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摘要：实践教学是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是理论联系实际、激发学生探索欲望、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的必要途径。材料科学与工程是实践性较强的工程应用型科学，由于学科本身的特点，在实践教学过程中存在着一些普遍性问题，特别针对材料与化工学院所涉及到兵工材料在高温、高压、高速、高辐射、高危险等极端条件下使用的特点，多数材料在制备或者成型过程中需要经历高温、高压环境处理，且在制备过程中经常使用到剧毒的高危实验材料，上述极端环境下的实验教学难以进行，因此采用虚拟实验教学，协助学生进行实验，提高了学习安全性，同时也保证的学习效果。
关键词：虚拟仿真实验；材料科学与工程；课程建设
引言
20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。材料作为人类生存发展的物质基础，与人民的日常生活、国民经济建设都密切相关。材料科学与工程是一门专业理论知识极其复杂、难懂的学科，不仅内容涉及面广，而且学科交叉性非常强。只有通过理论与实验密切结合，才能拓宽专业学习的广度和专业技能的理论深度，培养出适应社会发展的创新型和应用型人才。为加快我国建设创新型国家，培养一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和高水平创新团队，需要高校学生具有很高的创新实验能力，因此对高校创新型人才的培养模式提出了高标准和新要求。传统的材料科学与工程专业教学模式更重视理论教学，而忽略实验教学，在材料工艺及加工技术方面有很大不足。
1材料科学与工程仿真实验的开设要求
近年来，国内外许多高校结合自身科研与教学的需求，在材料科学与工程实验教学中引入虚拟仿真技术，开发了多项仿真实验项目。材料科学与工程仿真实验项目的设计要满足一定的条件：首先，仿真实验项目的选择要突出学院自身特色。结合学院自身科研优势，将学院科研前沿技术引入学生的实验教学中，对每一个实验项目的目的、内容、要求及操作过程中可能出现的问题进行归纳，实验项目要由浅入深，循序渐进，让学生了解科学技术发展前沿，培养学生自主学习能力和创新能力。其次，学院要有足够的配套资源，例如具有发布实验信息、收集数据分析、成绩评定、实验成果展示等功能。学院仿真实验室要能够面向学生开放，不局限于课堂学习，调动学生利用课余时间自主学习，充分发挥仿真实验教学模式的优势。此外，进行仿真实验教学的老师要有丰富的教学经验和先进的教育理念、科研能力强，能运用自身丰富的理论基础和综合实验科研能力，能够不断改进完善实验内容，使仿真实验教学始终能展示科学研究前沿；此外，学科专业教师与信息技术研发人员配置合理，有虚拟仿真实验教学中心建设、技术支持和运行维护的专职队伍。
2材料科学与工程虚拟仿真实验的建设及应用
2.1通过实践项目的改进，解决了人才培养“学业”和“就业”矛盾的问题
我校物理学（师范）专业的学生就业主要渠道是中学物理教师，但传统的“学科性”课程中没有打造与中学物理知识结构“对接”的端口，传统的“师范性”也只有“中学物理教材教法”一门课程体现了“物理”教学的特征，为此，我们在“学科性”课程的具体教学内容上要求教师做到“高校教学”与“中学教学”的衔接，在“师范性”课程里面开发了一系列带有鲜明“物理”特色的素质拓展项目，如2015年的人才培养方案中除了学校安排的“书写”“教师口语”“班级管理理论与实践”“教育科学研究方法”等基本“师范”课程外，我们设计了“中学物理教师专业技能训练”“新课程教学训练与研究”“模拟课堂”三门课程以及普通话训练、汉字规范书写技能训练、课件设计与制作训练、教学设计技能训练四个素质拓展活动。这些课程与活动的教学资源来源于我们多年参加全国教学技能大赛的集训资料和经验。2019年人才培养方案为了培养学生创新创业能力，我们把素质拓展整合到了发展能力模块的创新实践能力模块的学术科技实践活动、创业技能教育与实践活动、社会实践活动、学科与创新创业类竞赛活动中。这比较好的解决了人才培养的“学业”与“就业”脱节的矛盾。
2.2打造卓越的虚拟仿真实验师资力量
材料科学虚拟仿真实验室中心的建立从层次、结构、数量以及学科分布等环节把握，要求对有着高教学与管理能力的实验教师队伍进行建设，主要的师资应包括主讲教师、实验技术员以及助教等。主讲教师主要负责高校学生实验课程的教学，包括实验操作过程中的一些规范操作和安全注意事项。主讲教师主要是一些从事多年相关专业教学的教授、副教授和科研一线人员等，他们通过一些国家重大内容的训练，积累了丰富的基础知识与实践经验，能够清楚地把握材料科学的发展方向，并推动实验课程进行更新与改革，最终将教学工作真正融入科研环节。实验技术人员通常对实验的课前准备、过程指导、实验设备管理以及实验室建设等负责。材料科学与工程虚拟仿真实验室中心的建立以发展与提高为宗旨，在多种形式的开展中对技术人员的专业素质予以提升，如开办学术会议和课题组会，并做好学习报告与交流等。此外，对优秀实验技术人员颁发奖金，鼓励其对实验教学的创新与设计进行积极探索，这能够在一程度上推动研究能力强、教学方法好以及管理经验足的专业实验教师团队的建设。实验助教的组成人员通常为在读的硕士生或博士生。实验助教需要通过学校岗前的培训，主要要求对学科专业有很清楚的了解，对实验操作流程很明确，实验中要求注意的事项也了如指掌，平时要协助实验主讲教师的实验教学任务，以及做好学生的辅导和考核。实验助教在相关领域有较长时间的学习，可以开阔实验教学设计的思路，同时为师生的互动提供很好的纽带。
2.3拓展实验教学时间和空间，提高人才培养质量
材料科学与工程实验教学内容持续时间长，如材料的疲劳行为需要数天，材料的老化行为需要数月甚至于几年时间。这与有限的实验教学学时矛盾。不仅如此，综合型材料科学与工程实验教学内容往往在短时间内需要多台大型设备，并且需要调整影响因素反复实验。因而，受客观条件制约，在实体实验教学过程中，实验内容只能预先设定，学生被动按照实验程序完成任务。很难开设综合型、交叉型的创新性实验教学内容，严重影响了学生的积极性、主动性，制约了思维能力和解决实际问题能力的培养。虚拟实验室基于网络，具有良好的开放性，实现资源共享。师生不仅可随时随地介入，进行交流，还不受时间、空间和实验次数的限制，给学生提供一个全新的学习环境。在虚拟实验室中，学生可以自己独立设计和改变试验条件，综合探讨材料服役条件、制备、组织以及性能之间的内在关系，激发学生的求知欲，培养学生的创新能力。
结语
材料学专业虚拟仿真实验教学项目的构建，在解决当前实验教学中的问题和不足的同时，还可实现以学生为主体的启发性、直观性、可视化教学，以此充分调动学生参与实验的积极性，对于提高学生的自我探索能力、实践创新能力有着显著效果。不断完善虚拟仿真实验项目的建设体系，建立虚拟仿真实验资源开放共享平台，创造良好的实践、科研氛围，为培养高水平的创新型人才奠定基础，构建平台。
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