1.实验流程

学生在开展实验前可通过教师在授课过程中的讲解与现场视频等方式，初步认知实际生产环境和整个工艺过程。本虚拟仿真实验教学项目开展共设计了四个流程。

2.实施过程

（1）教师讲解

教师简单讲解虚拟仿真平台的操作方法及注意事项、教学目的、内容及要求，使学生明确本虚拟仿真实验的目的和要求。

（2）渗碳基本知识考核

该过程包含对渗碳热处理的实验方法、原理等基本知识点的考核。学生在实验前必须对渗碳热处理相关知识点进行预习，考核合格后方可进入下一步操作。

（3）安全警示及着装操作

该过程类似于真实实验前的安全教育及实验注意事项的提示，通过人机交互，实现对操作者的安全警示。

（4）仿真练习

本实验虚拟环境设定为“全流程连续渗碳热处理厂房”、“金相检测室”及“硬度检测室”。整个虚拟实验设置为“完整实验流程学习”、“规律认知”和“实例探究”三个模块，以满足不同层次实验操作者的要求。

“完整实验流程学习”模块涉及到所有虚拟仿真环节，以供初学者学习操作，工艺过程如下图所示，分为工件选择、清洗、预热、预渗、强渗、扩散渗、淬火、回火、喷丸及检测等阶段，每阶段均需虚拟实验人员设置相关参数。在“规律认知”模块中只保留预渗、强渗、扩散渗、淬火及回火阶段，以便操作者能够快速获得并分析工艺参数对渗碳性能的影响规律。

（5）过程考核

本实验在操作过程中在“规律认知”和“案例探究”模块，通过设置相应的规律性操作选择和实战性操作选择，提高了难度和挑战性，以对渗层深度及硬度的认知程度及实战案例挑战的准确性作为过程考核的重要依据。

（6）实验后自测

操作者在仿真联系完成后需对渗碳热处理全流程的操作方法、原理及规律认知等方面进行全面考核，以检测操作者对本实验知识点的掌握程度。

（7）实验报告

学生要完成包括实验目的、原理、步骤、结果分析、实验结论以及开放性、探究性学习的报告，并提交由老师进行评阅。

3.实验方法描述

本虚拟仿真实验以提高学生工程实践能力为落脚点，基于《金属学与热处理》、《金属工艺学》、《热处理设备》等课程所授理论知识，结合生产实际渗碳热处理工艺，以齿轮钢零件为例，构建了以真实实验为基础的虚拟仿真实验。

在实验过程中，学生在系统指导下：首先，学习有关实验过程的生产安全规范和注意事项；其次，了解生产实际、自主设计、设备操作等；最后，了解交互式参数设计、工艺分析、操作过程。

虚拟实验还原了整个生产环境及过程，采用远程访问，内容引导，自主完成的教学方法。学生借助网络进入虚拟实验，虚拟环境中，辅以文字、图片、动画、交互式界面等手段，使学生充分体验整个实验过程。在系统引导下，学生通过交互操作，按生产流程独立实施实验。学生可多次重复实验，直至完全掌握整个实验后，需进行填写实验报告、完成自测题等考核环节。

虚拟实验中设置了“完整实验流程学习”、“规律认知”和“实例探究”三个模块，学生可根据老师或自身要求选择对应模块进行学习，同时通过理论学习、虚拟操作、知识引导、分析设计、问题情景等方法，自主完成渗碳原理与分析（理论认知学习）、连续式渗碳炉使用操作（技能操作学习）、工艺参数-渗层组织与性能之间的关联性分析（综合应用学习）等实验过程。

● 理论学习 学生利用虚拟实验提供的理论知识学习版块，通过图片、视频形式，完成渗碳原理、连续式渗碳炉结构与操作、渗碳过程、渗层硬度对比等实验内容的自主学习。此过程既可作为实验前的预习环节，也可作为实验后进行理论知识的深化巩固。

● 虚拟操作 学生通过模拟操作，按照生产规程完成选材、工艺参数设计、渗碳前准备、渗碳处理（预渗、强渗、扩散渗等流程）、淬火、回火处理、喷丸处理、硬度测试等过程。使学生在虚拟操作的过程中，将认知与实践相结合，系统地掌握实际生产过程中的工艺规程和规范操作。

● 知识引导 虚拟实验过程中依据教学和实验的要求，分别设置有：实验前预习考核、知识提示、观察视角引导、部件高亮提示、虚拟动画等指引方法。其中实验室预习考核可以对基础的实验知识进行了拓展与扩充，便于学生更好的进行理论和实践的融会贯通；视角引导、高亮提示等引导手段，降低了实验的操作难度，保证学生将更多的注意力集中于对渗碳工艺过程的学习。

● 分析设计 以20CrMnTi为实验材料，首先进入“完整实验流程学习”模块，学生自行完成工艺分析，通过生产加工验证其方案可行性，可以分析不同参数下的渗层的组织及渗层性能，掌握重要工艺参数对渗层质量的作用。此外，在“规律认知”和“实例探究”两个个模块中，学生可对实验设置的具体问题，自行分析并设定实验参数并完成实验。对应系统给出的实验结果，深入分析问题成因，理解并明晰工艺参数的影响规律，并以此改进工艺方案。