疫情当前,为确保“停课不停学”,青岛科技大学化学与分子工程学院虚拟实验中心网络化平台积极利用虚拟仿真教学优势资源,搭建网络虚拟实验平台,有效解决学生在家无法做实验的难题,确保学生在特殊时期能够高质量完成专业学习。中心根据应用化学和化学专业特点及人才培养需求,通过学校与学院的支持及自主开发等多种手段,建立了安全考试、综合化学虚拟仿真实验、海洋中的电化学腐蚀与防护、大型仪器、考试系统等6个虚拟仿真实验教学模块,储备20余个实验项目。在当前特殊情况下,为确保学生自主学习效果,中心充分利用自身优势通过多种手段为学生提供在线教学资源和虚拟仿真实验支持。
一、多途径共享教学资源
中心十多年来专注化工及相关专业的虚拟仿真实验教学,积累了大量实验教材、课件及教学视频资源,通过多渠道网络平台,为学生自学提供了丰富的学习资源,以帮助学生更好地进行自主学习。
二、虚拟仿真实验
1、海洋中的电化学腐蚀与防护专业实验仿真模拟(国家级)
海洋中的电化学腐蚀与防护实验教学存在着周期长、金属结构和环境条件等影响因素多、数据记录繁琐等特点,导致金属的腐蚀和防护过程不易观察,学生只能从最终的结果判定实验是否成功而金属的腐蚀和防护形成过程中,而影响金属的腐蚀和防护的原因,恰恰是要求学生必须掌握的知识点,因此,在实际操作的实验教学中,教学效果十分不理想。我们通过采用“虚实结合、以虚补实”,实际实验操作与虚拟实验操作相结合的方法开展教学,可有效弥补实验教学物理和时间空间的不足。通过虚拟实验让学生掌握影响海洋中的电化学腐蚀与防护的因素,熟悉金属 腐蚀和防护形成的过程,通过仿真实验和实际操作,培养了学生的综合设计和创新能力,提升知识结构,使实验教学运行更具系统性、可行性、首创性,取得了良好的教学效果。
国家级虚拟仿真实验教学项目-海洋中的电化学腐蚀与防护项目包含牺牲阳极保护法原理学习、金属腐蚀实验方法、自主设计实验等。项目收集整理真实实验数据,对真实的金属腐蚀和防腐过程进行数据模拟,结合真实具体的海洋环境,达到知识传授和实践训练系统化紧密对接,探索正常科研过程中几年甚至几十年的腐蚀规律,培养学生的综合素质与创新能力。
海洋中的电化学腐蚀与防护(http://www.ilab-x.com/details?id=2874&isView=true)
2、综合化学实验
化学是对实验动手能力要求很高的专业,化学实验课程作为动手能力培养的重要途径,是化学专业高等教育的重要组成部分。而综合化学实验的实验内容涉及高分子合成及催化、绿色合成、有机方法学、光化学、生物无机化学,以及纳米材料制备和结构解析等各个方面,每个实验至少与两个以上学科的知识相关联,大多数实验都涉及大型分析仪器的应用、培养学生的实验技能以及综合分析、发现和解决问题的能力,以及初步的化学研究能力。但由于物理空间、实验器材、实验时间、实验试剂及安全等问题的制约,单纯的综合化学实验现场教学效果不好。通过虚拟仿真技术,我们将专业实验搬上了网络,学生可以通过仿真环境来进行相关专业实验。
无机粉体(CaCO3)的聚合物胶囊化改性实验
豆粕中提取及检测异黄酮
蛋白质等电点测定
离子交换法测定海水盐度
磁性四氧化三铁、改性及表征
香豆素-3-羧酸的合成及纯度测定
还原糖和总糖的测定
从大蒜中提取大蒜油及大蒜辣素的检测
3、大型仪器操作仿真模拟
大型仪器(透射电镜、扫描电镜、原子吸收光谱、气质联用、核磁共振仪、电化学工作站、气相色谱仪、液相色谱、紫外-可见-近红外吸收、红外分光光度计)的操作在化学专业中占有重要地位。为帮助学生学习掌握相关的知识,中心利用仿真软件将上述大型仪器的各个零件进行了拆分和重组,同时通过彩色图形控制操作画面,了解样品的预处理和仪器参数的调节的全部过程。这些仿真操作可以帮助于学生了解大型分析仪器的原理、构造、影响因素和图谱解析。
4、工艺流程仿真模拟
在药品生产中,工艺流程操作是一个复杂系统,生产中的各种波动和干扰,都会引起工业流程原有的稳态过程和平衡发生破坏,而使系统向着新的平衡发展。这一过程的分析,必须由过程动态模拟(仿真)来回答。阿司匹林制备仿真考虑到了物料和热量的累计量,所以可以获得更多更详细的有关安全、操作、稳定性方面的系统信息。因而,基于动态模型的流程仿真不仅可以训练学生的实操能力,还可以帮助学生更好地了解阿司匹林的制备的各个影响因素。
阿司匹林制备工艺仿真
5、安全及应急仿真模拟
近年来,高校实验室安全事故频发,造成人身伤害、仪器设备损毁和其他财产损失,安全状况不容乐观。大量案例分析表明,高校实验室安全事故绝大部分属于责任事故,是应该可以避免的;事故没能避免的主要原因:一是化学领域的实验确实存在较大的危险性;二是安全操作和应急处理训练严重不到位。因而利用虚拟仿真技术来感知现实实验中不能也不可能实现的极端场景,尽可能提高学生在安全操作和应急处理方面的综合能力,就具有十分重要的意义。
6、网络学习与考试自动评分系统
虚拟实验中心网络化平台中心通过建立不同的题库,实现了考试网络化管理,教师根据实验教学需要上传仿真软件安装包,供学生在平台上下载并安装仿真软件在线进行各项仿真实验。通过对有机化学、无机化学、物理化学、分析化学、专业实验和仪器分析实验进行理论和操作的网络化考试,对高校实验教学起到了很好的辅助作用。