以“致用”新人才培养为主导的虚拟仿真化学实验教学探索
——以三明学院高分子化学实验教学为例
林福星，鄢树枫，林碧凡，王建华，苏志忠
（三明学院 资源与化工学院 三明市氟化工产业技术研究院 ，福建 三明）
摘 要： 随着时代的发展，单纯的课本教学、经验教学，已经无法培养一出校门就可以学以致用的人才。因而普通本科高校向应用型转变工作，是福建省高等教育改革发展的重中之重。三明学院传承“致用”基因，扎根地方产业热土，致力于培养“致用”新人才，使学生一走上社会就能适应社会。其中，对于化工类人才而言，最需要具备的能力就是实验动手能力，而学校课堂培养该能力最重要的手段是实验教学。虚拟仿真是从学生的需求出发，调动学生积极性并开发创新创造能力的一种现代化高新信息技术。本文在分析当前大学化学实验教学现状和存在问题的基础上，以三明学院高分子化学实验教学为案例，提出了虚拟仿真教学模式嵌入“致用”新人才培养的实施可行方案，设计出“线上线下”、“理论实践”和“化虚为实”三步走的新教学模式，突出强化学生的知识巩固、操作实践和企业适应能力，为高等教育的实验教学改革提供参考价值。
关键词： 致用；虚拟仿真；高分子化学；新教学模式
随着当代社会的发展以及国家学科建设的持续推进，高等教育也面临新时代的抉择问题。现如今，单纯的课本教学、经验教学所培养出来的学生，已经无法适应社会的节奏，很难有比较好的作为[1,2]。而培养出来的学生跟社会脱轨，这就是高等教育的失职。在这种背景下，如何进行教育改革，通过自身转型，努力构建更加全面的人才培养体系，培养出具备强大实践能力、创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的“致用”新人才将是国内高校工科人才的最终目标[3]。
[2]谢新暎、郑立文:《霍童古镇旅游资源分类、评价及开发研究》,《齐齐哈尔大学学报》（哲学社会科学版）2015年第3期。
一 三明学院和“致用”新人才培养
培养什么人，是当代教育应当思考的首要问题。根据全国教育大会的总结精神，将思想、认识和行动高度统一到习近平总书记在大会上关于教育的重要论述上来，形成更高水平的人才培养体系是新时代所有地方高校的任务要求。普通本科高校要以落实本科教育工作会议精神为抓手，加快实现“四个回归”，努力搭建更加科学、更加合理的人才培养体系，加速“一流”本科教育的形成。在这个过程中，教育的重点在课堂，因而增加课程难度、深度，着力淘汰“水课”、打造“金课”，全面提升课堂教学质量就是最基本的要求。但是，课堂教学的高质量，要求必然不能是照本宣科，而是理实交融。甚至于，想要培养出“致用”新人才，让他们可以“即插即用”，快速适应，就必须产教融合[4]。
为节约试验成本，本次试验压力环传感器传感原件主要采用电阻应变片，根据电阻应变片的测试灵敏度，压力环材料选用铝合金圆环，外径13 mm，壁厚2.5 mm。制作过程相对简单，将电阻应变片粘贴于压力环表面，为消除偏心影响，每个压力环上粘贴2个电阻应变片，外用防水胶带保护。本模型共计36根斜拉索，每个拉索下均设置一个压力环传感器，共计36个。
普通本科高校向应用型转变工作，是福建省高等教育改革发展的重中之重。而三明学院，通过自己的成功教育改革转型，也成为首批福建省示范性应用型本科高校。在扎实的教学工作基础和鲜明的应用型办学特色的层面上，突出以工为重、以师为精、多学科协调发展的思想指导，三明学院的办学布局渐渐清晰。“根植三明、融入三明、服务三明”，面向地方需求和学生发展需要，学校把办学定位锁定在“地方性、应用型、开放式”。以产业需求为导向来驱动教学实践，特别是以三明当地的实际产业需求，组建特色应用型教学团队，构建协同跨界的课程体系辅佐，创新实践政校行企合作机制支撑，从而带动教学改革从浅层局部向深度全面转变。在执行中，对学生的培养做到“学生一题一做一应用，多做多思多成长”，真正将能力导向的人才培养从理论落地为实践应用。在产教融合的差异化、特色化、内涵式发展道路上获得了新生，只因三明学院心中了然，在新工科时代背景下唯一正确的路，就是培养“致用”新人才。
1.2.4 适当加大棚间距：由于后墙厚度加大，所以适当加大前后棚之间的距离，以免出现前栋温室影响后栋温室的采光。要求每栋棚占地宽度达到18～20米。
二 “致用”新人才的培养现状与面临的问题
紧跟别人发展的脚步，只能做到自己不落后。然而在已经落后的形势下，只有形成自己的办学特色和育人模式，才能不被拉大差距，并有望实现真正的超越。因此，在学校高分子化学实验室的局限条件下，我们必须通过信息化技术，在切实有效的前提下，使用“虚拟仿真”技术手段拓宽我们的实验条件，达到理想的锻炼培养效果[5,6]。只有大力推进教育改革，结合信息化技术特点，营造全新的教育模式，才能让学生学好高分子化学实验，达到材料化学专业的办学要求，从而培养出“致用”新人才。针对上述的问题现状，我们设计了 “虚拟仿真实验”镶嵌在实验室实验教学中，组成了 “线上线下”相结合、“理论实践”两手抓、“化虚为实”三步走的全新实验教学模式。
虚拟仿真实验以它的内外开放性、模拟真实性、费用经济性、重复可用性、共建共享性等优点，突破了传统实验教育在空间、时间上的限制，可以切实解决多数地方普通本科院校在实验场地、实验时间上的难题[7]。通过虚拟仿真实验，学生可以自己安排时间，简单的鼠标操作，即可进行实验。不但自主性比较强，而且实验现象明显，不会因操作不当而得不到实验结果，另一方面对于老师的时时指导性要求降低，因为虚拟仿真实验过程安全，无试剂成本，无实验废弃物，绿色环保。另外，最主要的是改变了学生被动参与实验操作的状况，突出了学生的主导地位[8]。因此，如何应用虚拟仿真实验教学手段，结合学校的教育背景和自身课程特点，形成先进的教学方法，尤为重要。特别是在现如今高速发展的新工科时代，普通高校想要加强竞争力，必须要加快推进现代信息技术与教育教学深度融合，推进在线开放课程和虚拟仿真实验教学建设，以提升教师信息技术应用能力为着力点，制定出台有效的教学激励和管理办法，加快用信息技术改造传统教学，提高教学水平[9]。
如何培养人，这又是一个摆在我们面前不得不去思考的问题？哪怕我们知道需要进行教育改革，我们明白“致用”新人才的重要性，然而怎么改革如何推行？在普通本科高校应用型转变的教育改革路上，三明学院特地增加开设了材料化学专业。这个专业的设立，是为学生适应现代新的化学化工类企业的节奏，提升培养传统的化工人才的材料学素养，增强岗位适应性的重要举措。而高分子化学实验是材料化学类专业基础实验之一，通常与高分子化学理论课程一同开设，是学院中开设比较晚的实验课程，课程任务是通过实验使学生加深对高分子化学理论知识的理解、 熟悉实验仪器并掌握高分子化学实验技术。在各个化学化工类课程中，高分子化学实验是最贴近实际工厂生产岗位的实验课程，也是“致用”型人才培养过程中最能拉近“理实交融，产教融合”的必备课程。
三 虚拟仿真实验教学的重要性和应用
然而，在高分子化学实验开展中，存在实验课时少，实验室周转紧张，学生不能系统学习化学实验课程等问题。相信这些问题不只是三明学院遇到，所有的地方普通本科院校都存在这样的问题，毕竟资源比较紧缺，而部分场地、设施老化严重无法翻新。面对如此严峻的形式，如何不忘培养“致用”型人才的初衷，以培养学生理论实际操作的能力，真正做到走上社会“即插即用”，就是我们思考的问题。
目前各本科院校开设的实验中多以验证性实验为主，如物理化学实验、分析化学实验等滴定、理论验证等，而综合性实验项目开设较少，实验项目的设置与社会接轨所需人才培养目标即“致用”新人才有一定差距。 高分子化学实验教学通常也沿用“教师讲授-学生实验-撰写实验报告” 传统实验教学模式。这个模式下，学生在实验前的自主预习效果不佳，实验教学内容单一容易导致教学过程流程化，教师的引导性不足，整体教学效果有待提高。同时，由于场地、设备的限制，高分子化学实验开设的项目多为 3 至 4 人共用一套实验设备甚至更拥挤，导致部分同学在实验中袖手旁观或者只能负责其中一部分操作，实验体验非常差，难以达到巩固理论知识、增强动手能力的效果。实验结束后，学生对于实验原理的了解度不足，操作较少，无法反思。一下课，哪怕有的学生还未完成实验或者实验结果不理想需要重新实验，也只能草草收尾。因为实验室管理等要求，老师也无法一直陪着学生尝试，毕竟课外时间安全性也不好保证，导致很多学生的积极性都被无情打压且几乎没有收获，这与实验类课程设定的教学目标不符[10]。
图1 高分子化学虚拟仿真实验教学“三步走”教学模式
为了全方位解决上述的困难，三明学院材料化学专业设计了高分子化学虚拟仿真实验教学新模式。其中，基础知识通过教师演示和实验训练等手段“理论实践”加以巩固；实验模块采取“课堂教学+线上自学”的双线模式，先观看视频，之后通过“虚拟仿真”模拟操作，最后进行线下实操训练的三步走全新实验教学模式。综合实验不只是课本上的理论综合，还通过“校企合作”的途径，模拟企业中的生产流水过程，立足企业需要解决的基础或工艺难点，让学生分组“线上+线下”从书本、网络信息中自行思考解决方案。方案拟定后，通过虚拟仿真实验系统进行操作，并用操作结果进行检验，辨析方案的可行性，达到“理论实践”。学生通过线上自学后申请进入实验室操作，完成整个实验教学过程，实现“化虚为实”。而虚拟仿真系统的全程操作记录，又方便学生在方案效果不佳的情况下进行改进，再次引导学生进行贴近实用的创新，也有参考价值。该实验教学模式不仅解决了现存问题，而且使学生有充分的独立思考空间，强烈的参与实验意识和完整实验操作技巧的训练。同时，因为立足企业与实际，使得他们的实验不再是价值较低或者不接地气的实验室实验，而是切实解决实际问题。这种培养方式出来的学生，进入企业之后也不会无所适从，不再觉得学无可用。这种教学模式，也能真正实现“即插即用”的“致用”新人才培养。
四 讨论
高分子化学虚拟仿真实验教学的最大优点是充分调动了学生的积极性，学生在做的时候自主地获取知识和技能，体验和了解科学探究的过程与方法，培养了创新意识。这种教学模式提升了课前预习效果，优化生动授课内容，提高课堂效率。同时，可以针对企业实际苦难进行针对性训练，突出学生适应性。从中又省去了实验耗材问题，安全的问题，不怕药品危险和器材损坏等，节约时间又降低隐患。“线上线下”、“理论实践”、“化虚为实”三步走的高分子化学虚拟仿真实验教学模式，根据现代信息化教学理念，科学、合理、巧妙地安排高分子化学实验教学过程的各个环节和要素，提供了一个学生动手操作的平台，让学生不用危险的实验操作，获得理想的教学效果。同时可增强学生的注意力，训练其操作技能，迎合企业实际需求，应对真实问题难点。相比传统的实验教学，其安全性和便捷性更佳，是培养“致用”新人才不可或缺的手段。
参考文献
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本文引用格式： 林福星 等 .以“致用”新人才培养为主导的虚拟仿真化学实验教学探索——以三明学院高分子化学实验教学为例[J]. 教育现代化，2019，6（57）：4-6.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.57.002
基金项目： 福建省教育厅中青年教师教育科研项目，项目编号：JT180494；三明学院引进高层次人才科研启动项目，项目编号：18YG07；化学工程与工艺卓越工程师计划培养项目，A150013；化学工程与工艺福建省服务产业特色专业建设，B170035。
作者简介： 林福星，男，福建莆田人，化学工程系副主任，讲师，博士研究生。研究方向：氟新材料与防腐涂层材料；苏志忠，教授，研究方向：高分子材料改性与加工。
通讯作者： 林福星，苏志忠。
标签：致用论文; 虚拟仿真论文; 高分子化学论文; 新教学模式论文; 三明学院资源与化工学院三明市氟化工产业技术研究院论文;