给排水科学与工程专业的培养目标是在城镇或工业给排水方面具有解决复杂问题的高级技术型人才^[1]，因此，给排水科学与工程专业的实验课程尤为重要，其是理论教学的延伸，是让学生加深对理论知识的理解，培养学生实践动手能力和创新能力的重要环节。近些年，在专业评估认证的背景下，要求传统的以教师为中心的教学模式向基于成果导向的教学模式转化，因此，给排水科学与工程专业实验课程在教学过程中暴露出一些问题。此外，在今年年初特殊时期，学生只能在家里通过网络授课的方式进行学习，这对以往只能在实验室现场进行授课的实验教学环节带来了不便，很多实验课教师只能通过自己录制实验操作视频的方式进行授课，教学效果不尽如人意。随着信息技术的发展，许多专业化的仿真教学平台应运而生^[2]，解决了一部分由于时间、场地、装置和经费等因素导致的问题，为实验教学提供了技术支持和保障^[3]。但是，在实验教学过程中，如果完全用虚拟仿真平台代替实验室现场实验操作过程也会存在各种问题^[4,5,6]，因此，本文以《水泵及水泵站》《仪器分析》实验课程为例，探索如何将实验室现场教学与虚拟仿真平台相结合的方式达到教学目标，为实现向基于成果导向的教学模式转化奠定基础。

给排水科学与工程专业实验课程的教学目标是使学生掌握工艺流程或实验装置的工作原理，熟悉技术参数与基本性能，掌握实验操作方法，培养学生动手能力和创新能力。多年来给排水专业的实验课程内容单一，缺乏变化，实验课学时数较少，主要依附于理论课程，没有独立设置。多数只能进行演示性和验证性实验，创新性和综合性实验不足。

给排水科学与工程专业实验课程的教学方式是通过简单介绍实验装置的结构和工作原理，重点讲解实验装置的操作流程及注意事项，然后通过分组的形式进行实验，每个组有4个学生，大家分工合作共同完成。这种分组进行实验的方式，虽然能锻炼学生团队合作能力，但是也存在少数学生偷懒，对实验内容理解不到位却只想依靠同组同学的现象，降低了学生自主学习的动力。

给排水科学与工程专业实验课程的装置占地面积较大，受到场地的限制，不能购买太多台套数，导致学生需分批次进行实验，增加教师工作量。实验装置在运行过程中会出现各种问题，如漏水、仪表稳定性差等，导致实验结果误差较大。实验装置每学年只进行几次实验，但却需要长期的维护工作。

在传统实验教学的基础上加入了虚拟仿真实验，发现虚拟仿真实验平台有明显的优势，但也有不足之处。

虚拟仿真实验平台可突破场地、时间和实验装置的限制。学生只需要一台电脑就可进行操作，每个学生都可在虚拟软件中独立完成实验过程，3D立体的仿真场景可让学生身临其境的感受现场的环境。教师在课上对仿真软件进行讲解后，学生可在任何时间进入仿真软件进行反复练习，直到将知识点和操作方法完全理解和掌握。没有场地和装置的限制，可利用虚拟仿真实验平台多设置一些实验项目，丰富了实验课程的内容，为后续课程设计打下良好的基础。虚拟仿真实验平台，可节省实验装置的维护费用，节省实验装置的场地占用空间，避免现场实验过程中出现的安全风险。

但是，虚拟仿真实验平台都是在理想条件下进行的实验，在仿真软件操作过程中不会出现实际操作时的各种问题，学生分析问题和解决问题的能力不能得到锻炼；仿真软件不能百分百的还原实际操作过程，有些细节的操作过程不能体现，这些细节问题在实际操作中可能会影响实验结果；仿真软件过于智能化，得到的数据结果是软件直接计算出来的，曲线也可直接绘制出来导入实验报告，导致学生在数据处理及绘图方面的能力得不到锻炼；不具备仿真软件自主开发能力，购买的软件开发公司的虚拟仿真软件实验内容不能完全满足课程需求。

综上所述，可以看出虚拟仿真实验平台可以弥补由于场地、实验装置和时间等限制导致的传统实验教学方式内容和形式单一的问题，但是仿真软件过于理想的实验条件和智能化操作方式也会导致学生在某些方面的能力得不到锻炼，从而不能满足基于成果导向的教学目标。因此，需要将传统实验课程教学方式与虚拟仿真实验相结合，充分发挥两种教学方式的优势，进行优势互补，使得学生在学习过程中得到充分的锻炼，提升学生的实践能力，这需要教师不断的学习提升和探索完善。

《水泵及水泵站》是给排水科学与工程专业最重要的专业基础课之一。《水泵及水泵站》实验课程的教学目标是使学生掌握离心泵的工作原理，离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法，能够根据所需的扬程、流量等要求选择水泵的类型及型号^[7,8,9]。传统的水泵实验教学过程中，学生只能通过观察水泵的模型来了解水泵的结构和工作原理，不能自己动手进行拆卸和组装，对于水泵内部结构的理解比较困难。在虚拟仿真软件中，学生可随意进行水泵的拆卸和安装，无需担心由于缺乏机械知识导致安装失败的问题。传统的水泵实验教学中所用到的实验装置为离心泵综合实验装置，可以进行离心泵特性曲线的实验，但是由于泵的频率是固定的，不能进行管路特性曲线的实验，这部分内容可以在虚拟仿真软件中进行补充，丰富了实验内容。教师先利用虚拟仿真软件进行理论知识的讲解，指导学生在仿真软件中进行实验操作，让学生熟悉实验的操作步骤和注意事项，然后分组带学生去实验室进行实际的实验操作，将仿真实验结果与实验室现场的实验结果进行对比分析，通过虚拟软件与实验室操作相结合的方式完成教学目标。

《仪器分析》是给排水科学与工程专业的一门专业基础课程。其利用大型分析仪器获得物质化学信息的重要手段，通过课程的学习，使学生掌握现代常用大型分析仪器的基本原理、操作方法和注意事项。大型分析仪器昂贵，实验台套数难以保障，学生实际可操作的环节也较少^[10]。本校的《仪器分析》实验课程共8学时，包括液相色谱仪、气相色谱与质谱联用仪、激光共聚焦显微镜三个实验内容，都是演示性实验。传统的教学方式就是教师将实验所需的标样和样品都事先准备好，将目标物的分析方法建立好，测出标准曲线，然后学生分组来到实验室，教师先介绍仪器的工作原理和结构，演示仪器的操作步骤，在教师的指导下，让一到两名学生现场操作一下仪器测定事先配制好的样品。存在的问题是实验课程学时较短，标样和样品的配制只能由教师课前准备好，学生缺乏样品前处理能力的锻炼；样品测定时间较长，不能让每一个学生都进行仪器操作练习；学生练习的时候也只是按照教师建立好的测试方法进行测试，目标物测定方法的建立和优化能力不能得到锻炼。《仪器分析》实验课程是化学实验中以仪器操作为主的实践性课程，教学的目标和任务不仅是对理论知识的验证，更为重要的是利用实验教学加强学生在科学研究方面的技能训练基于上述问题^[11]。通过引入虚拟仿真软件，在仿真软件中仪器工作原理的介绍不只是文字表述还会配合动画的方式让学生对工作原理的理解更为形象和印象深刻，在虚拟软件中不会受到学时的限制，每个学生随时都可以进行从样品前处理到仪器操作和数据处理的全过程实验^[12]。但是，虚拟仿真软件中不能进行分析方法的优化，并且像质谱这类结构比较复杂的仪器，有些操作过程在仿真软件中无法完全体现。因此，虚拟仿真软件无法完全替代现场实验，需要将两者结合在一起，优势互补。将线上虚拟仿真操作与线下学生演示性操作相结合，进一个样品后即将一些预先准备好的标准样品的数据和图表提供给学生以供她们进行标准曲线的绘制等，这些操作内容的引入大大加深了学生对于分析定量理论的理解，提高了学生的实验能力。

给排水科学与工程专业的建设需要突出新工科的特点，加强实验环节的设计和实施。本文以吉林建筑大学《水泵及水泵站》和《仪器分析》两门实验课为案例，阐明了虚拟仿真软件的引入的优势和限制，同时提出要注意线上和线下相结合，动脑和动手相结合，单一实验与综合实验相结合，从而最大程度提升学生的学习效果和工程能力。

综上，引入虚拟仿真实验软件进行实验教学的工作在全国已经兴起多时，目前还存在一些限制因素，主要包括以下几点：

(1）完全的依赖虚拟仿真的实验，使学生们的情景感不强，动手能力得到的锻炼是有限的。高等教育对工科类别的学生，显然既要培养整体的高维度的认知，同时也要培养其动手的能力，否则学生会有纸上谈兵的感受。所以，在实验设计的环节要考虑到这一问题，采用虚拟仿真实验和实验室基础操作实验相结合的方式，培养综合素质过硬的学生。

(2）当前形势下，虚拟仿真软件层出不穷，但是从软件开发公司购买的虚拟仿真软件实验内容不能完全满足本专业的课程需求，因此，建议学校建立虚拟仿真实验室，具备仿真软件自主研发能力，在不断的实践中完善虚拟仿真实验平台，提高实践教学的效果。