学 校 名 称 西北师范大学

实 验 教 学 项 目 名 称 过氧化甲乙酮的合成及安全性 3D

虚拟仿真系统

所 属 课 程 名 称 应用化学实验

所 属 专 业 代 码 070302

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（手机）

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

甘肃省教育厅 制

二〇一九年七月

第 1 页

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。

第 2 页

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 1970.3

学 历 研究生 学位 博士 电话 0931-7970237

专业技

术职务

教授 行政

职务

副院长 手机

13088791699

院系 化学化工学院化工系 电子邮箱 Zhafei@nwnu.edu.cn

地址 甘肃省兰州市安宁东路 967 号 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，甘肃省教育厅、财政厅，2013

2.《化工原理》精品课程建设，甘肃省教育厅，2010 年

3.《反应精馏 3D 虚拟仿真系统开发，甘肃省教育厅，2018

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

第 3 页

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. Pengfei Wang, Fei Zha*, Yue Chang, Synthesis of light olefins from CO2

hydrogenation over (CuO-ZnO)-kaolin/ SAPO-34 molecular sieves. Applied Clay

Science, 2018, 163: 249-256.

2. 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

第 4 页

3. 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

4. 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

5. 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

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 唐小华 西北师范大学 副教授

实验内容

设计

在线教学

服务

2 苏瀛鹏

西北师范大学 副教授 实验内容

设计

在线教学

服务

3 常玥

西北师范大学 教授 实验方案

设计

在线教学

服务

4 李岩

西北师范大学 副教授 实验中

心主任

异常情况及事

故的紧急处理

在线教学

服务

5 曹桂妍 西北师范大学 讲师 实验管理

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 杜正银 西北师范大学 教授

实验操作教

学内容设计

在线教学

服务

第 5 页

2 胡东成 西北师范大学 副教授

分析过程

内容设计

在线教学

服务

3 王兴禄

北京欧倍尔软件

技术开发有限公司

项目

经理 软件开发

在线技术

支持

4 罗浩浩

甘肃浩然传媒有限

公司 工程师 视频开发

在线技术

支持

5 乌友奎

北京欧倍尔软件

技术开发有限公司 工程师 3D 开发

在线技术

支持

6 王广桢

北京欧倍尔软件

技术开发有限公司 工程师 3D 开发

在线技术

支持

7 魏琪

北京欧倍尔软件

技术开发有限公司 工程师 3D 开发

在线技术

支持

项目团队总人数：13 （人）高校人员数量：8 （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

过氧化甲乙酮的合成及安全性 3D虚拟仿真系统

2-2实验目的

有机过氧化物可以看作是 H2O2 中的一个或两个氢原子被取代之后的产

物，其通式为 R1-O-O-R2，根据取代基官能团的不同可分为烃基过氧化物、过

羧酸、酰基类过氧化物、酯类过氧化物、酮类过氧化物等。在生产有机过氧化

物的传统工艺中，一般使用硫酸作为催化剂，这不仅造成了设备的腐蚀，而且

废酸的处理代价很大。因此，开发新的合成方法对有机过氧化物的制备具有重

要意义。

过氧化甲乙酮又称为过氧化丁酮（Methyl ethyl ketone peroxide，简称

MEKP），俗称白水。因过氧化甲乙酮的价格低、活化能较低、反应活性较高

等优点，是目前使用最多的引发剂，特别适用于在聚酯钮扣、宝丽板、人造玛

第 6 页

瑙、玻璃钢制品、人造大理石等生产线上的应用。近年来，我国过氧化甲乙酮

的产业发展迅速，但过氧化甲乙酮属于中等毒性化学品，同时，过氧化甲乙酮

在生产、使用、贮存和运输中会自发进行热分解积累热量，而且当遇到碰撞或

摩擦时，容易发生燃烧，爆炸等事故。

为解决这一问题，本项目采用虚拟仿真的教学手段，拓展实验教学的广度

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。

依托化学学科优质资源，本着“虚实结合，能实不虚”的原则，和北京欧倍

尔软件技术开发有限公司联合开发了“过氧化甲乙酮的合成及安全性 3D 虚拟

仿真系统”。在实际应用中，采用“虚实结合、以虚补实”，实际实验操作与虚

拟实验操作相结合的方法开展教学，可有效弥补实验教学物理和时间空间的不

足。通过虚拟实验让学生掌握影响有机过氧化物合成的因素，熟悉有机过氧化

物的检测方法、稳定性，特别是爆炸事故的防护。通过仿真实验和实际操作，

培养学生的综合设计和创新能力，提升知识结构，使实验教学运行更具系统性、

可行性。

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、了解过氧化甲乙酮的性质及制备原理；

2、掌握过氧化甲乙酮的制备方法及影响因素；

3、掌握过氧化甲乙酮结构、含量及热稳定性的测试方法；

4、模拟过氧化甲乙酮的爆炸事故，能够安全生产、储存过氧化甲乙酮。

2-3 实验课时

（1） 实验所属课程所占课时：

该实验为有机合成实验、综合化学实验和精细化工实验课程之精细有机

合成实验，实验课总学时为 54 学时（精细化工实验为 36 学时）。

（2） 该实验项目所占课时：

（3） 过氧化甲乙酮的合成及安全性仿真实验，学时数为 6－8。

第 7 页

2-4实验原理（简要阐述实验原理，并说明核心要素的仿真度）

1、过氧化甲乙酮的合成方法

图 1 为甲乙酮与双氧水在酸催化下制备过氧化甲乙酮的合成机理图。

图 1 过氧化甲乙酮的合成机理

过氧化甲乙酮的合成以丁酮和过氧化氢为原料，在催化剂和稀释剂作用下

进行合成反应，再经分离和真空脱水，得到合格产品。常用催化剂有无机酸和

氢型阳离子交换树脂。采用无机酸为催化剂，反应结束后需通过碱中和处理除

去无机酸；用离子交换树脂作催化剂，反应结束后，可用简单的过滤方法除去

催化剂，催化剂可重复利用。

2、活性氧含量（氧化还原滴定）

由于 MEKP 的组成和比例取决于酸度、反应温度和反应时间，组成比较

复杂，而且分离过氧化物比较困难，因此最终的产品由活性氧含量来表征。活

性氧分析的原理为：常温下，过氧化物与 KI 在 CH3COOH-CHCl3 介质中生成

单质碘，然后用 Na2S2O3 标准溶液滴定，从而求得活性氧含量。活性氧含量采

用公式(a)进行计算，产率采用公式(b)计算。

%100322322

MEKP

OSNaOSNa

tm

MVCW

(a)

%1002

1322322

)(

MEKP

MEKPOSNaOSNa

MEKPm

MVC

S

(b)

式中：Wt 为活性氧含量(%)； C Na2S2O3 为 Na2S2O3 的物质的量浓度(mol/L)；

V Na2S2O3 为消耗 Na2S2O3 的体积(L)；M 为氧原子的摩尔质量(g/mol)；MMEKP 为

过氧化甲乙酮的分子质量；mMEKP 为过氧化甲乙酮的质量(g)。

3 结构分析（液相色谱-质谱联用法）

第 8 页

采用液相色谱-质谱联用技术确定过氧化甲乙酮的结构。

4、过氧化甲乙酮的热稳定性

采用热重/差示扫描量热(TG-DSC)对过氧化甲乙酮的热稳定性进行研究。

5、过氧化甲乙酮的爆炸及处理

采用最新的 WebGL技术，以保证稳定的模拟效果。

知识点数量： 17 个

（1）合成原理

（2）均相法制备工艺

（3）非均相法制备工艺

（4）合成装置操作

（5）流量控制

（6）温度控制

（7）反应条件选择

（8）液液萃取

（9）氧化还原滴定

（10）液相色谱操作

（11）质谱操作

（12）热分析操作

（13）热爆炸

（14）水银泄露处理

（15）火灾逃生

（16）数据处理

（17）实验报告撰写

2-5实验仪器设备（装置或软件等）

合成装置如图 2 所示。

本项目的虚拟仿真软件是在上述装置的基础上开发拓展的。本项目以本中

心使用的反应装置为蓝本，结合后期的萃取分离，氧化还原滴定测定活性氧含

量、液质联用测定结构、热重/差示扫描量热(TG-DSC)对过氧化甲乙酮的热稳

定性进行分析，以及其爆炸性进行模拟，使实验软件内容更加综合化，能够适

第 9 页

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验教

学活动中，调动学生学习的积极性和主动性。

1、智能磁力水浴搅拌器 2、三颈烧瓶 3、温度计 4、滴液漏斗

图 2 实验装置图

仿真软件是基于动态过程仿真软件运行平台开发，仿真的范围包括实验室

场景、仪器选择、药品选择、实验操作。利用虚拟现实技术，以标准化学实验

室为原型，建立三维的、高仿真度的、高交互操作的、全程参与式的、可提供

实时信息反馈与操作指导的、虚拟的实验室模拟操作平台，平台软件以真实实

验数据库作为支撑，仿真操作过程与真实实验操作过程极其相似，仿真结果与

真实系统结果接近，能够满足日常培训、常规考核以及技能大赛等各种需求。

软件具有系统的理论知识讲解，并配有实验报告，可进行自主编辑保存，实验

内容丰富。

2-6实验材料（或预设参数等）

电脑：自带外置鼠标和键盘

网络：上行带宽 20 Mb/s 以上；下行带宽 20 Mb/s 以上

软件预设参数：合成实验过程中应用的试剂和仪器已经全部摆放在了实验

场景中；其他操作的仪器设备在场景中都处于初始状态（未操作状态）；实验

过程中实验器材只有在任务执行时才会发生相应的变化。

第 10 页

程序界面有原理介绍，仿真操作设定了练习模式和考核模式。在练习模式

中，分为演示性操作和自主操作，在自主操作中，学生可以进行实验操作，且

具有实验介绍、实验原理、注意事项、实验报告、步骤提示、分数功能；在考

核模式中，所有的试剂和仪器均为未启用状态，没有实验步骤的提示，软件能

够对学生的操作进行分数评定，学生如果操作步骤顺序不对，系统会提示错误，

并在系统中扣分，扣分后系统给出正确的操作步骤，学生可以接着进行下一步

的操作。仪器的使用不当系统同样也会提示、扣分和纠正。相应操作步骤的权

重可以根据需要进行设定。

2-7 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。

（1）实施方法

在本项目中，根据学生的需求与知识结构，软件一共分为八个模块，八个

模块软件相互独立，内容层层递进，共同组成一个综合性过氧化甲乙酮合成有

关的虚拟仿真操作系统。

模块一：防护安全及环境确认

模块二：均相法合成过氧化甲乙酮

模块三：非均相法合成过氧化甲乙酮

模块四：液液萃取分离

模块五：活性氧含量测定（氧化还原滴定）

模块六：液质联用分析过氧化甲乙酮结构

模块七：热重－差示扫描量热分析过氧化甲乙酮热稳定性

模块八：过氧化甲乙酮爆炸事故

本项目中在知识水平、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

第 11 页

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。

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，学生能够掌握进行合成实验的基本理论、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分

离测试的学习，保证了对合成产品性能和结构之间关系的学习效果；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）实验过程

学生通过互联网登陆网址，操作本项目所开发的虚拟仿真软件，对过氧化

甲乙酮的合成、结构和性质分析、热稳定性研究及爆炸事故模拟，从而进行系

统学习。通过三十余步操作的系统实践，学生可以掌握一些现代有机合成中的

重要反应及检测手段，近距离接触有机化学的前沿。

（3）效果评价

实验结束后，学生提交实验报告，并撰写一篇科技论文格式的研究论文。

教师通过对学生在实验过程中的操作表现、实验报告、论文撰写等对教学的实

施效果进行评价。在向学生反馈结果的过程中，引导学生复习相关知识和主要

操作，熟悉科学论文的写作规范，了解科学研究的流程。

本项目所采用的这种以学生为中心，“虚实结合”、“互助互补”的策略，可

第 12 页

以有效克服常规教学和虚拟仿真教学各自存在的不足，最大程度的发挥两者的

优势，切实提高实验教学水平。

2-8 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、均相合成

(1) 打开智能磁力搅拌器总开关，打开温度开关，设置温度 25℃；

(2) 到达设定温度时，向三颈烧瓶中加入 5.10ml H2O2 和 4.40ml 丁酮，然后将

11.92ml 稀释剂邻苯二甲酸二丁酯(按与丁酮的物质的量相同)加到三颈烧瓶中；

(3) 待温度稳定一段时间后，打开磁力搅拌开关，固定三颈烧瓶，然后在三口

烧瓶上装好温度计、滴液漏斗，并保持另一个口敞开，保持瓶内与大气压一致；

(4) 向滴液漏斗加 0.77ml 硫酸催化剂；

(5) 当温度达到设定值 25℃时，打开滴液漏斗开关，缓慢滴加硫酸；

(6) 随时观察瓶内温度，滴加硫酸过程温度控制在 40℃以下，温度可通过硫酸

滴加速度控制，若温度高于设置温度 5℃，须添加冰块降温；

(7) 在滴加过程中保持温度恒定，边滴边搅拌，加料时间 1h；

(8) 加料完毕后，继续反应 1h；

(9) 反应结束后，分别关闭加热开关、搅拌开关、总开关。

图 3 合成实验模拟裁图

2、非均相合成

(1) 打开智能磁力搅拌器总开关，打开温度开关，设置温度 27℃；

(2) 到达设定温度时，向三颈烧瓶中分别加入 0.2g Amberlyst-15、加入 5.10ml

H2O2、4.36ml 稀释剂邻苯二甲酸二丁酯(过氧化氢与丁酮总质量的 50%)；

(3) 待温度稳定一段时间后，打开磁力搅拌开关，安装三颈烧瓶，瓶内安装温

第 13 页

度计；

(4) 安装滴液漏斗，向滴液漏斗中加 4.40ml 丁酮;

(5) 当温度达到设定值 27℃时，打开滴液漏斗开关，缓慢滴加丁酮，边滴边搅

拌；

(6) 记录滴酮时间，反应 1h；

(8) 反应结束后，分别关闭加热开关、搅拌开关、总开关。

3、萃取分离

(1) 将反应混合液倒入分液漏斗中，静置分层(30 min)；

(2) 分层完毕后，打开分液漏斗开关，将油相和水相分离；

(3) 油相中加入纯碱中和，将产品 pH 值调至 5.0(Amberlyst-15 催化省略此步

骤)；

(4) 加干燥剂干燥油相至无色透明；

(5) 过滤，除去固体干燥剂；

(6) 常温真空除水，即得合格的过氧化甲乙酮。

4、碘量法检测活性氧含量/产率

(1) 称取 m=0.2 g 左右的过氧化甲乙酮于锥形瓶中；

(2) 加入体积比为 2:1 的 CH3COOH-CHCl3 混合溶液 25 ml，混合摇匀；

(3) 加入 2 ml 饱和碘化钠溶液，立即盖紧磨口瓶塞，置于暗处 20 min；

(4) 然后用 0.1mol/L Na2S2O3 标准溶液滴定，直到溶液变为淡黄色，此时加入

0.5 ml 淀粉指示剂，溶液显示蓝黑色，继续滴到蓝黑色恰好消失为止；

(5) 记录称取样品的质量 m 和相对应的消耗 Na2S2O3 标准溶液的体积 V；

(6) 利用式(a)计算活性氧含量，产率采用公式(b)计算。

5、液质联用测试产物结构

(1) 打开液氮罐自增压阀门，检查液氮罐输出压力为 0.55-0.69MPa，确认前级

泵的气镇阀关闭。

(2) 开启计算机并进入 Windows 界面，依次打开 LC、MS 各电源，打开 Aglient

6530 B 系列电源开关和仪器开关，启动 MassHunter 工作站软件中的 Qualitative

Analysis 和 LC/MS Data Acquisition 软件，完成各工作站与仪器的链接。

(3) 参数设置

第 14 页

流动相 A 为 0.1%甲酸溶液；流动相 B 为 0.1%甲酸乙腈；柱温，35℃；ESI 正

离子模式；干燥气，氮气；温度，350℃；流速 10L/min；喷雾压力，35 PSI；

毛细管电压，4000V；Fragmentor，175 V；数据集模式，MS SCAN；范围，

50-500m/z；

(4)待真空泵工作稳定后，两次清洗程序，开启程序，同时采集数据。

(5) 实验结束后，选择 Masshunter 的质谱仪器图标，点击左键，选择 Vent。

(6) 进行图谱检索，确定结构。

(7) 仪器关机：打开放空阀放空，10-15min 分钟泵停止工作，关闭 Q-TOF 及

LC 各模块电源，关闭电脑及自增压阀。

图 4 液质实验分析裁图

6、热重－差示扫描量热分析

图 5 热分析实验裁图

第 15 页

(1) 打开恒温水浴、STA449C 主机、TASC414/4 控制器与计算机电源；

(2) 称取过氧化甲乙酮样品质量及坩埚质量，将样品放入炉体，关闭炉盖；

(3) 点击测量软件“文件”菜单下的“baseline”，选择“修正+样品”测量类型：选

择气氛为 N2，升温范围为 30-300℃，点击“继续”；

(4) 程序升温速率设置为 4 K/min；

(5) 选择存盘路径，设定文件名，点击“保存”，随后进入“STA调整”界面；

(6) 点击“初始化工作条件”，软件将根据实验设置自动打开各路气体，转动流

量计上的旋钮，调节各路气体流量；

(7)点击“清零”，对天平进行清零，观察仪器状态：炉温样温与设置相符且相近，

TG、DSC 信号稳定，即可点击“开始”开始测量；

(8) 仪器自动记录实验过程数据；

(9) 重复步骤(1) ~(8)，分别设置 4 K/min、8 K/min、12 K/min 的升温速率使样

品程序升温。

7、过氧化甲乙酮的爆炸模拟

（1）引起爆炸的因素演示

爆炸事故发生

与处理

双氧水滴加过快，剧烈反应，导致发生爆炸事故。事故处

理模拟

毒性气体事故

处理

双氧水洒出事故处理，撤离，个人防护，正压式呼吸器使

用讲解以及收容过程模拟

腐蚀性试剂事

故处理

高浓度双氧水沾染到皮肤的处理，紧急喷淋洗眼器的使用

讲解

（2）虚拟实验室水银温度计破碎后的处理步骤：打开门窗保持通风，在液滴

上撒硫磺粉、在液滴周围撒碘酒后再回收，戴手套将可见的液滴处理后集中放

于密闭容器回收处理。

（3）虚拟实验室中实验室火灾自救及逃生的正确方法：遇到火灾时，要迅速

向安全出口的方向逃生，自身衣物被引燃时须脱去衣物或满地打滚。人物有站

立、下蹲、捂鼻动作。

第 16 页

8、实验数据处理

9、实验报告撰写。

上述操作中大部分为交互式互动过程，占整个实验模拟操作步骤的 80％以上

2-9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。

2-10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。

2-11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、化学工程与工艺、应用化学等专业三

年级及以上的本科学生开设，也可以面向化学、化工及相关专业研究生以及企

第 17 页

业技术人员进行仿真培训。

（2） 基本知识和能力要求

在进行本虚拟仿真实验项目之前，学生应掌握计算机基础、无机化学、有

机化学、分析化学、物理化学、仪器分析等专业基础课。

①培养学生尊重客观事实的科学素养；

②培养学生实验操作、仪器操作、数据分析和处理能力；

③通过实验环境和实验参数的调节，培养学生的科学和逻辑思维、创新意

识和创新能力；

④在实际实验场景中培养学生分析问题、解决问题的实践能力；

⑤通过创新型的实验设计，培养学生科研探索、团结协作及交流能力。

2-12实验项目应用及共享情况

（1） 本校上线时间 ： 2019 年 7 月 27 日

（2） 已服务过的本校学生人数： 50 人

（3） 是否纳入到教学计划： 是 ■否

(勾选“是”，请附所属课程教学大纲）

（4） 是否面向社会提供服务：是 ■否

（5） 社会开放时间 ： ，已服务人数:

3-3用户操作系统要求（如 Windows、Unix、IOS、Android 等）3. 实验教

学项目相关网络及安全要求描述

3-1有效链接网址

http://www.obrsim.com:?id=xbsfhx

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）

第 18 页

1000，系统采用 CS 模式，无需排队，即时启动

（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

3-4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

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

第 19 页

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

3-7 网络安全

（1） 项目系统是否完成国家信息安全等级保护 是 ■否

（勾选“是”，请填写） 级

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

实验教

学项目

开发技术

VR AR MR ■3D 仿真 ■二维动画

■HTML5

其他

开发工具

■Unity3D ■3D Studio Max ■

MayaZBrush ■ SketchUp

■Adobe FlashUnreal Development Kit

Animate CCBlender ■Visual Studio

其他

第 20 页

运行环境

服务器

CPU 4 核、内存 16 GB、磁盘 1000

GB、

显存 8 GB、GPU 型号

操作系统

■Windows Server Linux 其他 具体版

本

数据库

■Mysql SQL Server Oracle

其他

备注说明 （需要其他硬件设备或服务器

数量多于 1 台时请说明）

项目品质（如：单场景模

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）

单场景的模型总面数不会超过 100 万，贴图

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。

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：

a、 实验过程基于三维仿真设计平台，融合现代信息化技术，辅以专门的实

验设计和分析软件，实现整个实验的全过程仿真训练；

b、 可以完成包括合成、化学分析、仪器分析、实验室安全等多个实验

项目；

c、 将实验设计、操作与安全有机融入虚拟实验教学组织和教学流程之中，

注重培养学生解决复杂实验问题的能力。

（2）教学方法创新：

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、

第 21 页

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）评价体系创新：

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）对传统教学的延伸与拓展:

在选题上，本项目打破了传统的合成化学模式，学生通过本项目的学习，

不但可以掌握过氧化甲乙酮的合成方法，而且可以了解传统均相合成和现代非均

相合成的优缺点，也可以熟悉液质联用、热重分析等现代检测方法；在教学内容

方面，本项目引入了传统教学中难以在本科生化学实验室开展的爆炸试验、火灾

处理等实验，有助于学生开阔其眼界和思路；在教学方法方面，在任何有网络的

地方，学生都可以对本项目的内容进行随时学习和复习，有效克服了传统教学中

受时间和场所局限的问题，具有很强的灵活性和实践性。

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：

为了让虚拟仿真与真实实验更贴近，将持续更新软件，继续在技术、工具、

语言、数据库等方面进行开发，使人机界面更加友好。同时将根据考核结果、学

生和教师的反馈，改进评价体系，不断完善课程各个的模块，使课程更加符合综

第 22 页

合性、创新型人才培养的要求。

（2）面向高校的教学推广应用计划：

2. 继在本校化学、、化学工程、材料专业大三、大四本科生及研究生中开设本课

程后，拟和其它高校（尤其是中西部高校）的实验中心建立合作关系，在相关专

业的学生中进行项目介绍和推广，吸引更多的本科生和研究生选修该课程。

本项目确保被认定后 1 年内面向高校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%。

（3）面向社会的推广与持续服务计划：

拟通过兰州助剂厂有限公司（主要生产有机过氧化物），推广该项目，争取

在有机过氧化物的生产和使用企业中通过本项目学习，增强企业在该领域的认

知，达到培训效果的同时，吸收企业意见和建议，进一步改进，真正实现为社会

服务的目的。

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. 知识产权

软件著作权登记情况

软件著作权登记情况 已登记 ■未登记

完成软件著作权登记的，需填写以下内容

软件名称

是否与项目名称一致 是 否

著作权人

权利范围

登记号

8. 诚信承诺

第 23 页

本人承诺：所申报的实验教学设计具有原创性，项目所属学校对本实验项目

内容（包括但不限于实验软件、操作系统、教学视频、教学课件、辅助参考资料、

实验操作手册、实验案例、测验试题、实验报告、答疑、网页宣传图片文字等组

成本实验项目的一切资源）享有著作权，保证所申报的项目或其任何一部分均不

会侵犯任何第三方的合法权益。

本人已认真填写、检查申报材料，保证内容真实、准确、有效。

实验教学项目负责人（签字）：

年 月 日

9.附件材料清单

第 24 页

政治审查意见

由本校化学化工学院教师查飞教授组织的团队申请的“过氧化甲乙酮的

合成及安全性 3D 虚拟仿真系统”项目， 采用虚拟仿真的教学手段，拓展实验

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。

该项目团队成员主要由化工学院从事教学科研的教师组成，成员政治立

场坚定，思想品德优秀，具有较好的师德师风，教学效果和人品得到了同事

和同学的认可。

该项目依托化学学科优质资源，本着“虚实结合，能实不虚”的原则，和

北京欧倍尔软件技术开发有限公司联合开发，在实际应用中，采用“虚实结合、

以虚补实”，实际实验操作与虚拟实验操作相结合的方法开展教学，可有效弥

补实验教学物理和时间空间的不足。项目纯粹为教学和社会服务，符合相关

法规和政策要求，无错误的政治导向和价值取向。

同意推荐申报。

中共西北师范大学委员会

年 月 日

第 25 页

10.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”，学校将

严格贯彻《教育部高等教育司关于加强国家虚拟仿真实验教学项目持续服务和管

理有关工作的通知》（教高司函〔2018〕56 号）的要求，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。

主管校领导（签字）：

（学校公章）

年 月 日