（体现虚拟仿真实验教学课程建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。）

随着国家建设需要和教育教学规划纲要的公布实施，各高校的学科教育、科研建设进入快速发展阶段。高校实验室作为培养大学生动手实践能力、创新科研能力的重要载体和“双一流”建设的重要基地，越来越多地向广大学生开放，甚至由学生自行管理，自主开展科研创新活动。然而，由于国内各高校的实验室安全教育水平参差不齐、学生作为高校实验人员主体的高度流动性、科研工作本身固有的未知不确定性等原因，实验室安全事故频发，对国家财产安全和高校师生的身心健康及生命安全造成了不可估量的损失和严重危害。

近年来各高校逐渐重视实验室安全管理和教育，目前在ilab-X（国家虚拟仿真实验教学项目共享平台）上以“实验室安全”为关键词搜索实验项目，有10个相关项目，其中国家级项目4个。但是以上项目都与生物、医疗、化学相关，针对能源动力类实验室，或者通用实验室安全的虚仿实验教学项目尚未见到。

（1）实验方案设计思路：

以大学生为主体的实验室安全教育是有效开展高校实验室安全管理工作的基本保障和重要支撑。然而传统实验教学过程中，实验室安全教育基本以理论教学、安全讲座、准入考试、知识竞赛为主，实地实景训练不可行或者人力

图14  实验室安全管理和教育的百度指数逐年上升

物力成本巨大。但是纯理论说教对学生个人针对性不强，学生没有参与积极性。实验室安全教育不应当仅仅限于意识层面和知识层面的提升，对实验室突发安全事故的应急处理能力和现场应变能力是实验室安全培训的重点，只有一次次在沉浸式场景反复操作中演练，从思维模式、行为习惯、应激反应上形成规范，才能在事故现场处变不惊，冷静应对。

真实的实验室由于教学、科研的需要，不能安排大量的学生进行实地训练和反复操作，实验室教师在反复讲解过程中也会产生重复性工作疲劳，学生往往进入实验室时全凭经验和师生口口相传，片面了解一些实验室安全知识。在虚拟仿真环境下，各种教学案例和内容都可以保存、通过虚拟仿真软件的后台上传、管理、更新，可以让学生实时在网页端浏览、操作。在虚拟仿真软件中，3D模型代替传统模型，“以虚补实”，节约成本，方便教学。虚拟仿真系统配有独特的自主学习模块，能显著提高学生的自主学习能力，更好地提升学生的创新能力和学习主观能动性。

（2）教学方法创新：

将虚拟实习课程与传统课程相结合，做到“虚实结合”，通过案例教学法、三维虚拟仿真沉浸式教学法、翻转课堂教学法、线上线下混合式教学法等多种教学模式优势互补的教学方法，发挥实验教学实践性、操作性和互动性强等课程优势，以学生为主体，教师在整个教学过程中答疑解惑为辅，学生可以在课堂内外自主、反复练习，从传统的以教为主，转变为以学为主，学教互动融合，教学相长。

图15  能源动力实验室安全虚拟仿真综合实验教学方法

（3）评价体系创新：

项目本身拥有不断更新的评价体系，学生提交的报告可以保存与共享，项目既包含客观题目的自动纠错功能，也包含老师对主观题目的批改功能。项目除了《实验室操作与安全培训》或《化学实验室安全技术》等课程外，还可以纳入《工程热力学》《工程流体力学》《传热学》《燃烧学》《动力工程测控技术》等课程的实验教学中，作为实验室安全教育内容放入课程教学体系。

根据学生和老师反馈，从实验操作易用程度、理论与实际结合密切度、学生课后满意度等作为评价指标，制定相关教学效果评价办法，提高虚拟实验的教学质量。

（4）对传统教学的延伸与拓展:

将虚拟现实和增强现实技术应用在实验室安全教育中，具有以下显著优势：基于VR/AR的实验室安全教育没有时间和地点的限制，只要具有相应的软硬件条件即可实施；基于VR/AR的实验室安全教育过程互动性好，学生的接受程度高，教育效果相比传统方法具有一定优势；显著降低了实验室工作人员的劳动强度和实验耗材的使用成本，且被培训者可根据需要进行定期巩固培训效果；火灾逃生、化学撒漏等不便进行实践训练的项目可以通过虚拟现实的方法进行培训；实验室安全教育效果的实时反馈：通过虚拟现实中被培训者的表现，可以及时对安全教育效果进行评价，并对教育方法进行改进；便于实现实验室安全教育的标准化。

除了让知识点更形象，让实验室各场景的获取更方便，学生还可以在虚拟实习系统中观察操作实验室各种设备，初步培养学生的科研观念及兴趣。项目内容可以根据传统课程内容的变动、社会实验室安全热点不断扩展，管理员端可以随时上传最新教学资料。项目建设过程中各课程主讲老师深度参与，可以提供丰富的课程资料及专业的修改意见，企业工程师与老师、学生随时沟通，确保建设内容的准确性，并能满足老师的教学需求和学生的学习需求。项目配合功能强大且开放性的支撑平台，线上线下多项软硬件内容联合使用，作为该项目的内容支撑，可以让学生通过多种交互方式反复巩固知识点。