（1）专业与年级要求

安全工程本科三年级、特种能源技术与工程本科三年级、化学工程与工艺及相关专业的本科三年级学生。

（2）基本知识和能力要求

先修无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、化工原理等课程。

含能材料在所有的战略战术武器弹药系统中都不可或缺，是军工科研的核心领域，是提高武器弹药远程打击、高效毁伤能力，捍卫国家国防安全的基石，具有重要的战略地位。

当前我国面临复杂多变的安全和发展环境，在多重压力下，近年来火炸药研制与生产事故频发，对国家安全造成巨大影响。为解决限制我国火炸药行业高质量发展的安全问题，亟待面向国防行业培养火炸药专业安全精英人才。目前在人才培养中由于含能材料的易燃易爆特性，大量相关实验无法开展。开展立足于实际研制与生产的虚拟仿真实验尤为迫切。本团队立足于含能材料全国重点实验室（南理工分中心）、工信部含能材料及安全实验教学示范中心等国省级平台，依托“安全工程”和“特种能源技术与工程”国家级一流本科专业，结合多年的含能材料研究和教学经验，将前沿科研成果转化为实验教学资源，解决学生面临含能材料研制和生产实际所带来的高风险、高成本、实验难以重复等教学难题，从而设计开发了本虚拟仿真实验，以达到面向火炸药行业培养解决复杂工程问题人才的目标。

本虚拟仿真实验项目从学生的认知规律、学习规律和思维习惯出发，教学过程中由直观感受到抽象总结、由理论到实践，实验过程的互动内容由易到难，教学设计合理、内容严谨详实。具体设计原则如下：

（1）教学内容设计从安全原理到生产应用，重视理论知识与实验应用相结合，实验内容深度融合理论知识与生产实际，从安全科学、化工原理、控制、应急管理等多学科的理论原理出发，将理论知识内容全面真实地应用于生产实际，致力于提升学生解决复杂安全工程问题的能力，培养学生的高阶思维能力。

（2）教学环节创新性提出了“认知-设计-操作”的方法，层层递进，从事故预防的安全设计出发、工艺安全优化到各类故障应急处置，遵循从简单到复杂的学习规律。实验教学环节由知识理解到实践应用，3个主要教学环节层层相扣：安全设计模块将含能材料工厂的安全设计规范具体要求进行充分展示；工艺设计模块将化学反应原理和生产安全要求所对应的各种知识点进行具体应用，与生产工艺参数逐一匹配和现场效果展示；应急处置模块将生产过程中可能出现的不同异常工况、故障进行实景展现，并要求学生快速识别故障原因，进而在规定时间内做出正确处理，因此该模块的实验操作压力最大、失败概率较高。

（3）以学生为中心的教学理念与项目式的教学方法相结合，培养学生主动思考、勇于探索的能力。本实验不仅要求学生对安全事故预防原理、含能材料化工生产原理、安全控制技术、应急管理等多学科所涉及的知识点有深入的理解，还需要能够灵活运用多学科交叉的相关知识点，解决生产过程中的各种安全问题，例如实验场景中能够呈现实际生产可能出现的火灾、爆炸、物料泄漏、工艺异常等现象，需要学生迅速识别出原因、对学生理论结合实践能力、临时判断和决策能力的要求较高。各模块的评分标准也精心优化了赋分标准和细则要求。

实验课程框架见图1所示。

图1硝化工艺危险特性及安全控制虚拟仿真实验全过程示意图

本虚拟仿真实验以TNT生产工厂的实景为蓝本，将TNT制造的工艺过程与安全工程专业教学有机融合，设计融入安全法规与标准认知、生产环境与场景漫游、工艺参数设计优化、设备故障应急处置等教学环节，掌握含能材料生产的风险辨识与控制、安全设计与应用、应急管理等实践环节知识点，从而有效提升安全工程、特种能源技术与工程等相关专业人才的风险辨识、安全设计、应急保障等安全管理、工程实践和创新能力。

图1实验目标和内容与能力培养对应关系

（1）通过学习本虚拟仿真实验中的安全法规、安全设计、案例分析等知识点，树立和强化学生对含能材料生产过程的安全意识，培养学生风险辨识与管理能力；突出“国防安全、绿色化学、生命至上”认知，培养学生“为国奋斗、精工卓越、勇于献身、勇担重任”的情怀和责任。

（2）通过学习本虚拟仿真实验中硝化工艺装置、工艺流程及工艺过程安全设计原理等知识点，培养学生安全设计与控制等工程能力和创新能力。

（3）通过学习虚拟仿真实验所设计的应急处置模块，让学生熟练掌握针对搅拌故障、温度异常、进料异常等原因造成燃爆事故的应急处置技能，培养学生安全应急处置和解决复杂工程技术问题的能力。

本虚拟仿真实验采用在线评分，从安全意识、安全技能、应急处置3个方面全面考核学生的综合素质，评价体系具有科学性。每个方面的考核标准及对应的结果如下，最终实验成绩及结论通过在线生成实验报告呈现。

1、知识能力

重要安全知识点梳理形成问题库，通过随机抽查考核，重点考察安全设计知识、风险辨识知识，通过得分反应对基础知识的掌握情况和理解力。

2、操作能力

安全技能部分主要是通过设计参数，检验设计的参数是否能让生产安全稳定运行。

（1）硝化一段

①反应温度≥100℃时，说明实验过程中反应釜物料温度超过100℃，导致设备中物料泄漏并着火现象发生。在给出生产现场着火事故场景特效后，出现弹窗：硝化一段温度过高导致发生物料泄漏并着火事故。很遗憾实验失败！这种情况下实验结束，物料不向硝化二段、硝化三段进料。

②反应温度≥55℃，并且＜100℃，则该处实验仍然不能正常继续进行。出现实验弹窗提示：硝化一段温度过高导致紧急停车。很遗憾实验失败！安全技能部分结束，物料不向硝化二段、硝化三段进料。

③反应温度＜55℃时，其他参数不合适、导致产品不合格等小问题时，实验总体上进行成功、通过实验。但是其他任意出现一个参数不合适，就相应地扣分后，安全技能部分继续向后续工段进行。

（2）硝化二段

①反应温度≥130℃时，表明实验中该段别的反应釜物料温度超过130℃，会引发泄漏着火爆炸现象发生，实验失败。此时出现弹窗提醒：硝化二段温度过高导致发生物料泄漏并发生着火、爆炸的安全事故。很遗憾实验失败！安全技能部分结束，物料不能向后续三段硝化工序进料。

②反应温度≥85℃，并且＜130℃，则该处实验仍然不能正常继续进行。此时实验出现弹窗：硝化二段温度过高导致紧急停车。很遗憾实验失败！安全技能部分结束，物料不能向后续三段硝化工序进料。

③反应温度＜85℃时，其他参数不合适、导致产品不合格等小问题时，实验总体上进行成功、通过实验。但是其他任意出现一个参数不合适，就相应地扣分后，安全技能部分继续向后续工段进行。

（3）硝化三段

①反应温度≥150℃时，表明实验中该段别的反应釜物料温度超过150℃，导致泄漏着火爆炸现象发生，在给出生产现场着火事故场景特效后，出现弹窗：硝化三段温度过高导致发生物料泄漏并着火、爆炸的安全事故。很遗憾实验失败！安全技能部分结束。

②反应温度≥130℃，并且＜150℃，则该处实验仍然不能正常继续进行。此时实验出现弹窗：硝化三段温度过高导致紧急停车。很遗憾实验失败！安全技能部分结束。

③反应温度＜130℃时，其他参数不合适、导致产品不合格等小问题时，实验总体上进行成功、通过实验。但是其他任意出现一个参数不合适，就相应地扣分。

3、应急能力

设置有三个事故场景，每一个场景都有对应的处置提示，按照提示排除故障。