生态建材虚拟仿真金课建设
张勤芳 王凯英 诸华军 侯海军
摘? 要 国家虚拟仿真实验教学项目是国家级金课建设的重要实现途径。结合盐城工学院生态建材虚拟仿真金课建设实践，分析建设背景、基础、方案及教学改革取得的效果，探析生态建材虚拟仿真实验金课作为一种新的教育形态，对学生创新能力、工程能力的培养，工程素养、职业规范的提升，起到的积极促进作用。
关键词 互联网+教育;智能+教育;智慧教育;材料类专业;生态建材;虚拟仿真;金课;实验教学
中图分类号：TP391.9? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）10-0045-03
1 前言
2018年8月，教育部印发《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函〔2018〕8号），提出：“各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰‘水课、打造‘金课。”2018年11月，教育部高等教育司司长吴岩指出，未来三年内，国家要大力建设五大类型金课，包括线下金课、线上金课、线上线下混合式金课、虚拟仿真金课和社会实践金课[1]。
2 虚拟仿真金课建设的必要性
“智能+教育”开启了智慧教育的未来，推动了现代信息技术与实验教学项目的深度融合。国家虚拟仿真实验教学项目成为国家级金课建设的重要实现途径，成为中国教育变轨超车的重要创新举措，是支撑高校一流本科教育与一流专业、一流课程建设的重要抓手[2]。
3 生态建材虚拟仿真金课建设目标
以“互联网+教育”“智能+教育”理念为引领，通过信息技术、智能技术与实验课程教学深度融合，突出“以人为本、创新教学、技术融合、应用驱动、资源共享、开放服务”，以“生态建材、教学相长、虚实结合、开放共享”为金课建设理念，运用“高阶性、创新性、挑战度”金课“两性一度”标准，将生态建材虚拟仿真实验项目建设成为国家虚拟仿真实验教学项目，助推高等教育实验教学质量变轨超车，助力高等教育强国建设。
4 以盐城工学院为例，探析生态建材虚拟仿真金课建设
金课建设背景
1）材料类专业特色。盐城工学院材料类专业紧跟国家绿色建材与环保行业需求和江苏沿海新材料产业发展要求，建立材料类专业建材环保特色的人才培养目标与培养方案，重构工程能力培养体系、课程体系，以中国建材联合会等行业协会为纽带，以金课建设为抓手，培养材料类应用型高级工程技术人才。
2）四位一体的材料类应用型人才工程能力培养体系。以“建材四化”即建筑材料的生态化、功能化、节能化和高性能化为专业特色方向，重点围绕固体废弃物资源化利用、高性能建筑材料、节能建筑材料和功能建筑材料四方面进行实践教学，建立了悬浮预热分解窑等六个虚拟仿真系统，按“基础实验—工程训练—企业实训—科技创新”，循序渐进地开展实践教学活动，构建以实验和技能训练为基础，以工程训练和专业训练为主线，以科研创新为延伸的“层次递进、平台支撑、综合交叉”的实践教学体系，搭建递进式四层次的基础实验教学、工程训练、企业实训和科技创新实践教学平台，构建出“工程知识、工程素养、工程能力、职业规范”四位一体的材料类应用型人才工程能力培养体系，见图1。
金课建设基础? 在材料类课程教学中，理论教学是基础环节，实验是对知识掌握程度有效的衡量方式。沉浸式虚拟仿真实验平台包括水泥VR仿真实训系统、台式电脑及液晶拼接显示屏、水泥生产仿真沙盘、光催化（光化学）在线评价系统等，覆盖盐城工学院材料科学与工程学院六个本科专业。沉浸式虚拟仿真实验平台拥有具有系统设计、调试、数据库管理、运行管理、网络通信等功能的仿真支撑平台及一套开放式的水泥生产工艺图形化系统建模软件，10 000 t/d新型干法水泥生产线DCS仿真系统软件、生產过程3D仿真软件、DCS与3D系统联动仿真软件。VR实训系统可将水泥生产线生产过程通过3D仿真软件转换为VR场景实训系统，通过光学定位系统与交互设备能够互动操作水泥生产流程。平台可以满足至少60人同时进行模拟实训，运用可以多人协同互动实训的水泥生产VR场景实训系统，能够同步通过音响系统播放该设备参数型号、工作原理、生产注意事项、生产质量控制目标、岗位职责、运行参数控制方法等信息。
沉浸式虚拟仿真实验平台可以为“过程装备成套技术”“建材装备设计”“粉体力学与设备”等课程教学提供一个互动交流平台。虚拟仿真平台融入生态建材，契合教学大纲对教学内容和教学目标的要求，充分激发学生的学习兴趣和潜能，培养学生掌握知识、运用知识的能力。
金课建设方案
1）虚拟仿真实验教学资源建设。生态建材实验及实训属于真实实验教学中成本高、资源（包括能源和试验原材料）消耗大、污染严重的实验，要在教学资源建设中解决专业教学关键问题，同时具有创新性。在金课建设过程中采用五个以上的半实物虚拟仿真资源，通过开放性模块进行实验研发。
2）建立虚拟仿真实验课程教学体系。建立“三系统、四模块、三应用”的生态建材虚拟仿真实验体系：三系统为3D仿真系统、VR系统与DCS仿真系统相结合;四模块为生产工艺流程、生产设备工作原理、生产控制逻辑、生产运行参数等;三应用为教育教学+技能鉴定+企业培养，三位一体。
3）建设开放性虚拟仿真实验教学管理与共享平台。与企业合作开发建设满足教学实验、认知实习、仿真操作、考核评价、实践创新、设计教学和教学资源库搭建的教学管理和共享平台，包括建立项目数据文件，设计教学任务书，编写教学指导书等。
4）建立多元化虚拟仿真实验教学方法。运用建构主义理论，虚拟仿真实验教学与MOOC教学相结合。
5）建立虚拟仿真实验课程（线上、线下）评价机制。
6）虚拟仿真软件的使用分析报告。在本科学生的虚拟仿真实验开展过程中，搜集学生和教师的使用情况，针对比较重点和突出的问题，系统地向企业支撑的平台提供软件使用分析报告，从而为改进平台提供依据。
7）资源共享与示范。通过建设虚拟仿真实验教学资源，制定实现教学资源开放共享的计划与安排;根据虚拟仿真实验教学资源对带宽和硬件的需求，建设对应实验室范围、校园范围和社会范围的共享网络，推进云平台建设;虚拟仿真实验资源服务于学校、行业、社会共享，起到示范引领作用。
8）校园网络及教学信息化平台。建立完善的网络基础设施，服务器支撑教学及共享，保障网络应用;建设虚拟仿真实验教学中心门户网站，对校内外公布虚拟仿真实验教学信息，提供虚拟仿真实验教学平台链接等相关服务;开发信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成果展示等功能，建设虚拟仿真实验共享平台[3]。
9）师资队伍。项目负责人与其他骨干教师在项目建设中不断丰富和完善教学资源，培养教学团队有丰富实验教学经验的教师，进一步建立教学特色鲜明、教学方式方法创新多样的金课教学模式;建设一支师德高尚、爱岗敬业的教学队伍，认真钻研教学内容的高阶性、创新性、挑战度;通过项目制订合理的青年教师培养计划，力争取得实效;培育技术支持和运行维护的专职管理队伍。
10）规范与管理。建立虚拟仿真课程项目的管理规范和激励机制，建立教学效果考核、评价、反馈并持续改进的机制;完善设备运行、维护、更新和管理的相关规范。
金课教学改革成效? 將“高阶性、创新性、挑战度”金课“两性一度”标准用于衡量虚拟实验教学体系，建立“三系统、四模块、三应用”的生态建材虚拟仿真实验体系，引导学生学知识、用知识、创造知识。通过线上、线下混合式学习，培养学生面向工程的分析和解决问题能力，拓展实践领域，综合应用三维建模、人机交互、虚拟现实、人工智能、多媒体等网络化、数字化、智能化技术手段，自主设计虚拟仿真实验，支持鼓励学生自主创新和拥有自有知识产权，促进学生多学科交叉融合，提高学生创新能力，促进人才素质教育。
5 结语
生态建材虚拟仿真实验金课建设作为一种新的教育形态，能够提高地方本科院校的办学水平和办学质量，为培养应用型卓越人才提供重要的物质基础和保障。盐城工学院作为建材领域高素质人才培养基地和国家、江苏省人才培养综合改革基地，近20所省内外应用型本科院校前来考察与借鉴生态建材虚拟仿真实验平台，在国内同类高校中起到良好的示范效果。同时，平台为国内大、中企业开展员工培训，为促进江苏省内建材企业产、学、研合作提供了新的交流平台。
参考文献
[1]教育部高等教育司司长吴岩：建设中国“金课”[DB/OL].[2019-01-03].http：//www.sohu.com/a/286344718_
100275813.
[2]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：
4-9.
[3]刘秀清，葛文庆，焦学健，等.国家级虚拟仿真实验教学中心建设与管理[J].实验技术与管理，2018，35（11）：225-228，233.
