材料国家级实验教学示范中心是首批国家级实验教学示范中心，2008年起率先起步建设虚拟仿真实验资源，2012年包含11个原创虚拟实验项目的材料虚拟实验1.0版正式上线用于实验教学；2014年评为国家级虚拟仿真实验中心，同年出版包含虚拟仿真实验项目的实验教程，虚拟实验正式列入高校教材；2017年起材料虚拟实验列入多门课程的教学大纲，开设《材料虚拟实验》公选课，材料虚拟实验已在国内27所高校共享应用。

在材料虚拟实验1.0版近10年推广应用的基础上，开发“金属材料成分、工艺、组织和性能一体化设计虚拟仿真实验”为全面升级的材料虚拟仿真实验2.0版。

金属材料成分、工艺、组织和性能一体化设计虚拟仿真实验，全面涉及材料科学研究的四项要素，突破传统实验碎片化的教学习惯，采用把材料科学基础理论、金相操作技能、工艺综合设计、科研创新挑战全面融合的全新设计思路，从理论→技能→实践→科研逐步提升实验的高阶性，实验的组成如上图所示。

其中，在理论基础部分，制作三维动画展示7种典型金属材料缓冷过程的微观组织演变，帮助学生直观形象理解并掌握金属材料的基本原理和常见金相组织形貌。在实验认知部分，通过交互操作以培养学生基本实验技能，以及激光共聚焦扫描显微镜等实验仪器操作方法。在综合运用部分，要求学生自主设计3种成分、22种组织相应的热处理工艺，从而深入掌握结构钢成分、工艺、组织与性能之间的关系。在科研创新部分，基于国家级科研项目，引导学生从国家发展的客观需求出发，探索本科教学中难以开展的合金材料高温蠕变实验，培养学生分析、总结、设计、探索等科学研究能力。

“金属材料成分、工艺、组织和性能一体化设计虚拟仿真实验”2019年开始用于《金属材料学》、《材料科学基础实验》、《工程材料基础》等课程，特别是2020年新冠疫情期间，支持国内5所高校1千余名学生完成了线上实验课程。2020年9月在国内高校中首次举办了线上金相实验技能大赛，共有236名本科生参加，选出三名选手参加第9届全国大学生金相技能大赛并获得优异成绩；在总结首次线上金相大赛经验的基础上，2021年6月借助本项目进行线上初赛、线下决赛，开创了线上线下、虚实结合的实验技能竞赛的新模式。

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