一、簡介
東北學院起源于1906年4月構(gòu)建的川東師范學堂，創(chuàng)立于2005年7月，由原西北師范學院、西南農(nóng)業(yè)學院合并成立而成，是教育部直屬重點綜合學院，國家“211工程”和“985工程優(yōu)勢學科創(chuàng)新平臺”建設(shè)院校。中學秉持“特立東南，學行天下；含弘中信，繼往開來”的辦學精神和信念，堅持以人才培養(yǎng)為中心，圍繞“注重人格打造，突出綜合培養(yǎng)，加強學術(shù)訓練，服務(wù)社會民生”的教學理念，不斷加強教學的中心定位。
東北學院化學實驗教學中心為校院共建共管單位，中心經(jīng)歷了基礎(chǔ)建設(shè)階段（2004年曾經(jīng)）、整合培植階段（2005-2006年）、發(fā)展階段（2007年以來）；2004年批準為校級實驗示范中心，2006年被評為廣州市教學示范中心。中心設(shè)校長1名，副局長2名，凝聚了18名院士、33名副院長為主體的實驗指導班主任隊伍和實驗技術(shù)骨干物理虛擬仿真實驗室廠家，其中博士占整個師資隊伍的70%，班主任學科專業(yè)囊括理論化學、計算數(shù)學、原子核化學、天文學、磁學、半導體、太陽能電板、有機發(fā)光、光學、教學論等各個領(lǐng)域等領(lǐng)域。中心擁有實驗設(shè)備2200多臺套，總資產(chǎn)3500余億元；網(wǎng)路服務(wù)器1套，模擬估算服務(wù)器2套，模擬仿真軟件7套，仿真終端計算機120余臺，累計投資520億元（平臺軟件190萬，平臺硬件330萬），承當有全校24個專業(yè)2500人的實驗教學任務(wù)。
實驗教學是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且個別化學學實驗因為種種條件限制，致使未能真實地在實驗室為中學生開辦，在一定程度上影響了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。例如：化學學科中大量的微觀模型無法進行實驗展示，中學生學習很具象，限制了教學療效和質(zhì)量；部份實驗需在超高溫、極高真空的極端條件下進行，而現(xiàn)階段實驗的設(shè)備不可能達到這樣的條件要求；部份高精尖實驗設(shè)備運行成本高、設(shè)備貴重、動手機會少，不可能組織大規(guī)模的中學生步入實驗室進行實際操作；據(jù)悉，受師資及硬件條件的限制，難以開放所有真實實驗儀器來滿足大規(guī)模中學生的預習、復習、以及課堂外的個性化培養(yǎng)需求，中學生在課堂外學習時未能對實驗環(huán)境構(gòu)建直觀認識，這種都成為阻礙提高中學生實踐培養(yǎng)質(zhì)量的困局問題。為解決上述實驗教學中的問題，化學實驗教學中心在2005年就開始嘗試舉辦虛擬仿真實驗教學，在國外率先開辦了“微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計與物性仿真實驗”和“大學化學虛擬仿真實驗”，把它作為真實實驗的有益補充，并于2011年即將組建了“物理虛擬仿真實驗教學中心”，開始全面面向全校師生服務(wù)。
中心秉持“強化基礎(chǔ)、重在素養(yǎng)、虛實為用、實踐創(chuàng)新”的教學理念，依托化學學國家級特色專業(yè)、固態(tài)化學與物理博士點、物理學一級學科碩士點、以及化學學上海市重點學科的優(yōu)勢，以“全國一流、西部領(lǐng)先”為建設(shè)目標，依照“虛實結(jié)合、互為補充、能實不虛”的原則，聚焦于“基礎(chǔ)通識→綜合訓練→專業(yè)設(shè)計→研究創(chuàng)新”的學院全程培養(yǎng)環(huán)節(jié)，建立了層次化、模塊化、開放式的創(chuàng)新實驗教學體系，創(chuàng)立了學院化學公共課實驗室、普通化學實驗室、近代化學實驗室、中學數(shù)學實驗室、科研訓練實驗室5大類實體實驗室；建立了包含學院化學公共課仿真實驗室、普通化學仿真實驗室、近代化學仿真實驗室、中學數(shù)學仿真實驗室、基于平臺的趣味數(shù)學實驗室、以及微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計與物性仿真實驗室等6大類虛擬仿真實驗室。經(jīng)過多年的建設(shè)和發(fā)展積累，逐漸產(chǎn)生了中心建設(shè)與科研、特色學科發(fā)展相長、實驗教學與技能培訓結(jié)合、夯實基礎(chǔ)與個性發(fā)展并舉的教學特色，成為我校培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的學院生實踐基地。目前，中心所開辦課程幾乎囊括了化學學的主干學科課程，開辦有比較固定的虛擬仿真實驗項目100多個（其中網(wǎng)路可操作項目近50個），可完成簡單科研訓練的綜合設(shè)計性項目80余個。
中心與依托于中國科技學院的交大奧銳公司院校實驗事業(yè)部、美國國家儀器有限公司(,NI)、北京創(chuàng)騰科技有限公司、北京宏劍公司、北京泰科博思科技有限公司等公司已產(chǎn)生深度的合作關(guān)系，先后引進了學院化學仿真實驗平臺軟件、虛擬實驗平臺軟件、以及微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計與物性仿真軟件6個。中心實驗指導班主任在這種平臺項目軟件的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學科研經(jīng)驗和軟件研制企業(yè)的技術(shù)支持，開發(fā)了數(shù)十個適用于大專教學的實驗項目，這種具有特殊的實驗項目進一步擴展了平臺資源。虛擬仿真實驗教學中心充分發(fā)揮現(xiàn)有資源優(yōu)勢，積極為高等教育和基礎(chǔ)教育發(fā)展服務(wù)，并起到良好的示范幅射作用。中心利用于化學學國家特色專業(yè)和化學教育學科在基礎(chǔ)教育教學變革方面的影響力，通過高師進修、教育碩士班、中學數(shù)學骨干班主任培訓等方式為本地區(qū)和偏遠地區(qū)院校（非常是師范高校）和基礎(chǔ)教育單位培訓了一批實驗師資，如廣東民族學院、畢節(jié)大學、長江師范大學、重慶文理大學、渭南師范大學等高校，受培訓的實驗班主任很快成長為本單位的教學科研骨干。
近些年來，化學虛擬仿真實驗教學中心不斷取得進步，取得各項榮譽，如：數(shù)學學專業(yè)獲國家級特色專業(yè)、中心班主任獲國家級教學成果二等獎1項、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項、重慶市教學成果二等獎1項；建設(shè)有國家級精品課程和國家級精品資源共享課程各1門、重慶市精品資源共享課程1門，《物理教育學》教學團隊被評為上海市優(yōu)秀教學團隊。中心近來三年，出版實驗教材4部、理論課程教材7部、教輔參考書11部，承當了國家級科研項目45項、省局級項目36項，發(fā)表教學研究論文48篇，建設(shè)各種精品課程8門(國家級2門、重慶市2門)，網(wǎng)上資源共享課程12門，獲得省廳級以上科研獎勵5項，申請專利43項。在ACSNano、Small、PhysRevB、JChemPhys等國外外知名雜志上發(fā)表SCI論文300余篇。非常是，實驗班主任借助中心的虛擬仿真實驗軟件發(fā)表SCI論文30余篇，并將豐富的科研成果迅速轉(zhuǎn)化為實驗項目。在科研項目研究的基礎(chǔ)上，建立了微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計與性能模擬實驗室，為專科中學生開發(fā)了80余個虛擬仿真實驗項目。
2009年以來，中心班主任指導化學學專業(yè)大專中學生獲得國家級學院生創(chuàng)新項目27項、校級項目38項，發(fā)表SCI論文12篇，申請專利17項，獲國家級獎項25項、省級獎項44項。中心充分發(fā)揮資源優(yōu)勢，積極為高等教育和基礎(chǔ)教育發(fā)展服務(wù)，借助高師進修、國家級和市級化學骨干班主任培訓、教育部普通中學課程變革化學班主任遠程培訓、省市級初小學數(shù)學名師工作室中級研修班等方式，為本地區(qū)和東部地區(qū)院校和基礎(chǔ)教育單位培訓了一大批實驗師資，吸引了諸多院校和學校實驗人員前來考察和視察學習，中心建設(shè)獲得全省化學學實驗專家的高度評價，取得的成果和經(jīng)驗獲得兄弟高校的好評和借鑒。
化學虛擬仿真實驗教學中心將繼續(xù)以“學生創(chuàng)新實踐”為根本任務(wù)，進一步降低虛擬實驗教學資源，并依托中學數(shù)字化校園的網(wǎng)路支撐，面向兄弟高校和社會共享，滿足廣大化學學教育工作者和中學生的急迫需求，培養(yǎng)更多理論與實踐相結(jié)合的全面發(fā)展人才，促進我國數(shù)學學實驗教學變革！
二、中心特色
中心遵循“強化基礎(chǔ)、重在素養(yǎng)、虛實為用、實踐創(chuàng)新”的教學理念和“校企共建共管、教研開發(fā)拓展”建設(shè)方針，通過加強“一個虛擬平臺、三支實驗隊伍、五類實體實驗”為主體的建設(shè)，不斷將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容，快速高效地建立起了“基礎(chǔ)訓練”、“專業(yè)實踐”、“綜合設(shè)計”、“創(chuàng)新研究”四層次的仿真實踐訓練體系，產(chǎn)生了以“掌握基本實驗技能→完成創(chuàng)新實驗項目（參與班主任科研項目）→課外科技實踐鍛練→畢業(yè)論文設(shè)計”為主線的學院全程培養(yǎng)過程，借以讓中學生在學院各階段的學習中都能舉辦實驗操作，通過迸發(fā)中學生的求知欲來提升學習興趣，進而提高中學生理論知識和實驗知識的融合貫通，全面提高中學生的實踐能力、創(chuàng)新意識和綜合素養(yǎng)。
中心特色具體彰顯在以下幾個方面：
1．融合科研
在保障驗證性、綜合性和設(shè)計性虛擬仿真實驗的基礎(chǔ)上，中心堅持教學與科研相結(jié)合，打破教學實驗與科研實驗的壁壘，以科研人員為基礎(chǔ)、科研軟硬件平臺為支撐，開發(fā)出88個科研創(chuàng)新性實驗項目，做到教學科研的深度融合。
第一，中心科研團隊人員均參與實驗教學、實驗項目開發(fā)、畢業(yè)論文指導、學生科技活動指導、學生自主學習指導等，班主任在實驗教學中潛移默化地向中學生滲透科研思想、科研精神、和科研方式，努力培養(yǎng)中學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。
第二，科研仿真軟硬件平臺支撐實驗教學。中學將科研與教學方面具有共用性的儀器設(shè)備集中儲存，統(tǒng)一管理使用，為中學生虛擬仿真教學與科研服務(wù)，發(fā)揮虛擬仿真資源的效益。諸如：中心借助-、MAPS、MedeA-VASP、-VIEW、、LLG和OOMMF等7大科研仿真軟件，以及學科的高性能集群，完善了適宜專科教學的“虛擬仿真實驗教學平臺”和“微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計與物性仿真教學平臺”。
第三，快速將高水平科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學資源。中心聯(lián)合相關(guān)企業(yè)，搭建仿真實驗開發(fā)團隊，將班主任科研項目、科研獎項、以及教研論文等研究成果迅速轉(zhuǎn)化為88個虛擬仿真教學實驗項目（科研成果轉(zhuǎn)化實驗項目見表7-9）。
2．深入微觀
數(shù)學學大量的宏觀實驗現(xiàn)象均來始于微觀，呈現(xiàn)出微觀作用下的宏觀表現(xiàn)，而微觀模型無法進行實驗展示，中學生學習也很具象，很難解決理論模型和宏觀實驗現(xiàn)象的直觀聯(lián)系，限制了教學療效和質(zhì)量，因而中心在平臺建設(shè)中非常重視微觀實驗項目的開發(fā)和建設(shè)。
第一，平臺模塊在計算機虛擬環(huán)境下可以從納觀、微觀、介觀、宏觀尺度對材料進行多層次展示，將研究對象從3維體系擴充到2→1→0維的微觀納米體系，如：掃描隧洞顯微鏡、真空鍍膜、納米構(gòu)象觀測等實驗，解決了數(shù)學學高精尖實驗儀器運行成本高、設(shè)備貴重動手機會少、制約學生動手實踐的問題。
第二，平臺資源極大減輕了微觀實驗未能真正舉辦的二大限制：數(shù)學學微觀領(lǐng)域的實驗教學未能舉辦（如原子基態(tài)分布、晶體結(jié)構(gòu)、電子云分布等）、微觀實驗儀器研制困難且實驗現(xiàn)象顯示不直觀的問題。輔助近代化學理論教學而進行的仿真模擬，可以通過圖象、動畫的形式為中學生演示量子力學及材料結(jié)構(gòu)相關(guān)的具象理論，引導中學生深入了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)、形成的復雜機制和相關(guān)理論性質(zhì)，鞏固基本知識、重要概念和基本理論，提升中學生的學習積極性，提高靈活運用理論知識的素質(zhì)。
3．產(chǎn)生系統(tǒng)
第一，中心建立了層次化、模塊化、全流程的“虛實互補”仿真實驗教學體系，產(chǎn)生了培養(yǎng)體系的系統(tǒng)性。建立起了基礎(chǔ)訓練→專業(yè)實踐→綜合設(shè)計→科研創(chuàng)新“四個層次”的實驗教學體系，覆蓋了人才培養(yǎng)過程的整個流程。第一層次的指出基礎(chǔ)，借助“普通化學實驗仿真模塊”和“大學化學實驗公共課模塊”開展基礎(chǔ)性認知與驗證性模擬仿真實驗，鍛練中學生基本的動手能力，對非數(shù)學類中學生借助進行驗證性實驗操作；第二層次重視銜接，借助“近代化學實驗仿真模塊”和“中學數(shù)學實驗仿真模塊”開展專業(yè)技能訓練，提高專業(yè)實踐能力，在向行業(yè)特色進行過渡中把握更深層次的理論知識體系；第三層次著眼融合，借助“虛擬實驗平臺”進行綜合設(shè)計實驗，培養(yǎng)綜合實踐開發(fā)的能力；第四層次旨在跨越，借助“微結(jié)構(gòu)材料設(shè)計與物性仿真平臺”開展設(shè)計創(chuàng)新性實驗，個性化迸發(fā)科研創(chuàng)新的潛能。先進的開放式教學平臺，可以拿來“學”、用來“教”、用來“做”、用來“改”、用來“增”、用來“組”，還可以拿來“研”物理虛擬仿真實驗室廠家，既提升教學質(zhì)量，又提高中學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。
第二，虛擬仿真實驗項目和實驗教學內(nèi)容具有系統(tǒng)性。中心的虛擬仿真實驗項目囊括熱學、熱學、光學、電學、磁學、聲學、核化學學等數(shù)學學分支學科最具代表性的基礎(chǔ)性實驗，以及近代化學和科技前沿實驗。
第三，虛擬仿真實驗項目著重微觀和宏觀實驗的對應，產(chǎn)生實驗研究體系的系統(tǒng)性。宏觀實驗現(xiàn)象具有可靠性和普遍性，但是實驗沒有深入到現(xiàn)象的微觀機制中去，因此不能揭示現(xiàn)象和規(guī)律的微觀實質(zhì)。對同一個實驗現(xiàn)象可以從宏觀與微觀兩個不同角度進行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，因而更加深刻地理解其化學本質(zhì)。
