2018年度国家虚拟仿真实验教学项目申报表

学 校 名 称 西北师范大学

实 验 教 学 项 目 名 称 反应精馏3D虚拟仿真系统

所 属 课 程 名 称 化学反应工程与工艺实验

所 属 专 业 代 码 081301

实验教学项目负责人姓名 查飞

实验教学项目负责人电话 13088791699

有 效 链 接 网 址 http://www.obrsim.com:88/?id=xbsfdxhxhg

教育部高等教育司 制

二〇一八年六月

填写说明与要求

1.以Word文档格式，如实填写各项。

2.表格文本中的中外文名词第一次出现时，要写清全

称和缩写，再次出现时可以使用缩写。

3.所属专业代码，依据《普通高等学校本科专业目录

（2012年）》填写6位代码。

4.涉密内容不填写，有可能涉密和不宜大范围公开的

内容，请特别说明。

5.表格各栏目可根据内容进行调整。

1.实验教学项目教学服务团队情况

1-1实验教学项目负责人情况

姓名 查飞 性别 男 出生年月 1970-03-29

学历 博士研究生 学位 博士 电话 13088791699

专业技术职务

教授 行政职务 副院长 手机 13088791699

院系 化学化工学院 电子邮箱 2218528221@qq.com

地址 西北师范大学化学化工学院 邮编 730070

教学研究情况：主持的教学研究课题（含课题名称、来源、年限，不超过5项）；作

为第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文（含题目、刊物名称、时

间，不超过10项）；获得的教学表彰/奖励（不超过5项）。

查飞，西北师范大学教授，1992年西北师范大学化学系本科毕业， 1995年于

西北师范大学获硕士学位， 1996-1997在华东理工大学化学工程系进修，

2006年于中国科学院兰州化学物理研究所获博士学位。教学主讲 “化工原

理”和“化工基础”（均为省级精品课程）。科研主要从事环境与能源化

工、现代分离分析技术方面的研究工作。曾获“甘肃省高校青年教师成才

奖”、“甘肃省高校实验室管理先进工作者”、“西北师范大学教学质量优

秀奖”等。已在Green Chemistry，Journal of Membrane Science，Journal

of Hazardous Materials，Industrial & Engineering Chemistry

Research，Journal of Chemical Engineering，Materials Letters，化工

学报等杂志发表研究论文近百篇，授权发明专利5项，完成企业研发项目十余

项。

主持的教学研究项目

1．化学工程专业硕士实验实训平台建设，2013，甘肃省教育厅、财政厅

2.《化工原理》精品课程建设，甘肃省教育厅，2010年

3.《化工基础》精品课程建设，甘肃省教育厅，2009

4.“化学工程”教学团队建设，西北师范大学，2011年

5.“一级学科平台上的以“方法”为中心的化学实验课程改革，西北师范大

学，2009

教学获奖

1．《化工原理》，甘肃省省级精品课程，甘肃省教育厅，2012年，主持

2．《化工基础》甘肃省省级精品课程，甘肃省教育厅，2010年，主持

3．一级学科平台上的以“方法”为中心的化学实验课程体系的建立与实践，

教育厅级，2012年，排名第一

4．西北师范大学教学质量优秀奖(2012、2010、2008)

5．2017化工实验大赛全国总决赛一等奖，指导教师，2017年，化工教指委

主要教学论著

1．参编《化学工程基础》，北京师范大学出版社，2010年

2. 参编《理化测试II》，西南师范大学出版社，2006年

3. 专业实验（实践）与仿真有机结合，培养创新性化工人才，第三届化学工

程与工艺专业实验教学研讨会，2017，大连

学术研究情况：近五年来承担的学术研究课题（含课题名称、来源、年限、本人所起

作用，不超过5项）；在国内外公开发行刊物上发表的学术论文（含题目、刊物名称、

署名次序与时间，不超不超过5项）；获得的学术研究表彰/奖励（含奖项名称、授予单

位、署名次序、时间，不超过5项）

近年主持研究课题

1. 凹凸棒石-石膏伴生矿的综合开发利用，甘肃省临泽县凹凸棒石产业发展

开放课题，经费30万元，2018-2020年

2. 功能化复合营养舔砖的开发，临泽县奋君矿业有限公司，经费18万元，

2017-2019

3. 复合缓释剂的研制及其对修饰克罗苷元的体外缓释行为研究，中国热带农

业科学院热带作物品种资源研究所，经费5万元，2016-2017

4．多功能基修饰吸附剂的制备及环境修复研究，甘肃省基本科研业务费，经

费25万元，2012-2013

近年来代表性论著

1. 刘蓉, 査飞*, 杨爱梅, 常玥, 稀土改性 CuO-ZnO-ZrO2/SAPO-34 分子筛

催化 CO2 加氢合成低碳烯烃, 高等学校化学学报, 2016, 37(5): 964~971

2. Rong Liu, Haifeng Tian, Aimei Yang, Fei Zha*, Preparation of

HZSM-5 membrane packed CuO–ZnO–Al2O3 nanoparticles for catalysing

carbon dioxide hydrogenation to dimethyl ether, Applied Surface

Science, 2015, 345: 1~9

3. Fei Zha*, Haifeng Tian, Jun Yan, Yue Chang, Multi-walled carbon

nanotubes as catalyst promoter fordimethyl ether synthesis from CO2

hydrogenation, Applied Surface Science, 2013, 285: 945~951

4. Fei Zha*, Wenyin Huang, Jingyuan Wang, Yue Chang, Jian Ding,

Jian Ma, Kinetic and thermodynamic aspects of arsenate adsorption

on aluminumoxide modified palygorskite nanocomposites, Chemical

Engineering Journal, 2013, 215~216: 579-585

5. Fei Zha*, Jian Ding, Yue Chang, Jianfeng Ding, Jingyuan Wang,

Jian Ma, Cu–Zn–Al oxide cores packed by metal-doped amorphous

silica–alumina membrane for catalyzing the hydrogenation of carbon

dioxide to dimethyl ether, Industrial & Engineering Chemistry

Research，2012, 51(1): 345~352

1-2实验教学项目教学服务团队情况

1-2-1团队主要成员（5人以内）

序号 姓名 所在单位 专业技术职务 行政职务 承担任务 备注

1 查飞 西北师范 教授 副院长 项目负责

大学

2 唐小华西北师范

大学副教授 无

实验内容

设计

在线教学

服务

3 王庆涛西北师范

大学副教授

化工实验

中心主任

实验方案

设计

在线教学

服务

4 冯华西北师范

大学副教授

科研合作

服务中心

副主任

异常情况

及事故的

紧急处理

在线技术

支持

5 郭惠霞西北师范

大学副教授

化工系主

任

化工设备

内容设计

在线教学

服务

6 李健西北师范

大学副教授

化工系副

主任

反应单元

过程内容

设计

在线教学

服务

1-2-2团队其他成员

序号 姓名 所在单位 专业技术职务 行政职务 承担任务 备注

1 郭效军西北师范

大学

分析单元

过程内容

设计

在线教学

服务

2 田海锋西北师范

大学

精馏单元

操作教学

内容设计

在线教学

服务

3 周兰

北京欧倍

尔软件技

术开发有

限公司

软件开发在线技术

支持

4 罗浩浩

甘肃省浩

然传媒有

限公司

视频开发在线技术

支持

5 杨蒙

北京欧倍

尔软件技

术开发有

限公司

资源定制在线技术

支持

项目团队总人数：11 (人) 高校人员数量：6 (人) 企业人员数量：5 (人)

注:1.教学服务团队成员所在单位需如实填写，可与负责人不在同一单位。

2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员，请在备注中说明。

2.实验教学项目描述

2-1名称：反应精馏3D虚拟仿真系统

2-2实验目的：

实践教学环节对于培养和提高化工类专业学生的工程实践能力、创新精神、

创新能力具有不可替代的作用。然而，很多化工过程需在高温、高压的环境

下操作，使得化工生产过程具有高危、高毒、高风险的特点，使得化工类专

业学生的实践环节受到了很大局限，在实际操作中难以实现。为解决这一问

题，本项目采用虚拟仿真的教学手段，拓展实践教学的广度和深度，以达到

巩固学生基础理论知识，培养学生实际操作能力，分析解决问题能力，研究

设计能力和创新能力的目的。

结合社会经济发展和“新工科”对人才培养的需求，以化工过程中基础性和

综合型强的精馏单元操作和化学反应工程中的连续反应为主线，构建开发

“反应精馏3D虚拟仿真系统”。一方面因为精馏是工业上应用最广泛的分离

操作，也是化工原理理论和实践教学中的一项重要内容；另一方面连续反应

是一项综合型很强的单元过程，可实现提高反应速度，具有反应条件恒定、

产品质量稳定等特点。将化工原理的典型单元操作和反应工程的典型单元过

程相结合，将“三传”理论与化学反应工程中的连续反应有机融合，同时兼

顾仪器分析和自动化控制以及计算机的应用，对于理解单元操作、单元过程

及系统综合具有重要意义。

本项目采用了从易到难、从简到繁、多方位拓展递进式教学方法，从学生的

需求和发展出发，构建了多层次、多模块的实验教学内容。

应用该虚拟仿真项目进行实验可达到如下目的：

1、了解反应精馏工艺过程的特点，熟悉反应精馏的工业应用，增强工艺与工

程相结合的观念。

2、掌握反应精馏装置的操作控制方法，学会通过观察反应精馏塔内的温度分

布，判断浓度的变化趋势，并采取正确调控手段。

3、了解反应精馏与常规精馏的区别。

4、学会分析塔内物料组成。

2-3实验原理（或对应的知识点）

实验原理说明：

反应精馏法是集反应与分离为一体的一种特殊精馏技术，该技术将反

应过程的工艺特点与分离设备的工程特性有机结合在一起，既能利用精馏

的分离作用提高反应的平衡转化率，抑制串联副反应的发生，又能利用放

热反应的热效应降低精馏的能耗，强化传质。因此，在化工生产中得到越

来越广泛的应用。

甲缩醛是C3H8O2。别名：二甲氧基甲烷，甲醛缩二甲醇（二甲醇缩甲

醛）（formaldehyde dimethyl acetal; methylal; formal; methylene

dimethyl ether; dimethoxymethane）结构式 CH2(OCH3)2 无色澄清的挥发

可燃液体，有氯仿气味和刺激味。熔点-104.8℃，相对密度0.8560，沸点

44℃，折射率1.3513，20℃水中 溶解度32%，能溶解多种溶剂。主要用途

为生产离子交换树脂、溶剂及香料等。

　　本实验以甲醛与甲醇缩合生产甲缩醛（沸点42.3℃）的反应为对象进

行反应精馏工艺研究。合成甲缩醛的反应为：

　　2CH3OH＋CH2O＝C3H8O2＋H2O

　　该反应是在酸催化条件下进行的可逆放热反应，受平衡转化率的限

制，若采用传统的先反应后分离的方法，即使以高浓度的甲醛水溶液（38%

～40%）为原料，甲醛的转化率也只能达到60%左右，大量未反应的稀甲醛

不仅给后续的分离造成困难，而且稀甲醛浓缩时产生的甲酸对设备的腐蚀

严重。而采用反应精馏的方法则可有效地克服平衡转化率这一热力学障

碍，因为该反应物系中各组分相对挥发度的大小次序为：α甲缩醛＞α甲醇

＞α甲醛＞α水，可见，由于产物甲缩醛具有最大的相对挥发度，利用精馏

的作用可将其不断地从系统中分离出去，促使平衡向生成产物的方向移

动，大幅度提高甲醛的平衡转化率，若原料配比控制合理，甚至可达到接

近平衡转化率。

　　此外，采用反应精馏技术还具有如下优点：

　　1、在合理的工艺及设备条件下，可从塔顶直接获得合格的甲缩醛产

品。

　　2、反应和分离在同一设备中进行，可节省设备费用和操作费用。

　　3、反应热直接用于精馏过程，可降低能耗。

　　4、由于精馏的提浓作用，对原料甲醛的浓度要求降低，质量百分数为

7％-38％的甲醛水溶液均可直接使用。

知识点数量：11 （个）

(1) 反应精馏原理

(2) 缩聚甲醛制备工艺

(3) 蠕动泵的操作

(4) 再沸器、冷凝器操作

(5) 流量控制

(6) 温度控制

(7) 反应条件选择

(8) 气相色谱操作

(9) 数据处理与分析

(10) 实验报告撰写

(11) 实验拓展

2-4实验仪器设备（装置或软件等）

本项目的虚拟仿真软件是在西北师范大学化学化工学院化学工程与技术实验

中心化学反应工程与工艺实验室用于实践教学的反应精馏实验设备的基础上

开发拓展的。本项目以本中心使用的反应精馏实验装置为蓝本，开发了反应

精馏3D虚拟仿真系统实验软件，该软件对已有的实验内容进行了扩展和提

升，并且加入了流体流动和传热的相关内容，使实验软件内容更加综合化，

能够适应不同层次、不同类型的学生学习使用。同时，使用虚拟仿真实验软

件可突破教学时间和空间的限制，学生在不同时间或者不同地域利用网络参

与到实践教学活动中，调动学生学习的积极性和主动性。

2-5实验材料（或预设参数等）

本实验采用连续反应精馏装置，通过考察原料甲醛的浓度，甲醛与甲醇的配

比、催化剂浓度、回流比等因素对塔顶产物的纯度和生成速率的影响，从中

优选出最佳的工艺条件。实验中，各因素水平变化的范围是：甲醛溶液浓度

（质量百分数）12％～38％，甲醛：甲醇（摩尔比）为1：8～1：2，催化剂

质量百分数1％～3％，回流比5～15。

2-6 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）

当今社会对于化学工业的“安全、环保、健康”提出了更高、更严的要

求，在化工专业实践教学过程中，化学工业的安全因素、教学设施不足和教

学手段的限制制约了实践教学的效果，使得将互联网和信息化技术用于化工

类专业实践教学的意义、紧迫性和必要性更加突出。

在本项目中，根据学生的需求与知识结构，构建了三层次（仿真操作

型、工程拓展型和综合设计型）六个教学模块（图2）的实验内容，使实践教

学内容由验证理论向综合应用、研究设计和创新开发延伸，使不同层次、不

同类型的学生都能在本仿真项目中，根据自己的需要来进行自主学习。

本项目中设置的三个层次在知识水平、能力要求上逐渐提高，学生可以根据

自己的需求进行学习。在教学安排上要求学生在完成一个层次的学习并达到

一定要求后，才能够进入到下一层次的学习，使学生在学习过程中有“闯关

式”的体验，既保证了学生每个层次的学习效果，又可以激发学生的学习热

情和兴趣。

仿真操作型包含的教学模块有：反应精馏工艺的原理、特点及相关设备的认

识；反应精馏单元操作的开车、正常运行、停车。

工程拓展型包含的教学模块有：异常情况及事故的紧急处理；操作参数变化

（甲醛溶液浓度、甲醛甲醇摩尔比、回流比等）对塔顶产物纯度及生成速率

的影响。

综合设计型包含的教学模块有：停留时间、反应温度、压力对反应精馏过程

的影响，其他物系（如乙酸、乙醇反应精馏制乙酸乙酯）对反应精馏的影

响。

图2 教学模块递进式三层次结构与六个教学模块

虚拟仿真实验各层次之间采用了“闯关式”的方法，学生只有完成前一层次

的学习且达到一定分数后，才能进入到下一层次的学习。不同类型，不同水

平的学生可以根据自己的需求决定学习的内容和深度。在完成第一层次的学

习之后，学生能够掌握进行精馏实验的基本理论、操作基本方法等，也可以

作为学生开展真正实践教学的准入和预演，真正做到虚实结合，以虚补实。

一方面保证了学生学习过程的循序渐进，将过程与设备的基础理论掌握扎实

后再开始拓展及综合型的学习，保证了学习效果；另一方面，由于学生在自

主学习过程中体验到成就感和满足感，激发了学生的学习热情和积极性。

本虚拟仿真实验项目在内容和学习方法的设置上环环相扣，采用递进式的学

习路线，形成了对学生的知识传授、能力培养和素质提高的多层次的教学模

式。在每一个环节上都有横向的知识拓展，有针对性的教学设置让每个层次

的学生都能够在某一环节将所需了解的知识进行充分的学习与掌握。

在教学过程中，授课教师可以通过教师端在线统计学生在使用虚拟仿真实验

系统过程中出现的问题，对于出现次数多、有代表性的问题，授课教师可以

将其带到课堂或实验现场，进行有针对性地讲解和演示，从而实现实验教学

的线上线下相结合，虚拟仿真与实验教学的互相促进。

2-7实验方法与步骤要求（学生交互性操作步骤应不少于10步）

（1）实验方法描述：

（1）实验方法描述： 一、实验介绍 实验介绍包括实验目的、实验原理及实

验操作步骤等内容，学生首先通过这部分学习，了解实验额目的，掌握实验

原理，熟悉实验步骤，使学生对整个实验有个全面认识，利于进行后续实

验。 二、熟悉实验设备及流程 学生需要对反应精馏的设备，各部分组成及

流程等进行了解。通过这部分学习，学生对反应精馏过程及相关的传质、传

热和流体流动相关过程形成初步认识和了解，方便学生将理论知识与实际设

备在知识体系中进行对接，熟悉反应精馏操作过程的分离原理、主要物料走

向、主要设备及流程特点等。除此之外，还对精馏过程中使用的输送和换热

设备泵及换热器进行拓展介绍。 “反应精馏3D虚拟仿真系统”反正内容包

括：甲醇进料，流量控制，再沸器加热，冷却器冷凝，温度控制，甲醛进

料，回流比调控，反应观察，取样分析，数据处理，结果讨论。

（2）学生交互性操作步骤：13

（3）学生交互性操作步骤说明：

1、打开控制柜开关。

　　2、甲醇和甲醛摩尔配比为2.5：1，换算成体积比，甲醛流量约为

1.252ml/min,甲醇约为1.688ml/min,按得到数值进料。

　　3、为使甲醛转化更为彻底，先往塔内加入适量甲醇，使塔内甲醇甲醛摩

尔比远大于2；打开甲醇进料总开关，开度约为50% ，打开甲醇蠕动泵总开

关，点击控制柜面板上的控制参数，按动泵1的“+”、“-”号键，设定流量

为1.688ml/min，打开泵1开关，开始进料（如图5、6）。

　

4、进料一段时间后关闭泵1开关。

　　5、打开再沸器进水开关，开度50%，同时打开再沸器溢流开关，开度为

50%（如图7）；待再沸器溢流开关有水流出后（如图8），关闭再沸器进水开

关。

　

6、点击控制柜显示屏中控制参数，开启加热，设定塔底温度为100℃

（如图9）。　　

7、当反应段上部（5区）温度大于90℃时（如图10），打开冷凝开关

开度为50%（如图11）。

8、开始进料，打开甲醛进料总开关，开度约为50%，打开甲醛蠕动泵总

开关（如图12），点击控制柜面板上的控制参数，按动泵2的“+”、“-”号

键，设定流量为1.252ml/min，打开泵2开关，同时打开泵1开关开始加料（如

图13）。

　

9、打开回流罐下部阀门，开度为50%（图14），鼠标放到回流罐液位计

上（显示为回流罐体积增速（单位ml/min）），待回流罐液位达到约20%时，

打开回流蠕动泵总开关，点击控制柜面板上的控制参数，按动泵3

的“+”、“-”号键，设定流量为30ml/min，打开泵3开关（图15），控制回

流比约为2（一般按照以上操作，稳定一段时间回流比约为2）。

　　注：回流比的计算方法：回流流量/回流罐体积增速

　　10、观察显示屏中数据显示，待塔顶温度稳定在42℃左右时（图16），

打开取样阀门取样（图17），取样完成，关闭取样阀门；点击右上角样品分

析开始按钮，进行样品分析（图18），记录数据之后（图19），点击样品分

析结束。

　　

11、记录实验数据，进行数据分析。

　　12、对实验结果进行讨论，形成实验报告。

　　13、实验结束后，先关加热，待塔温降下来之后关掉冷凝水；关闭甲醛

泵、甲醇泵、回流泵总开关，关闭控制柜开关。

　　

 

2-8实验结果与结论要求

（1）是否记录每步实验结果： 是 否

（2）实验结果与结论要求： 实验报告 心得体会 其他

（3）其他描述：

在本项目中，不同的虚拟仿真实验模块具有不同的教学实验目的，对实验结

果与结论的要求也不同。对于仿真操作型的实验，要求学生进行一定内容的

学习，按照规定步骤完成实验操作，并能够达到一定的熟练程度，从而保证

学生对于基础知识的充分掌握，仿真软件根据学生操作结果自动评分，考察

学生对实验操作的掌握程度；对于工程拓展型的实验，要求学生针对具体的

实验参数变化（如甲醛溶液浓度变化、甲醛甲醇摩尔比的变化、回流比的变

化）对实验结果进行分析，并得出正确的结论；对于综合设计型的实验，则

需要学生有开放性的思维，根据任务自主选择合适操作条件来完成实验任

务。

2-9考核要求

1、实验前学生需查阅资料，熟悉实验设备及实验方案，考察学生是否能够充

分完成预习。 2、实验过程中着重考察操作步骤，每一步都有相应的量化分

数，要求学生在保障完成质量的基础上，熟练操作过程，缩短实验时间。同

时考核学生分析和解决工程实际问题的能力，根据学生能否及时排除异常情

况以及操作正确与否进行考核评分。 3、讨论和分析实验结果，撰写研究报

告。主要考察对实验结果的计算和分析情况以及实验报告的规范性。同时考

察学生对实验参数如何影响实验结果，实验结果分析是否合理等进行考核。

4、根据以上三方面的考核结果，对学生进行综合评价，给定成绩。

2-10面向学生要求

（1）专业与年级要求：

本虚拟仿真实验项目主要面向化学工程与工艺、制药工程、环境工程等专业

三年级及以上的本科学生开设，也可以面向化工及相关专业研究生以及企业

技术人员进行仿真培训。

（2）基本知识和能力要求等：

在进行本虚拟仿真实验项目之前，学生应掌握计算机基础、物理化学、化工

原理、化学反应工程、化工热力学、化工机械、仪表自动化等相关知识，并

具有一定的实践能力。

2-11实验项目应用情况

（1）上线时间 ：2018-07-28

（2）开放时间 ：2018-09-03

（3）已服务过的学生人数：90

（4）是否面向社会提供服务： 是 否

3.实验教学项目相关网络要求描述

3-1有效链接网址：

http://www.obrsim.com:88/?id=xbsfdxhxhg

3-2网络条件要求

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

2Mb/s以上, 系统提供带宽测试服务

（2）说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）

1000

3-3用户操作系统要求（如Windows、Unix、iOS、Android等）

（1）计算机操作系统和版本要求

仿真程序客户端操作系统采用Windows 7及其以上版本

管理平台服务器操作系统采用Windows Server 2008及其以上版本

（2）其他计算终端操作系统和版本要求

暂不支持其它操作系统或终端

（3）支持移动端： 是 否

5-4用户非操作系统软件配置要求（如浏览器、特定软件等）

（1）需要特定插件： 是 否

（勾选是请填写）插件名称： 插件容量： 下载链接：

（2）其他计算终端非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下

载服务）

网页版：谷歌、火狐、360极速模式主流浏览器

非网页版：主流IE，谷歌，火狐等浏览器

上述浏览器均支持下载服务

3-5用户硬件配置要求（如主频、内存、显存、存储容量等）

（1）计算机硬件配置要求

计算机硬件配置要求 CPU： i5 3.20GHz 内存：8GB 以上 显卡：2GB 显存

以上 硬盘：50GB以上

（2）其他计算终端硬件配置要求

无

3-6用户特殊外置硬件要求（如可穿戴设备等）

（1）计算机特殊外置硬件要求

无

（2）其他计算终端特殊外置硬件要求

专业图形工作站（专业图形显卡，Q4000以上） VR头盔 交互手柄 VR追踪套

件 追踪器 数据线，信号线，电源线 支架，云台

4.实验教学项目技术架构及主要研发技术

指标 内容

系统架构图及简要说明

系统采用B/S架构相结合的架构方式。通过

BS架构，用户访问管理平台，查看相关功能

（软件列表，课程列表）和统计信息（学习

记录，考试成绩），并启动3D仿真项目。

实验教学项目

开发技术（如：3D仿真、VR技术、AR技术、动画技术、WebGL技术、OpenGL技术等）

通过3D仿真技术实现虚拟教学仿真。3D引擎

在Windows平台下通过DirectX技术实现3D渲

染。 通过骨骼动画、关键帧和序列帧动画

制作3D动画。 通过计算机图形学（实时阴

影，光照贴图，凹凸贴图等）和计算几何学

（碰撞检测、射线检测、刚体、流体模拟

等）等实现现象仿真。 通过后台模块化模

型的搭建和链接实现数据仿真。 通过VR，

AR和动作捕捉技术，实现增强虚拟化变现和

交互性。

开发工具（如：Unity3d、Virtools、Cult3D、VisualStudio、AdobeFlash、百度VR内容展示SDK等）

采用Unity3d作为3D引擎，采用C#语言并通

过 Visual Studio工具进行程序开发。 通

过SVN，Microsoft Project等工具进行程序

版本控制和项目管理。 通过Maya，3D Max

等工具制作仿真资源（模型，贴图，动

画）。

项目品质（如：单 单场景的模型总面数不会超过100万，贴图

场景模型总面数、贴图分辨率、每帧渲染次数、动作反馈时间、显示刷新率、分辨率等）

分辨率为512*512/1024*1024两类，软件分

辨率为1920*1080，每帧渲染次数不少于30

次、动作反馈时间不大于30ms。

管理平台

开发语言（如：JAVA、.Net、PHP等）

JAVA

开发工具（如：Eclipse、VisualresSchemaStudio、NetBeans、百度VR课堂SDK等）

IntelliJ IDEA

采用的数据库（如：HBASE、Mysql、SQLServer、Oracle等）

Mysql

5.实验教学项目特色

（体现虚拟仿真实验项目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。）

（1）实验方案设计思路：

结合社会经济发展和“新工科”对人才培养的需求，以化工过程中基础性和

综合型强的精馏单元操作和化学反应工程中的连续反应为主线，构建开发

“反应精馏3D虚拟仿真系统”。一方面因为精馏是工业上应用最广泛的分离

操作，也是化工原理理论和实践教学中的一项重要内容；另一方面连续反应

是一项综合型很强的单元过程，可实现提高反应速度，具有反应条件恒定、

产品质量稳定等特点。将化工原理的典型单元操作和反应工程的典型单元过

程相结合，将“三传”理论与化学反应工程中的连续反应有机融合，同时兼

顾仪器分析和自动化控制以及计算机的应用，对于理解单元操作、单元过程

及系统综合具有重要意义。

（2）教学方法：

以虚补实、线上线下融合的实验教学方法

坚持“能实不虚”的原则，从反应精馏的实际出发，将实验教学中实施困

难、高危、有毒的单元操作采用3D虚拟仿真的形式突出展现。在教学中，采

用线上线下相结合的方式，在线统计学生在虚拟仿真实验中出现的问题，在

课堂或实验现场中进行深入讲解，实现虚拟与现实实验教学之间的良性互动

和互相促进。

（3）评价体系：

本虚拟仿真实验项目在内容和学习方法的设置上环环相扣，采用递进式的学

习路线，形成了对学生的知识传授、能力培养和素质提高的多层次的教学模

式。在每一个环节上都有横向的知识拓展，有针对性的教学设置让每个层次

的学生都能够在某一环节将所需了解的知识进行充分的学习与掌握。在教学

过程中，授课教师可以通过教师端在线统计学生在使用虚拟仿真实验系统过

程中出现的问题，对于出现次数多、有代表性的问题，授课教师可以将其带

到课堂或实验现场，进行有针对性地讲解和演示，从而实现实验教学的线上

线下相结合，虚拟仿真与实验教学的互相促进。

（4）传统教学的延伸与拓展：

由甲醇和甲醛反应制甲缩醛，反应温度低，操作方便，但甲醇、甲醛、甲缩

醛的挥发度高，刺激性强，毒性大，闪点低，易燃易爆的特点。因此，本项

目的实施对于培养专业知识扎实、工程能力卓越、创新意识先进、应变能力

强的高素质人才具有较强的实践意义。项目将化学工程与工艺专业与新工科

建设融合，探究化工专业的未来人才培养新模式，实现学校人才培养与社会

需求的无缝对接。项目内容和资源实行开放式管理，校内外师生在获得授权

后，可以自由使用。同时，利用现代仿真理论的分离技术，以规范化的标准

建立基本部件和设备的数学模型及通用的基本模块；采用严格的用户确认系

统、企业级的软件加密方式，确保用户个人信息与软件知识产权得以有效保

护。

6.实验教学项目持续建设服务计划

（本实验教学项目今后5年继续向高校和社会开放服务计划，包括面向高校的

教学推广应用计划、持续建设与更新、持续提供教学服务计划等，不超过600

字。）

（1）持续建设与更新：

面向高校和社会免费开放、提供教学服务，通过在线服务和教学反馈，根据

学生使用情况，在软件投入运行的一年内做到基本完善,后期逐步扩展以下内

容：（1）增加蠕动泵和气相色谱3D仿真模块；（2）强化反应模块的开发；

（3）增加教学内容，如乙酸乙酯的合成。

（2）面向高校的教学推广应用计划：

第1年：面向高校免费开放、提供教学服务：通过在线服务和教学反馈，根据

学生使用情况，增加蠕动泵和气相色谱3D仿真模块，在软件投入运行的一年

内做到基本完善。

　　第2年：继续做到面向全国免费开放并持续改进，重点强化反应模块的开

发，在开放过程中探索与学生现有课程体系的对接和融合，在提供在线服务

的同时，考察考核方式的合理性和实用性。

　　第3年：继续收集学生的相关反馈，做到在细节上针对不同层次、不同要

求的持续改进，增加新的教学内容（乙酸乙酯的合成模拟）并免费在线开

放，持续收集使用者的反馈，对互动方式、实验成绩的评价体系进行完善，

探索培养人才的实验教学新模式、新机制。

　　第4年：利用该虚拟仿真项目开设成体系的在线课程，扩大使用面，建设

并充分锻炼教学团队，形成一支业务精湛、教学方式灵活、线上线下活跃的

团队。同时形成完善的教学评价体系。

第5年：将虚拟仿真实验系统建设经验向其他高校推广起到示范引领

作用。

（3）面向社会的推广与持续服务计划：

本项目确保被认定后1年内面向社会免费开放并提供教学服务，1年后至3年内

免费开放服务内容不少于50%，3年后免费开放服务内容不少于30%。

7.诚信承诺

本人已认真填写并检查以上材料，保证内容真实有效。

实验教学项目负责人（签字）：

年 月 日

8.申报学校承诺意见

本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公

示，并审核实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法

规和教学纪律要求等。经评审评价，现择优申报。

本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“国家虚拟仿真实验教学项

目”，学校承诺将监督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放并提供教

学服务不少于5年，支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进

完善和服务。

（其它需要说明的意见。）

主管校领导（签字）：

（学校公章）

年 月 日