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摘要：本文主要探讨材料成型及控制工程专业实验教学中的共性问题，通过建立了轧钢虚拟仿真系统和轧钢实训仿真系统两个虚拟仿真实验教学系统设计的可行性以及设计思路。希望让学生有更多有效时间参与实验过程。激发学生自主学习的积极性，教学效果明显。
关键词：材料成型及控制工程;虚拟仿真;轧钢虚拟仿真系统;轧钢实训仿真系统
在材料成型及控制工程专业培养过程中部分实验项目具有高危、高成本、高消耗等特点，实际操作难度较大，严重制约了实验教学效果，导致学生能力和素质的培养不足，已经成为专业实验教学中的普遍共性问题，多媒体、计算机、网络和虚拟现实等技术的迅速发展和普及应用，促进了高等教育教学的深层次变革和多元化发展，也为实验教学的信息化带来了契机和挑战。
一、现阶段真实实验教学存在的问题
结合我校材料成型专业实验教学实践，发现真实实验教学存在一些共性问题，例如材料成型相关的实验仪器设备昂贵，占用空间大，数量和种类少，学生学习和使用设备时间少。以塑性成形与模具技术方向为例，目前学院实验室已经拥有了小型冷轧轧机、冲击试验机、万能拉伸实验机等教学仪器设备，但由于价格较高，普遍数量很少每名学生在开展实验时实际的上机操作时间很短，且在实验前需要花费大量时间用于仪器设备操作规程与安全注意事项的讲解，导致动手能力的训练不够。
材料成型类的实验材料种类和规格多、消耗大，实验过程中设备能耗高，实验总体成本很高。以轧机轧制铅块为例，每组学生均需要3个尺寸不等的铅质试件，而铅试件的加工制备工序多、难度，且有一定的污染性，外协加工时价格较高。在专业综合实验中，设有综合轧制试验教学环节，如果对每名学生设计的产品均采用实际加工制造方法开展教学，则加工周期长、原材料需求大，以现有的实验教学课时无法满足教学要求。
专业特点使实验带有高危险性，并导致一些实验项目暂时无法开设。如在部分高温实验中，为安全起见采取铅质试件代替钢试件的加热环节，但这样却使学生无法直观了解和准确掌握材料成型过程中的加热实践知识。此外，冷轧轧机、万能拉伸试验机等设备均具有一定的危险性，由于学生对设备不熟悉，缺乏敬畏心，即便在室温条件下开展实验，仍可能在一定程度上威胁到学生的人身安全。一旦因学生误操作导致设备出现故障，设备维修和调试的周期长、费用高，因此部分设备存在不让用、不敢用、用不起等现实问题，最终导致学生不会用。
二、虚拟仿真实验室建设的重要意义
近年来，以信息科学和网络技术为代表的现代科技渗透到社会经济生活的各个领域，虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库等信息化技术蓬勃发展和日趋成熟，为材料成型及控制工程专业实验教学的提质增效带来新的机遇。教育部也加强了对高校实验教学工作和实验教学信息化工作的宏观指导，制定并明确了发展规划及目标，即推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式。特别是在2013年，教育部《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》拉开了虚拟仿真实验教学中心建设的序幕，在高校掀起了虚拟仿真实验资源和教学中心建设的热潮。综上可见，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，发展和实现实验教学的信息化，既是国家对我国高等教育事业发展提出的新要求，也是专业实验教学模式深入改革的必然途径。通过开发高水平虚拟仿真实验教学平台，形成以真实实验和虚拟仿真实验有机结合为特征的完整的专业实验教学体系，有望提升本专业实验教学的深度和广度，拓展实验教学的空间和时间，增强学生的自主学习能力、工程实践能力和创新意识，从而适应国家、社会对本专业人才的高素质复合型要求。
三、虚拟仿真实验室的建设思路
结合材料成型及控制工程专业培养目标和学科发展方向，科学的进行规划，突出教学重点，坚持可持续发展，以实际操作和虚拟模拟相符相城的原则，以共享优质实验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，涵盖加热、热轧、冷轧、成品收集等专业知识面，建立材料成型及控制工程轧制虚拟仿真实验室，形成虚拟仿真实验与真实实验相结合的教学模式，从而满足本科教学大纲要求，实现专业培养目标。由于本专业培养方向多、信息量大、涉及面广，在虚拟仿真实验室建设过程中，确立了分专业方向、分期重点建设的思路。以学生培养需求为中心，选择真实实验问题突出、建设要求迫切、教学资源基础较好的实验项目予以优先建设。每建设一批项目，及时地将该部分内容应用于本科实验教学中。通过教学實践和学生反馈，总结教学过程中存在的问题及需进一步完善的功能，从而对已建设的虚拟仿真实验教学内容进行持续改进，最大程度提升实验教学效果。
四、虚拟仿真实验室的建设内容
材料成型及控制工程专业建立了轧钢虚拟仿真系统和轧钢实训仿真系统。教学系统由前台部分和后台部分组成。前台部分包括实验性质与目的、实验原理、实验仪器与设备、实验材料、实验场景分布、实验操作图片或视频、虚拟交互实验操作、实验考核、实验报告等内容;后台部分包括教学班级与学生管理、实验项目与内容管理、实验成绩管理、实验报告评阅与管理等内容。
五、虚拟仿真实验室的建设成效
轧钢虚拟仿真系统和轧钢实训仿真系统建立后，已连续在材料成型及控制工程专业班使用，从教学过程和课后学生反馈来看，取得了很好的教学效果。在之前的教学环节中，实验报告中要求学生单独列出一节，说明自己参与实验的体会及对于实验课程的建议。通过汇总能够得出学生对虚拟仿真实验室教学的认可度较高，对于这一种新的教学模式充满兴趣，主动参与积极性明显提升。学生普遍认为，虚拟仿真实验教学的开展提供了更多的实验时间和操作机会，对于实验项目内容的理解更加深入，对相关知识点的掌握更为牢固。另外，通过预先开展虚拟仿真实验，再到实验室以及之后的学生们的生产实习中进行实际操作和实际参观，学生能够更加清楚自己需要做什么、怎么做、为什么做，遇到问题时能够通过个人思考、小组讨论等方式尝试解决，锻炼了分析问题和解决问题的能力。显然，实行虚拟仿真实验与真实实验和生产实习相结合的实验教学模式，能够有效克服真实实验教学中的诸多局限，更能激发学生学习相关知识的兴趣，实验过程效率高，教学效果极为显著。本专业多年的教学实践表明，采用虚拟仿真实验教学能够很好地弥补现有真实实验的不足，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，使一些之前做不了、做不上、做不好的实验项目能够顺利开设，弥补并提升了真实实验的教学效果，且在一定程度上延伸了课堂理论教学的功能。通过虚拟仿真实验室的教学实践，进一步总结了在材料成型及控制工程专业实验教学中采用虚拟仿真实验教学的优势。
结束语
虚拟仿真实验教学的开展，充分发挥了信息技术在高等教育教学中的作用，为高校实验教学注入了生机和活力。然而，在教学实践过程中发现，作为一种新的教学模式，虚拟仿真实验教学仍存在一些问题，亟需在建设和发展过程中予以重视和解决。
参考文献：
[1]安国升，周兰，冯力， 等.材料成型及控制工程专业生产实习现状分析与改革探索[J].大学教育，2018，（10）：41-45，50.
[2]许建文，顾永华，朱来发.材料成型及控制工程专业生产实习的探索[J].科教文汇，2020，（25）：89-91，94.
[3]刘发，赵洪运，于静泊， 等.材料成型及控制工程专业实验课程改革研究[J].高教学刊，2019，（23）：136-138，142.
[4]陈泽中，李生娟.面向智能制造的材料成型及控制工程升级探索[J].教育教学论坛，2020，（27）：220-221.
关键词：材料成型及控制工程;虚拟仿真;轧钢虚拟仿真系统;轧钢实训仿真系统
在材料成型及控制工程专业培养过程中部分实验项目具有高危、高成本、高消耗等特点，实际操作难度较大，严重制约了实验教学效果，导致学生能力和素质的培养不足，已经成为专业实验教学中的普遍共性问题，多媒体、计算机、网络和虚拟现实等技术的迅速发展和普及应用，促进了高等教育教学的深层次变革和多元化发展，也为实验教学的信息化带来了契机和挑战。
一、现阶段真实实验教学存在的问题
结合我校材料成型专业实验教学实践，发现真实实验教学存在一些共性问题，例如材料成型相关的实验仪器设备昂贵，占用空间大，数量和种类少，学生学习和使用设备时间少。以塑性成形与模具技术方向为例，目前学院实验室已经拥有了小型冷轧轧机、冲击试验机、万能拉伸实验机等教学仪器设备，但由于价格较高，普遍数量很少每名学生在开展实验时实际的上机操作时间很短，且在实验前需要花费大量时间用于仪器设备操作规程与安全注意事项的讲解，导致动手能力的训练不够。
材料成型类的实验材料种类和规格多、消耗大，实验过程中设备能耗高，实验总体成本很高。以轧机轧制铅块为例，每组学生均需要3个尺寸不等的铅质试件，而铅试件的加工制备工序多、难度，且有一定的污染性，外协加工时价格较高。在专业综合实验中，设有综合轧制试验教学环节，如果对每名学生设计的产品均采用实际加工制造方法开展教学，则加工周期长、原材料需求大，以现有的实验教学课时无法满足教学要求。
专业特点使实验带有高危险性，并导致一些实验项目暂时无法开设。如在部分高温实验中，为安全起见采取铅质试件代替钢试件的加热环节，但这样却使学生无法直观了解和准确掌握材料成型过程中的加热实践知识。此外，冷轧轧机、万能拉伸试验机等设备均具有一定的危险性，由于学生对设备不熟悉，缺乏敬畏心，即便在室温条件下开展实验，仍可能在一定程度上威胁到学生的人身安全。一旦因学生误操作导致设备出现故障，设备维修和调试的周期长、费用高，因此部分设备存在不让用、不敢用、用不起等现实问题，最终导致学生不会用。
二、虚拟仿真实验室建设的重要意义
近年来，以信息科学和网络技术为代表的现代科技渗透到社会经济生活的各个领域，虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库等信息化技术蓬勃发展和日趋成熟，为材料成型及控制工程专业实验教学的提质增效带来新的机遇。教育部也加强了对高校实验教学工作和实验教学信息化工作的宏观指导，制定并明确了发展规划及目标，即推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式。特别是在2013年，教育部《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》拉开了虚拟仿真实验教学中心建设的序幕，在高校掀起了虚拟仿真实验资源和教学中心建设的热潮。综上可见，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，发展和实现实验教学的信息化，既是国家对我国高等教育事业发展提出的新要求，也是专业实验教学模式深入改革的必然途径。通过开发高水平虚拟仿真实验教学平台，形成以真实实验和虚拟仿真实验有机结合为特征的完整的专业实验教学体系，有望提升本专业实验教学的深度和广度，拓展实验教学的空间和时间，增强学生的自主学习能力、工程实践能力和创新意识，从而适应国家、社会对本专业人才的高素质复合型要求。
三、虚拟仿真实验室的建设思路
结合材料成型及控制工程专业培养目标和学科发展方向，科学的进行规划，突出教学重点，坚持可持续发展，以实际操作和虚拟模拟相符相城的原则，以共享优质实验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，涵盖加热、热轧、冷轧、成品收集等专业知识面，建立材料成型及控制工程轧制虚拟仿真实验室，形成虚拟仿真实验与真实实验相结合的教学模式，从而满足本科教学大纲要求，实现专业培养目标。由于本专业培养方向多、信息量大、涉及面广，在虚拟仿真实验室建设过程中，确立了分专业方向、分期重点建设的思路。以学生培养需求为中心，选择真实实验问题突出、建设要求迫切、教学资源基础较好的实验项目予以优先建设。每建设一批项目，及时地将该部分内容应用于本科实验教学中。通过教学實践和学生反馈，总结教学过程中存在的问题及需进一步完善的功能，从而对已建设的虚拟仿真实验教学内容进行持续改进，最大程度提升实验教学效果。
四、虚拟仿真实验室的建设内容
材料成型及控制工程专业建立了轧钢虚拟仿真系统和轧钢实训仿真系统。教学系统由前台部分和后台部分组成。前台部分包括实验性质与目的、实验原理、实验仪器与设备、实验材料、实验场景分布、实验操作图片或视频、虚拟交互实验操作、实验考核、实验报告等内容;后台部分包括教学班级与学生管理、实验项目与内容管理、实验成绩管理、实验报告评阅与管理等内容。
五、虚拟仿真实验室的建设成效
轧钢虚拟仿真系统和轧钢实训仿真系统建立后，已连续在材料成型及控制工程专业班使用，从教学过程和课后学生反馈来看，取得了很好的教学效果。在之前的教学环节中，实验报告中要求学生单独列出一节，说明自己参与实验的体会及对于实验课程的建议。通过汇总能够得出学生对虚拟仿真实验室教学的认可度较高，对于这一种新的教学模式充满兴趣，主动参与积极性明显提升。学生普遍认为，虚拟仿真实验教学的开展提供了更多的实验时间和操作机会，对于实验项目内容的理解更加深入，对相关知识点的掌握更为牢固。另外，通过预先开展虚拟仿真实验，再到实验室以及之后的学生们的生产实习中进行实际操作和实际参观，学生能够更加清楚自己需要做什么、怎么做、为什么做，遇到问题时能够通过个人思考、小组讨论等方式尝试解决，锻炼了分析问题和解决问题的能力。显然，实行虚拟仿真实验与真实实验和生产实习相结合的实验教学模式，能够有效克服真实实验教学中的诸多局限，更能激发学生学习相关知识的兴趣，实验过程效率高，教学效果极为显著。本专业多年的教学实践表明，采用虚拟仿真实验教学能够很好地弥补现有真实实验的不足，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，使一些之前做不了、做不上、做不好的实验项目能够顺利开设，弥补并提升了真实实验的教学效果，且在一定程度上延伸了课堂理论教学的功能。通过虚拟仿真实验室的教学实践，进一步总结了在材料成型及控制工程专业实验教学中采用虚拟仿真实验教学的优势。
结束语
虚拟仿真实验教学的开展，充分发挥了信息技术在高等教育教学中的作用，为高校实验教学注入了生机和活力。然而，在教学实践过程中发现，作为一种新的教学模式，虚拟仿真实验教学仍存在一些问题，亟需在建设和发展过程中予以重视和解决。
参考文献：
[1]安国升，周兰，冯力， 等.材料成型及控制工程专业生产实习现状分析与改革探索[J].大学教育，2018，（10）：41-45，50.
[2]许建文，顾永华，朱来发.材料成型及控制工程专业生产实习的探索[J].科教文汇，2020，（25）：89-91，94.
[3]刘发，赵洪运，于静泊， 等.材料成型及控制工程专业实验课程改革研究[J].高教学刊，2019，（23）：136-138，142.
[4]陈泽中，李生娟.面向智能制造的材料成型及控制工程升级探索[J].教育教学论坛，2020，（27）：220-221.