可以不斷地探究和嘗試，設(shè)計和優(yōu)化實驗流程，進一步提升科研和創(chuàng)新能力。

參考文獻

[1]暢志兵， 王彩紅， 曹俊雅. 工程認(rèn)證背景下化工原理實驗“四位一體”教學(xué)模式的探索[J]. 廣東化工， 2022， 49（16）：222-224. CHANG Z B， WANG C H， CAO J Y. Exploration of “four-in-one” teaching mode of chemical engineering principle experiment under the background of Engineering certification[J]. Guangdong Chem Ind， 2022， 49（16）： 222-224.

[2]王薇， 任家強， 周寶晗， 等. 工科基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程過程性評價體系的構(gòu)建與實踐[J]. 化學(xué)教育（中英文）， 2024，45（6）： 23-29. WANG W， REN J Q， ZHOU B H， et al. Construction and practice of process evaluation system for engineering basic chemistry experiment course[J]. Chem Educ （Chin Eng）， 2024， 45（6）： 23-29.

[3]邰楓， 高國華， 宋廣清， 等. 工程教育背景下的產(chǎn)學(xué)研合作教育模式研究[J]. 實驗室研究與探索， 2013， 32（10）：175-177. TAI F， GAO G H， SONG G Q， et al. Research on the model of industry-university-research cooperative education in the background of engineering education[J]. Lab Res Explor， 2013， 32（10）： 175-177.

[4]遲寶珠， 胡昱. 稀土虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)與應(yīng)用[J]. 化學(xué)教育（中英文）， 2024， 45（10）： 93-99. CHI B Z， HU Y. Construction and application of rare earth virtual simulation experiment teaching project[J]. Chem Educ（Chin Eng）， 2024， 45（10）： 93-99.

[5]李果， 朱大勝， 賈文華， 等. “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下精餾原理章節(jié)教學(xué)改革與探討[J]. 廣東化工， 2019， 46（20）： 176-177. LI G， ZHU D S， JIA W H， et al. Teaching reform and discussion of distillation principle chapter under the background of“Internet+”[J]. Guangdong Chem Ind， 2019， 46（20）： 176-177.

[6]房明， 莊大昌， 陳少沛， 等. 工程特色引導(dǎo)性課程虛擬仿真實驗教學(xué)模式構(gòu)建[J]. 高等建筑教育， 2024， 33（3）：62-73. FANG M， ZUANG D C， CHEN S P， et al. Construction of virtual simulation experiment teaching model for guided courses with engineering characteristics[J]. J Architect Educ Institu High Learning， 2024， 33（3）： 62-73.

[7]熊宏齊. 國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目的新時代教學(xué)特征[J]. 實驗技術(shù)與管理， 2019， 36（9）： 1-4. XIONG H Q. Teaching characteristics in the new era of national virtual simulation experiment teaching project[J]. Exp Tech Manage， 2019， 36（9）： 1-4.

[8]唐向陽， 馬驍飛， 郭翠梨， 等. 建設(shè)高水平“化學(xué)化工虛擬仿真實驗教學(xué)中心”的思路與探索[J]. 高等理科教育，2015， 6： 102-106. TANG X Y， MA X F， GUO C L， et al. Thoughts and exploration of building high-level “virtual simulation experiment teaching center for chemical engineering”[J]. Higher Educ Sci， 2015， 6： 102-106.

[9]牟鵬洲， 蒲玉， 閆綠維， 等. 基于信息技術(shù)的“教、學(xué)、評”一體化教學(xué)設(shè)計——以“化學(xué)反應(yīng)限度”為例[J]. 化學(xué)教育（中英文）， 2023， 44（17）： 102-108. MOU P Z， PU Y， YAN L W， et al. Integrated teaching design of “teaching， learning and evaluation” based on information technology-taking “chemical reaction limit” as an example[J]. Chem Educ （Chin Engl）， 2023， 44（17）： 102-108.

[10]孫麗麗， 李永存， 王勇， 等. 石墨烯基催化劑制備及在鋁-空氣電池中的應(yīng)用綜合實驗教學(xué)設(shè)計[J]. 化學(xué)教育（中英文）， 2024， 45（10）： 56-64. SUN L L， LI Y C， WANG Y， et al. Preparation of graphene-based catalyst and its application in aluminum-air battery[J]. Chem Educ （Chin Engl）， 2024， 45（10）： 56-64.

Exploration and Application of Virtual Simulation in Experimental Teaching for Complex Field of Chemical Engineering

——A Case Study on Simulating CO Medium-Low Temperature Series Catalytic Conversion

LIN Xiong-Chao*， WANG Cai-Hong， REN Yan-Jiao

（China University of Mining and Technology （Beijing）， Beijing 100083， China）

Abstract Currently， complex engineering innovation experiments are difficult to be performed because of the limitation of experimental condition and operating environment. This leads to the lack of cognition of advanced technology and shortage of engineering practical ability on chemical engineering. Aiming at this problem，mixed teaching model by combining actual operating and virtual simulation was carried out in the chemical engineering specialty experiment. The virtual experiment can greatly reduce the risk of experiment operation and overcome the shortage of time-consuming and sever experimental condition. It is beneficial to promote the reform and development of practice teaching of chemical engineering specialty. The process evaluation system of theorical learning， exercise test， process design， experimental operation and report processing in simulation experiment could cover the whole learning process. It thus could systemically reflect the ability of students for the knowledge acquirement and comprehensive practice. In the CO low-medium temperature catalytic conversion simulation experiment， the average achievement degree of the four course objectives is 0. 80， 0. 91， 0. 83 and 0. 73， respectively， implying an excellent teaching effect. Practically， the virtual simulation experiment can focus on the actual application. Through the novel experimental content design， it is easier to induce the enthusiasm and initiative of students. It is an effective approach to enhance the ability to solve complex engineering problems.

Keywords Specialized experiment； Virtual-real parallel； Catalytic conversion； Process simulation

Received 2024？09？20； Accepted 2024？11？04

Supported by China University of Mining and Technology （Beijing） Undergraduate Education and Teaching Reform Project（No. J210301）