今年年初，教育部公布了2018年度国家虚拟仿真实验教学项目认定结果，太原理工大学“矿用带式输送机械虚拟仿真实验”和“注塑成型机电液控制系统及工艺虚拟仿真实验”两项目位列其中，成为继“煤基甲醇转化制芳烃（MTA）虚拟仿真实验系统”之后学校的第二个和第三个国家级虚拟仿真实验教学项目。特别值得一提的是，作为山西首个国家级虚拟仿真实验教学项目，“煤基甲醇转化制芳烃（MTA）虚拟仿真实验系统”还在2018年中国高等教育博览会上作了经验分享报告。
课堂上的“智能化工厂”：煤基甲醇转化制芳烃(MTA)虚拟仿真实验系统
化工生产过程工艺复杂，设备、机器、管道众多，处理的物料往往为危险性物质，且单元操作条件苛刻，在生产中存在诸多潜在风险因素，发生事故的可能性较其他行业更大，造成的后果也更为严重。由于以上一系列因素，近年来高校化工专业不同程度出现了教学“书本化”、实验“形式化”、实习“仪式化”、实习与实际生产结合“松散浅”等现象。而煤基甲醇转化制芳烃虚拟仿真实验项目系统的建立，体现了太原理工大学“产－学－研”紧密结合的科技成果，践行了高校教育“变轨超车”的改革理念和举措。
太原理工大学煤基甲醇转化制芳烃(MTA)虚拟仿真实验系统作为国家首批模拟仿真实验项目，使用虚拟现实、多媒体、人机互动、数据库和网络通讯等技术，根据“能实不虚、虚实结合”和“以虚辅实”的原则，构建虚拟仿真软件及云平台，集成了当今化工产业领域常见的生产单元、化工前沿技术、人工智能、安全生产管理规范等要素，把传统的化工自动化生产过程虚拟仿真为“智能化工厂”。由于项目实验效果显著，已推广至制药工程、生物工程、过程装备与控制工程、矿物加工、现代科技等诸多学院的相关专业，每年实际受益学生达3000余人。
煤基甲醇转化制芳烃(MTA)虚拟仿真实验系统
“传统实验中面对化工生产实践中存在的许多极端条件下的工程问题，通常不允许学生亲自动手操作，学生更是只能把相关知识停留在浅层的记忆中。”实验室负责人王俊文感慨地说，“为了解决这一系列问题，我们通过不懈努力，在化工领域引入了虚拟仿真技术。”谈及这个项目软件和技术的开发，实验室的每一位老师以及参与工作的研究生最能体会其中的苦辣酸甜，他们与对方公司无数次沟通、无数次调试，实验系统历经几十个版本，最终使爆炸、高污染等高危险操作，工业规模装置的开、停车等不可逆操作，以及一些高成本、高消耗、大型综合训练等实践类项目实现了在校内安全地进行操作，既让学生学到了实践中应该掌握的技术，又保护了学生的人身安全，极大地拉近了学生与化工生产系统的距离。
在煤基甲醇转化制芳烃虚拟仿真工厂，可以在理解化工生产过程的同时开展设计验证，进行创新实验研究，并能模拟仿真极端极限条件下的反应状态，演练应急管理与处置，让学生在安全、环保、节能的实验环境中获得与真实生产相近的体验，使学生通过课堂走进“真实工厂”，宛若身临其境，同时也使教师获得事半功倍的教学效果。该校大四学生任宁说，“在煤基甲醇转化制芳烃虚拟仿真工厂中可以以游戏的形式进行学习，在完成‘游戏任务’的同时学习化工知识，真切地感受到了智能化与化工厂结合所带来的巨大改变，看到了未来化工的模样，使自己对化工行业的未来发展充满信心。”
足不出户井下环游：矿用带式输送机械虚拟仿真实验室
实验教学是教育教学的重要组成部分，是培养学生创新能力、实践动手能力和综合素质的重要环节。矿用带式输送机械实验教学项目是矿山机械及其电气控制课程中的重要实验教学项目。此前，这一实验教学项目所用设备规模大、实验成本高、实验环境恶劣、工况复杂多变，实验过程中无法详细了解设备运行工况，更无法在井下恶劣环境中进行切身体验等，这些不利因素导致学生缺乏实际经验。尽管足够了解甚至熟悉事故的处理流程，但能否应对实际情况，仍是面临的一个极大考验。
为了解决这一难题，太原理工大学寇子明教授带领其团队开发了高逼真度的主煤流运输系统及其环境模型——矿用带式输送机械虚拟仿真实验平台。矿用带式输送机械虚拟仿真实验平台，通过虚拟与模拟结合、动态与静态结合、实验与教学结合等一系列方法，不但克服了传统实验模式的不足，顺利进行了真实实验平台无法开展、复杂性较大、存在潜在危险和成本较高的实验，而且将多门交叉学科的实验内容及其综合应用高度集成，使学生能够在安全状况下了解危险、体验危险、处理危险，并接触到真正的前沿研究课题，进一步提高学生综合应用基础理论和专业知识的能力，充分调动学生参与实验的积极性和主动性，激发了他们不断创新的思维。
煤基甲醇转化制芳烃(MTA)虚拟仿真实验系统
寇子明的学生徐浩告诉我们，“刚开始着手搭建这个虚拟仿真实验平台的时候，面对一个陌生的新鲜事物，一个全新的研究方向，大家都很兴奋。”建设的过程中，困难一个个接踵而至，软件不会使用，相互之间配合不够，短期学习时间紧张……寇老师鼓励大家放手去干，充分创新，并不断为大家提供思路，带领布局，做顶层设计。在寇子明教授的引导下，团队成员加班加点、通宵建模，学习运用软件，做实验、做方案，并不断外出学习，通过大家的共同努力，虚拟仿真实验室的全貌逐渐清晰。“在此期间，学习和实地参观的经费都是由寇老师个人承担的，以此作为对大家的鼓励和支持。”徐浩说，“寇老师对实验室的建立倾注了巨大心血，平时我们有什么困难和问题，寇老师总是当下解决，同大家一起攻克难题，而且非常严谨。”
从无到有，完成如此庞大的虚拟仿真实验平台项目，谈及当时的情形，参与实验室建设的同学们都不禁感叹，“寇老师和吴娟老师跟大家一起加班到凌晨，现在每每想起当时的情景，还是感觉很温暖、很感动。”年级负责人孙福利同学说，“付出就会有收获，通过我们的努力，终于可以让每一位同学实现井下环游的梦想。”
虚实结合致力创新：注塑成型机电液控制系统及工艺虚拟仿真实验平台
不需要任何实验器材，只要一台电脑、一个账号、一个密码，只要进入一个程序，无论在宿舍还是在教室，都可以随时随地进行操作，更直观地了解设备的结构组成，更详细地掌握工艺控制过程。不用考虑模具是否足够，不用担心参数设置不合理产生缺陷制品等问题，完全可以大胆试验、无限创新，通过模拟不合理参数的设置造成产品缺陷，更好地掌握工艺参数对制品质量的影响，这一切都得益于虚拟仿真实验平台的建立。
作为塑料成型的重要方法，注塑成型工艺的控制对获得理想的塑料制品至关重要。“在注塑成型工艺过程中，注射装置和合模装置的动作常常同时进行，有的动作时间非常短，在传统实验室条件下，很难做到同时全面观察、理解工艺过程。”该实验室负责人权龙为我们介绍说，“注塑成型机电液控制系统及工艺虚拟仿真实验平台的建立，将理论知识与实践环节有机结合，可以模拟很多真实试验，生动展示各类机型的结构形式和运动过程，直观呈现机电液一体化控制过程和可视化塑料熔体在模具中的变化过程。”
注塑成型机电液控制系统及工艺虚拟仿真实验平台
自虚拟仿真实验平台建立以来，教学过程便采用“理论——虚拟——实训一体化”的模式，注塑成型机电液控制系统及工艺虚拟仿真实验平台架起了理论教学与实物操作之间的桥梁，虚实结合，开放共享，本着能实不虚的教学理念，有效解决了注塑成型试验的理论教学和实务操作难以融合的问题，使学生通过感性认知更好地学习注塑成型工艺相关知识，对注塑成型设备、模具、材料等进行全面深入地了解，进一步激发了学习兴趣，培养了创新能力。
一直参与实验室建设的宋桂珍、付骏宇等几位老师至今难以忘记实验室建设中的种种艰辛，“大家本身都是机械专业的，在虚拟仿真实验室的建设过程中，需要大量运用计算机相关知识，很多内容都需要从头学起。”付骏宇说，“虚拟仿真实验室的建设，让我们收获的不仅仅是本专业方面的东西，还学到了很多平时接触很少的新的知识和技能。”
据了解，该项目目前已建成结构认知、电液控制、工艺过程和工艺参数控制等四个仿真教学模块，学生可以无时空限制地进行安全、可靠、经济的虚拟实验，熟练掌握设备的操作规程；研发设计人员可以了解机电液控制系统参数设计，探索优化设计方案；工艺编制人员可以在注塑制品生产之前模拟仿真确定工艺参数，优化工艺路线，项目服务人数超9000人次。
虚拟仿真实验室的建设，不仅弥补了传统实验不能实现的教学功能，而且为实验教学质量的提高提供了有效的解决方案。随着信息化技术的迅猛发展和普遍应用，虚拟仿真实验平台已经成为实验教学中不可或缺的部分。采用线上虚拟实验与线下实训相结合的模式，将理论教学、虚拟实验与实物实验有机融合，充分发挥虚拟仿真实验时间自主、空间自主、安全高效的优越性，学生可以通过网络直接使用，并进行线上记录学习动态、考核虚拟实验操作，过程和结果并重。
太原理工大学教务部部部长孙桓五介绍说，“一直以来，学校针对人才培养需求，依托‘双一流’建设学科群以及国家级实验教学示范中心的优质资源，在坚持‘能实不虚’的基础上，加大虚拟仿真实验教学项目建设力度，遵循‘虚实结合、相互补充、能实不虚、开放共享’的教学理念，探索线上线下教学相结合的新型实验教学模式，顺应实验教学的发展趋势，依托虚拟仿真技术，形成了以虚补实、虚实结合的实验教学氛围，稳步提高了教学质量，全面提升了人才培养质量，推动了学校的‘双一流’建设。”
据了解，除了上述三个国家级虚拟仿真实验教学项目，该校还有16个项目在山西省高等学校虚拟仿真实验教学项目中立项，预计将来会在该项建设中不断取得新的更大成果。
