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摘 要：本文针对目前高校的实验教学现状，以提升应用型人才培养质量为目标，依托产学研合作协同育人，利用虚拟现实技术完善“虚实结合，以虚辅实”的教学体系，从教学模式、教学水平和教学体系等方面对化工安全方向的实验教学进行改革探索。结果表明，产学研一体化的合作模式提高了实验教学质量，使实验教学与行业需求接轨，对学生工程实践能力的培养具有重要意义。
关键词：实验教学;产学研;化工安全;虚拟现实技术
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1673-7164（2021）11-0145-02
实验教学作为高等院校工科教學中的重要组成部分，是培养学生动手操作能力、解决问题能力和创新能力的重要环节 [1]。传统的实验教学内容不能满足企业的用人需求，探索现代化的实验教学模式对于培养应用型人才至关重要。近年来，虚拟现实技术被引入工科实验室中，促进了实验教学模式和体系的改革 [2]。本文以安全工程这一综合型工程专业为基础，通过分析在化工安全实验教学中存在的问题，进行产学研一体化背景下的实验教学改革探索，研究如何利用产学研合作中的资源改进实验教学模式，提升实验教学质量。结合产学研的成果和经验，提高工科学生的工程素养和实践能力 [3]。
一、高校实验教学现状分析
（一）实验教学模式陈旧、资源匮乏
目前大多数实验教学模式以单一的演示性教学为主，教师根据理论课程需要编写实验教材，学生根据已知的实验步骤按部就班地开展实验，为验证固定的实验结果而进行一系列操作过程，实验内容枯燥乏味，实验教学效果事倍功半。这种传统的教学模式注重于验证式实验，不利于培养学生独立解决问题的能力和创新意识的增强 [4]。此外，随着近年来高校不断扩招学生，实验设备经费投入不足导致实验教学设备更新缓慢，实验场所和实验设备等资源的生均利用率有所下降，削弱了学生投入实验环境的积极性，严重影响实验教学质量和应用型人才的培养。
（二）实验教学专业水平不高，课程考核方式不合理
长期以来，受传统“重理论、轻实践”观念影响，实验教师将实验教学阶段作为理论教学的辅助手段 [5]。在实验教学中多以传授基础知识为主，讲解实验内容和注意事项面面俱到，教学方法程序化。许多实验教师学历相对偏低、教学方法难以转变、教学水平不高，进修和提升的愿望不强烈，影响了实验教学效果 [6-7]。由于专业水平、师资力量普遍偏低，使得实验教学质量提升和实验教学改革进程缓慢。
成绩考核是检验教学质量的关键，直接影响着学生的学习态度和学习效果 [8]。目前，实验课程多以实验报告和出勤率为考核依据，缺少对实验过程的重视和考核。不仅阻碍了教师对学生成绩的有效评定和效果反馈的有效获取，严重影响了学生学习的主动性。
（三）实践能力薄弱，与行业需求脱节
在实验课程中，由于实验模式陈旧、实验过程老套，学生一直处于从属地位，并未有效参与，因此学生实践能力下降，逐渐缺乏学习兴趣。教学内容偏理论，不能与实践有机结合，缺少真实现场的体验，学生不知如何联系实际，没有达到学以致用的效果，从而与行业需求脱节 [9]。因此，如何搭建好实验教学与行业需求之间的“桥梁”，成为产学研人才培养模式下的主要问题。
二、产学研结合模式下的实验教学改革
产学研的教学模式是指将企业、高校、科研三者有效转化，在科研教学与实际生产经验共同协作下的应用型人才培养模式 [10]。工科专业的人才不仅应具备扎实的专业理论知识，更重要的是有较强的工程实践能力。通过产学研协同育人，高校能更真实地了解行业发展需求，使培养计划更贴近社会的需要。能够改进教学模式，提升教学水平，改善教学环境，促进高校的实验教学改革。
（一）依托产学研合作改进教学模式，丰富实验教学资源
应在实验教学中利用产学研合作解决实验资源陈旧的问题，比如较先进、高端的设备能够使高校实验室更接近企业的真实环境，提升科研成果的精准度。依托产学研合作，改进实验设备的生均利用率不足问题，使学生都有机会接触到先进的实验设备。贯彻“以人为本”的教育理念，摒弃传统的验证式实验教学模式，采取项目形式小组（三至五人一组）分工协作的启发式教学，自主设计实验 [11]。加强校内与校外实习基地的建设，带领学生深入科研或企业的实践中，不断改善实验教学环境。在多个实习基地设置实习管理制度、实习规范，为课程设计和生产实习奠定基础，完善和发展安全工程学科课外实践教学模式，促进安全工程专业化工安全方向的学生提高工程创新能力。
（二）校企协同提升教学水平，优化考核制度
实验教师队伍是实验室建设、实验教学管理的主要力量，也是保证人才培养质量的关键。产学研校企协同合作是以高校为校内主体，企业为校外主体。首先，高校要重视师资力量的建设，完善实验教学队伍管理制度，改善团队的职称和学历结构，结合教师自身发展需求，激励教学能力强、学术水平高的教师从事安全工程实验教学工作。其次，提高教师的实践能力和教学专业水平，定期派学校专业教师到企业锻炼，把企业高水平技术人员引入学校担任兼职教师，充分利用企业资源进行校企协同，提升师资队伍的工程实践能力 [12]。第三，鼓励教师发展横向课题，将科研教学与产业对应，教师在与企业的合作中能够发现实践生产中的难点，将实际生产中企业关注的问题与实验课程相结合，使学生融会贯通 [13]。因此，在实验教学中设计一些与实际生产相关的应用型实验有助于考查学生自主解决问题的能力。
实验教学考核标准若仅凭借出勤及实验报告这两项指标过于单一，很难做出精准评价，也不易激发学生的实验兴趣。为此，高校应改进评价标准，针对学生在小组中的表现以及实验项目设计情况，以PPT形式进行实验汇报，避免抄袭现象。最终实验成绩=实验出勤10%+实验设计30%+实验结果40%+汇报答辩20%，这种考核制度能够切实锻炼学生动手操作能力和独立思考能力。 （三）建立“虚实结合”的教学体系，实现学产融合
针对高校实验教学与企业需求脱节问题，许多高校已经筹建虚拟实验室或校内实训中心 [14]。目前山东科技大学安全与环境工程学院已建成煤矿安全开采国家级虚拟仿真实验教学中心，基于此成果的建设思路，构建化工安全的虚拟实验平台，设置环氧乙烷泄漏动态演化和硫化氢灌装过程等场景，使学生在三维模型中获得现实体验。相比于被动灌输，真实感受更容易使学生增强记忆。教师采用小组协作式教学法引导学生感受虚拟仿真现场，将该项体验与山东科技大学安全工程专业化工安全方向的大学生实习相结合，做到以虚辅实。
通过引入“3D+VR”技术的虚拟仿真系统，在实验教学与企业需求之间搭建过渡“桥梁”，实现学产融合，为学生实践能力的培养提供多层次的实验环境，对于提高人才质量和学科综合实力具有重要意义 [15]。
三、结语
产学研协同育人是高等学校培养创新型人才的有效途径，它的发展离不开高校和企业的密切合作。依托产学研合作，高校将实验教学和科研成果与产业化研究融合，获得了丰富的资源。本文从改进教学模式、提升师资力量和建设“虚实结合”教学体系等方面進行了探索和实践。实践证明，产学研一体化的实验教学改革，提高了实验教学的质量，减小了学校教育和社会需求的差距，为高校进一步培养安全工程应用型人才提供了更好的机会。
参考文献：
[1] 曹江中，戴青云，何家峰. 产学研背景下工科院校实验教学的改革探索[J]. 实验室研究与探索，2011，30（06）：287-290.
[2] 刘亚丰，余龙江. 虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索[J]. 实验技术与管理，2016，33（04）：108-110+114.
[3] 欧阳解秀，胡蓓娟，万益琴，等. 基于产学研合作的生物实验教学示范中心建设[J]. 实验技术与管理，2020，37（02）：190-192+216.
[4] 于化东. 加强实践教学环节 提高大学生创新实践能力[J]. 中国高等教育，2010（21）：23-25.
[5] 屠美玲，李琰君，许轶，等. “开环大学”背景下化工实验教学探析[J]. 实验技术与管理，2020，37（02）：193-195+222.
[6] 陈爽. 应用型人才培养模式的实验教学改革[J]. 实验室研究与探索，2012，31（08）：1-3+38.
[7] 杨科，华心祝，孟祥瑞，等. 产学研结合 建设创新型综合实验室[J]. 实验室研究与探索，2010，29（10）：114-117.
[8] 欧阳玉祝，欧阳卉，肖竹平，等. 基于产学研一体化的综合化学实验教学研究与实践[J]. 实验技术与管理，2011，28（12）：15-17.
[9] 马志国，钟玲，周光雄，等. 药学实验教学示范中心建设与实践[J]. 实验室研究与探索，2018，37（10）：168-170+175.
[10] 成思源，杨雪荣，沈彬，等. 面向工程专业人才培养的协同育人模式探索[J]. 实验技术与管理，2020，37（01）：225-229.
[11] 高东锋. 信息化时代高校实验教学改革的要求、思路与路径[J]. 中国高教研究，2018（04）：93-96.
[12] 贾承政，杨艺伟. 产学研结合模式下物理化学实验教学改革的探索[J]. 改革与开放，2017（23）：39-40.
[13] 魏迎春，曹代勇. 面向工程教育专业认证的本科人才培养支撑体系建设[J]. 教育理论与实践，2020，40（03）：10-12.
[14] 代方方，费贵强，李磊，等. 化工类虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J]. 实验技术与管理，2019，36（10）：279- 281+296.
[15] 王志勇，刘畅荣，王汉青，等. 试论科学发展观指引下的高校实验教学改革[J]. 实验技术与管理，2010，27（06）：7-9.
（责任编辑：淳洁）
关键词：实验教学;产学研;化工安全;虚拟现实技术
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1673-7164（2021）11-0145-02
实验教学作为高等院校工科教學中的重要组成部分，是培养学生动手操作能力、解决问题能力和创新能力的重要环节 [1]。传统的实验教学内容不能满足企业的用人需求，探索现代化的实验教学模式对于培养应用型人才至关重要。近年来，虚拟现实技术被引入工科实验室中，促进了实验教学模式和体系的改革 [2]。本文以安全工程这一综合型工程专业为基础，通过分析在化工安全实验教学中存在的问题，进行产学研一体化背景下的实验教学改革探索，研究如何利用产学研合作中的资源改进实验教学模式，提升实验教学质量。结合产学研的成果和经验，提高工科学生的工程素养和实践能力 [3]。
一、高校实验教学现状分析
（一）实验教学模式陈旧、资源匮乏
目前大多数实验教学模式以单一的演示性教学为主，教师根据理论课程需要编写实验教材，学生根据已知的实验步骤按部就班地开展实验，为验证固定的实验结果而进行一系列操作过程，实验内容枯燥乏味，实验教学效果事倍功半。这种传统的教学模式注重于验证式实验，不利于培养学生独立解决问题的能力和创新意识的增强 [4]。此外，随着近年来高校不断扩招学生，实验设备经费投入不足导致实验教学设备更新缓慢，实验场所和实验设备等资源的生均利用率有所下降，削弱了学生投入实验环境的积极性，严重影响实验教学质量和应用型人才的培养。
（二）实验教学专业水平不高，课程考核方式不合理
长期以来，受传统“重理论、轻实践”观念影响，实验教师将实验教学阶段作为理论教学的辅助手段 [5]。在实验教学中多以传授基础知识为主，讲解实验内容和注意事项面面俱到，教学方法程序化。许多实验教师学历相对偏低、教学方法难以转变、教学水平不高，进修和提升的愿望不强烈，影响了实验教学效果 [6-7]。由于专业水平、师资力量普遍偏低，使得实验教学质量提升和实验教学改革进程缓慢。
成绩考核是检验教学质量的关键，直接影响着学生的学习态度和学习效果 [8]。目前，实验课程多以实验报告和出勤率为考核依据，缺少对实验过程的重视和考核。不仅阻碍了教师对学生成绩的有效评定和效果反馈的有效获取，严重影响了学生学习的主动性。
（三）实践能力薄弱，与行业需求脱节
在实验课程中，由于实验模式陈旧、实验过程老套，学生一直处于从属地位，并未有效参与，因此学生实践能力下降，逐渐缺乏学习兴趣。教学内容偏理论，不能与实践有机结合，缺少真实现场的体验，学生不知如何联系实际，没有达到学以致用的效果，从而与行业需求脱节 [9]。因此，如何搭建好实验教学与行业需求之间的“桥梁”，成为产学研人才培养模式下的主要问题。
二、产学研结合模式下的实验教学改革
产学研的教学模式是指将企业、高校、科研三者有效转化，在科研教学与实际生产经验共同协作下的应用型人才培养模式 [10]。工科专业的人才不仅应具备扎实的专业理论知识，更重要的是有较强的工程实践能力。通过产学研协同育人，高校能更真实地了解行业发展需求，使培养计划更贴近社会的需要。能够改进教学模式，提升教学水平，改善教学环境，促进高校的实验教学改革。
（一）依托产学研合作改进教学模式，丰富实验教学资源
应在实验教学中利用产学研合作解决实验资源陈旧的问题，比如较先进、高端的设备能够使高校实验室更接近企业的真实环境，提升科研成果的精准度。依托产学研合作，改进实验设备的生均利用率不足问题，使学生都有机会接触到先进的实验设备。贯彻“以人为本”的教育理念，摒弃传统的验证式实验教学模式，采取项目形式小组（三至五人一组）分工协作的启发式教学，自主设计实验 [11]。加强校内与校外实习基地的建设，带领学生深入科研或企业的实践中，不断改善实验教学环境。在多个实习基地设置实习管理制度、实习规范，为课程设计和生产实习奠定基础，完善和发展安全工程学科课外实践教学模式，促进安全工程专业化工安全方向的学生提高工程创新能力。
（二）校企协同提升教学水平，优化考核制度
实验教师队伍是实验室建设、实验教学管理的主要力量，也是保证人才培养质量的关键。产学研校企协同合作是以高校为校内主体，企业为校外主体。首先，高校要重视师资力量的建设，完善实验教学队伍管理制度，改善团队的职称和学历结构，结合教师自身发展需求，激励教学能力强、学术水平高的教师从事安全工程实验教学工作。其次，提高教师的实践能力和教学专业水平，定期派学校专业教师到企业锻炼，把企业高水平技术人员引入学校担任兼职教师，充分利用企业资源进行校企协同，提升师资队伍的工程实践能力 [12]。第三，鼓励教师发展横向课题，将科研教学与产业对应，教师在与企业的合作中能够发现实践生产中的难点，将实际生产中企业关注的问题与实验课程相结合，使学生融会贯通 [13]。因此，在实验教学中设计一些与实际生产相关的应用型实验有助于考查学生自主解决问题的能力。
实验教学考核标准若仅凭借出勤及实验报告这两项指标过于单一，很难做出精准评价，也不易激发学生的实验兴趣。为此，高校应改进评价标准，针对学生在小组中的表现以及实验项目设计情况，以PPT形式进行实验汇报，避免抄袭现象。最终实验成绩=实验出勤10%+实验设计30%+实验结果40%+汇报答辩20%，这种考核制度能够切实锻炼学生动手操作能力和独立思考能力。 （三）建立“虚实结合”的教学体系，实现学产融合
针对高校实验教学与企业需求脱节问题，许多高校已经筹建虚拟实验室或校内实训中心 [14]。目前山东科技大学安全与环境工程学院已建成煤矿安全开采国家级虚拟仿真实验教学中心，基于此成果的建设思路，构建化工安全的虚拟实验平台，设置环氧乙烷泄漏动态演化和硫化氢灌装过程等场景，使学生在三维模型中获得现实体验。相比于被动灌输，真实感受更容易使学生增强记忆。教师采用小组协作式教学法引导学生感受虚拟仿真现场，将该项体验与山东科技大学安全工程专业化工安全方向的大学生实习相结合，做到以虚辅实。
通过引入“3D+VR”技术的虚拟仿真系统，在实验教学与企业需求之间搭建过渡“桥梁”，实现学产融合，为学生实践能力的培养提供多层次的实验环境，对于提高人才质量和学科综合实力具有重要意义 [15]。
三、结语
产学研协同育人是高等学校培养创新型人才的有效途径，它的发展离不开高校和企业的密切合作。依托产学研合作，高校将实验教学和科研成果与产业化研究融合，获得了丰富的资源。本文从改进教学模式、提升师资力量和建设“虚实结合”教学体系等方面進行了探索和实践。实践证明，产学研一体化的实验教学改革，提高了实验教学的质量，减小了学校教育和社会需求的差距，为高校进一步培养安全工程应用型人才提供了更好的机会。
参考文献：
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[14] 代方方，费贵强，李磊，等. 化工类虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J]. 实验技术与管理，2019，36（10）：279- 281+296.
[15] 王志勇，刘畅荣，王汉青，等. 试论科学发展观指引下的高校实验教学改革[J]. 实验技术与管理，2010，27（06）：7-9.
（责任编辑：淳洁）