1．实验的必要性及实用性

为培养造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，南京林业大学轻化工程专业坚持立德树人根本任务，秉承学生中心、产出导向、持续改进的教育理念，坚持以学生素质提升和能力培养为核心，以林浆纸绿色产业链、创新链为特色，构建符合工程教育认证的轻化工程专业高素质人才培养体系，培养具有解决制浆造纸及相关领域复杂工程问题能力以及创新思维的高层次专门人才，更好地服务国家重大战略、行业高质量发展、区域经济社会发展和人民美好生活需求。

实践教学是巩固理论知识、培养创新思维的重要环节。南京林业大学轻化工程专业将文化育人、思政育人和实践育人有机融入课程体系，新版培养方案中实践教学的学分占比达到30%，构建了一批具有中国特色、南林情怀、红色基因、绿色理念的实践课程。

《制浆造纸工艺实验》是高等院校轻化工程专业必修核心实验课程，其中蒸煮实验是整个实验课程体系最基础、最关键的一个实验，内容涉及原料选择、条件设定、蒸煮实操等多个环节，过程涉及化学伤害（NaOH等腐蚀性化学药品、试剂）、高温伤害（蒸煮最高温度160～170℃，爆炸隐患）、电气伤害和机械伤害（电加热蒸煮设备）等危险因素，以及高浓度（固形物浓度约100 g/L）、高pH值（pH=14）、高化学耗氧量（COD高达100000 mg/L）等蒸煮废水环境污染问题，并且实验时间长、步骤多、过程复杂且不可逆，难以实现蒸煮过程的多因素交互影响、蒸煮浆料品质对后续纸张质量影响，以及蒸煮过程原料主要组分变化的分子机制等涉及解决复杂工程问题和理论问题的探究型、自主型、融合型实验。

造纸术是我国四大发明之一，是古代劳动人民在实践中不断探索不断创新的智慧结晶。造纸术的发明和推广，深刻影响了世界科学、文化、艺术的传承、传播和发展，对促进人类思想解放、经济发展和社会文明具有极其重要的作用。纸是文化和文明的载体，正如英国科学家弗兰西斯培根在评价包括造纸术在内的中国四大发明的时候所说的：“它们改变了世界上事物的全部面貌和状态，又从而产生了无数的变化；看来没有一个帝国，没有一个宗教，没有一个显赫人物，对人类事业曾经比这些发明施展过更大的威力和影响”。

宣纸又名泾县纸，原出产于安徽省宣城泾县，以府治宣城为名，故称“宣纸”。宣纸起于唐代，是一种主要供中国毛笔书画以及装裱、拓片、水印等使用的高级艺术用纸张。宣纸拥有良好的润墨性、耐久性、不变形性以及抗虫性能，是中国纸的代表品种。由于宣纸有易于保存，经久不脆，不会褪色等特点，故有“纸寿千年”之誉。手工宣纸位居“文房四宝”之首，其书法绘画具有层次感，保存长久，不仅深受我国古代文人墨客的青睐，当代书画名家也视手工宣纸为珍宝（图1）。

图1 齐白石作品（宣纸为载体）

2008年北京夏季奥运会开幕式上，张艺谋以宣纸为底版向世界再现了中华五千年文明的发展过程（图2），宣纸受到全世界的瞩目；2009年9月30日，具有千年历史的宣纸制作技艺被联合国教科文组织正式列入“人类非物质文化遗产代表作名录”。

图2 张艺谋导演的2008年北京夏季奥运会开幕式上的宣纸元素

造纸是我国国民经济重要的基础原材料产业，改革开放以来与我国经济同步高速发展。2008年起中国纸和纸板生产量和消费量超越美国成为世界第一大国。历经近2000年的传承与发展，我国已建立起以大型化、高速化、自动化为特征的现代制浆造纸工业体系，正在构建以集约化、数字化、智能化为特征的后现代制浆造纸工业体系。然而，制浆造纸基本工艺过程，包括蒸煮、洗涤、漂白、打浆、成形、压榨、干燥等，依然沿用了我国古代造纸的基本原理。为激发学生学习兴趣、满足学生探究愿望，本项目构建了以非物质文化遗产宣纸制浆为核心的虚拟仿真实验。

传统宣纸生产具有周期长（2～3年）、过程复杂（108道工序）、耗水量大（吨纸耗水达3000 m³）等特点。图3为明代宋应星所著百科全书《天工开物》中描绘的传统纸张生产过程。现代制浆造纸一直沿用东汉蔡伦发明的造纸术，因此传统造纸与现代制浆造纸一样，过程中同样存在化学腐蚀、物理伤害、高温烫伤等危险，学生在实验过程中不能反向可逆操作，难以直观形象地认知宣纸生产过程，特别是蒸煮阶段中各工艺参数如何影响宣纸品质及纸张主要成分的结构。项目通过前期实地调查，查阅文献，采用虚拟实验简化流程，选取关键工序设计交互实验，使学生深刻理解并掌握制浆蒸煮实验的基本原理与过程操作，明确蒸煮过程各工艺要素对浆料和成纸产品质量的影响规律，分析其中的主要因素，探究多变量条件下各因素的调控对浆料品质和成纸性能的影响。在此基础上，自主设定蒸煮工艺条件进行生产合格的浆料，最终用制备的浆料手工抄造纸张，评价其润墨、匀度、强度等主要性能，并模拟纸张老化过程，探究“纸寿千年”的奥秘。

图3 明代宋应星所著《天工开物》描绘的传统手工纸生产流程

开发制浆造纸虚拟仿真软件，将造纸系统中的大型化设备、工艺流程、参数调节等融入到虚拟环境中，学生在虚拟环境下进行实验操作，可有效避免现实实验的难操作性和危险性，同时达到培养学生的实践能力和创新思维，实现从理论知识学习（课程教学）到实践能力提升（企业需求）的无缝对接。本实验融合了《制浆原理与工程》《植物纤维化学》和《造纸原理与工程》三大核心理论课程的相关知识，有助于学生全面系统地掌握专业理论知识，实现重要知识点的融会贯通，培植工程概念，提升设计能力，充分体现了本实验项目的“两性一度”。同时，本实验还有机融入了文明传承、历史文化、大国工匠、探索创新、工程伦理、绿色发展、乡村振兴、生态文明、双碳目标等众多思政元素。

2．教学设计的合理性

（1）教学目标设计的合理性

本虚拟仿真实验围绕轻化工程专业培养要求和制浆造纸理论与实践课程培养目标，针对传统宣纸生产流程复杂、周期长、危险性、学生参与度低等重要问题，依据《制浆工艺实验》和《造纸工艺实验》和相应理论课的教学大纲精心设计，将理论、实践、思政元素融为一体，设计了以学生为中心的研究性和创新性实践教学，调动学生参与实践教学的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和潜能，重点培养学生的认知和实践能力、分析和解决问题能力、综合实践和创新能力以及社会责任感和终身学习的综合素质，以新工科培养要求为导向，通过虚拟仿真成果引领示范作用。

图4实验结构框架图

（2）教学内容设计的合理性

宣纸从古至今一直是中国传统书法绘画的载体，具有生产周期长、过程复杂、耗水量大等特点，流程复杂，影响宣纸生产质量的因素多，操作过程存在一定的危险性和不可逆操作性（图3）。虚拟仿真项目通过优化工艺过程，前期实验探索，简化流程，将流程简化为备料、蒸煮、漂白、打浆、配浆抄纸、干燥成品等工序（图4），并选择宣纸主要浆料檀皮制浆过程中的蒸煮条件对檀皮浆纤维聚合度（DP）的影响进行重要的实验探索交互步骤，在此基础上，进一步通过自主实验设计宣纸进行抄造，探究其物理强度、润墨性和老化时间。从而让学生掌握传统宣纸中檀皮浆组分的重要性和其对宣纸影响的科学原理。

（3）教学过程设计的合理性

本虚拟仿真教学实验项目源于传统非物质文化遗产宣纸的生产，瞄准生产设备、参数设置、工艺流程设计与产品质量的相关性等一系列核心问题，围绕檀皮制浆过程纤维变化和宣纸质量指标，遵循学生认识规律、利用规律和自主设计的理论和实践学习过程，构建了“认知-操作-评价-反馈-探究提升”递进式虚拟实验模块，包括生产线和工艺流程认知、设备认知、常见问题案例分析的生产认知环节，重点以檀皮蒸煮对檀皮浆纤维DP影响以及与稻草浆配抄后宣纸质量影响为交互步骤。通过单因素探究、双因素探究和自主设计等7个交互步骤，详细阐明蒸煮条件对檀皮浆性能的影响。同时，设计了不同檀皮浆与稻草浆配比的手工抄纸实验，以及宣纸物理强度（抗张和撕裂）、润墨性和保存时间（老化）检测的交互步骤。本实验课程过程仿真度高、操作连贯性强、知识融合度高，按照学生知识、能力的训练要求由浅入深，循序渐进，集知识、能力和趣味于一体。整个虚拟仿真实验项目的所有“人机互动”教学方式的设计，不仅为学生专业基础知识的掌握提供了有效工具，而且能够支持学生进行参数改变和新方案的设计优化，并通过虚拟仿真进行可视化表达。尤其是通过参数的改变，学生可增强对工艺参数的合理范围及参数对产品质量、生产运行稳定性影响的认识度和理解度。

整个虚拟仿真项目教学具体过程如下：

选择宣纸原料中重要的檀皮原料为制浆主线，探讨檀皮蒸煮、檀皮浆漂白、檀皮浆打浆，檀皮浆与稻草浆按照一定比例调配抄造宣纸，探讨单因素对纸浆纤维和宣纸质量的影响。本实验项目在开放式虚拟仿真实验教学管理和网络共享平台上运行。教师可利用该平台在网上安排学生预习、指导学生实验和批改实验报告。学生可通过实验简介模块进行实验认知；实验流程模块展示宣纸生产主要流程；学生可以通过规律摸索模块自己设置参数学习各工序参数对檀皮浆和宣纸质量影响的规律；学生学习完规律后，可以根据纸种在宣纸生产模块自行设置各参数，最终显示宣纸物理强度和润墨性的效果，学生可以设置5次。虚拟仿真还设置了知识拓展模块，帮助同学对比了解传统造纸和现代造纸的区别，了解生物质精炼的特点和现代造纸的关系，并融入了传统文化、工匠精神、创新探索等课程思政元素。

3．实验系统的先进性

（1）实验设计理念先进，践行“新工科”教学目标

本实验通过分析传统宣纸从檀皮制浆到手工捞造宣纸的过程，结合现代制浆造纸理论和技术，借助江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室平台和江苏省省产教融合品牌专业的优势，在虚拟仿真软件平台上完成宣纸制造过程中关键原料檀皮浆的制浆各主要因素的影响、工艺条件优化和纸张性能评估。借助虚拟仿真实训平台的延伸和融合，通过规律探索巩固学生的知识能力，通过自主实验提升学生的实践能力，通过机制分析启发学生的思维能力，突破传统理论教学和实验教学脱节、实验时空和实验互动受限、过程容错和过程纠错困难等局限，使学生准确理解和牢固掌握制浆造纸的基本原理和方法，为践行“新工科”目标、提高人才培养质量提供保障。

（2）实验交互技术先进，更好地满足“两性一度”

本实验采用3D仿真、动画、WebGL等技术构建了虚拟仿真实验系统，完整呈现了宣纸从原料制造到宣纸抄造过程具有关键科学技术问题的步骤，对关键的檀皮浆蒸煮段影响檀皮浆纤维聚合度（DP）的科学问题，通过对用碱量、蒸煮时间和蒸煮温度从单因素到双因素，深入训练了学生科学分析问题和自我学习探索的能力；在宣纸抄造过程，本实验通过自主实验的方法，通过给定目标，学生通过自主学习和总结，通过对制浆条件的设计获得宣纸的生产目标。交互步骤的学习层层递进，主动探索学习，可以更好的满足“两性一度”的要求。

（3）先进的硬件和软件结合，打造虚实结合的操作体验

本虚拟仿真实验系统依托虚拟现实、人机交互、数据库和网络通讯等技术, 构建高度仿真的虚拟实验对象和实验流程,能够实现“学生在虚拟的环境中做真实验”的要求。通过交互式步骤设计，让学生对蒸煮条件对檀皮浆纤维DP影响和宣纸保存理论进行深度学习。 以真实场景、真实器件、真实设备和真实流程进行虚拟设计和虚拟搭建，并结合实验验证进行实验效果的评价。学生通过实时数据反馈和直观虚拟动画，达到以虚拟方式进行现实实验训练的目的，营造出虚实融合的实验体验。沉浸式 3D 虚拟仿真让学生对宣纸制浆抄造过程的环境、设备、流程有着更加真实的直观认知，提高学生对实验的理解和掌握程度。

非物质文化遗产宣纸的生产周期长、过程复杂、工序繁多；此外，生产过程中部分工段化学腐蚀强、物理伤害大。虚拟仿真实验简化实验流程，完成蒸煮、漂白、打浆、抄纸等宣纸实际生产过程的全流程梳理。学生通过设置合适的蒸煮、漂白、打浆等实验参数制备皮/草浆；选取合理的皮草浆配比、纸药添加量及浆浓进行宣纸的抄造；同时对所抄宣纸进行质量检测。重点围绕檀皮蒸煮与纸页抄造两大核心工序设计交互实验，以优化最佳的生产工艺及参数。具体实验原理如下：

1．檀皮蒸煮（碱法蒸煮）

化学蒸煮是用酸、碱等化学药品的水溶液或有机溶剂作为蒸煮药液，植物纤维素原料在上述化学药品的作用下，其中的木质素被大部分去除，使原料中的纤维细胞彼此分离形成浆料。碱法蒸煮涉及《植物纤维化学》《制浆原理与工程》等课程的相关重要知识点，包括：（1）脱木质素化学：木质素大分子结构单元间连接键（主要是醚键）的断裂、降解木质素的缩合反应、木质素发色基团的形成等；（2）碳水化合物降解化学：纤维素和半纤维素的剥皮反应、终止反应和高温下的碱性水解反应；（3）主要工艺条件，如用碱量、蒸煮温度、蒸煮时间等对碱法蒸煮浆料品质的影响等重要知识点。其中，碱性蒸煮条件对纤维素的聚合度有重要作用，而聚合度的变化是影响纸张强度性能、保存时间的最直接也是最重要的因素，是整个实验原理的核心知识点。纤维素在碱性介质中的降解反应包括：（1）剥皮反应，即纤维素的还原性末端基逐个脱落使得纤维素分子逐步降解的过程；（2）碱性水解反应，即由于纤维素糖苷氧原子质子化，形成碳正离子，导致部分糖苷键断裂而使纤维素聚合度呈几何级数降低。传统宣纸生产过程蒸煮工段存在蒸煮温度不精确，蒸煮时间长、过程复杂、化学腐蚀强、操作过程不可逆等缺点。虚拟仿真实验利用现代化的蒸球作为蒸煮设备，不但温度、时间精确可控，而且可简化流程。

2．宣纸抄造

抄造即将适合于纸张抄造的纸料，用水稀释至一定浓度，然后在成形网上经初步脱水，形成湿纸幅，再经压榨脱水、烘干，最终制成纸张的过程。纸张抄造涉及纸料脱水形式与纸页成形结构、纤维素降解与纸页老化等重要知识点。其中，纸页成形的主要实验原理是通过合理控制纸料在网上的留着和滤水工艺，使上网的纸料形成优良匀度和物理性能的湿纸幅。在纸页抄造过程中辅以添加部分造纸助剂可以改善纸张的一些特殊性能，如提高纸张匀度，同时还可提高生产效率。传统宣纸生产过程往往采取抄纸技术，这种古老的抄造技术不但可避免机制纸的众横差、而且可提高宣纸的润墨性及均一性、最终实现宣纸的墨分五色和纸寿千年。

整个实验过程通过“实验认知-规律探索-自主生产-知识拓展”，呈现出递进式学习模块。每个模块紧密相连、环环相扣，且各有侧重。学生通过对虚拟仿真每个模块的操作，直观地参与到宣纸抄造的各个环节，同时掌握《造纸原理与工程》《制浆原理与工程》和《植物纤维化学》等专业课程的关键知识点。

本实验涉及的主要知识点共10个，详见表1。

表1 实验知识点

本实验以完成宣纸用檀皮浆生产和抄造相应宣纸为目标，从实验认知、檀皮浆蒸煮条件优化、宣纸生产和质量检测等环节设计实验方案，帮助学生全面认知宣纸生产的关键工艺流程、主要设备结构和运行原理，并培养学生能够根据目标纸种设计蒸煮条件、选择抄纸参数，紧紧围绕“两性一度”设计实验方案，培养学生工匠精神。实验设计两个学时的实验教学任务，需要完成15个实验操作步骤（见图6），含1个场景漫游，1个实验报告，13个操作步骤，操作步骤又分为7个规律探索实验步骤和基于规律探索基础上的6个自主设计实验步骤。具体如下：

步骤1：学生在火狐、谷歌等任一指定浏览器中输入项目网址即可进入本实验项目平台，于网络平台可查看项目名称、项目描述、项目评价、通知公告、知识角等内容，也可查看项目简介、视频、团队以及学时学分等内容，还可进行线上讨论（如图7所示）。通过平台各内容学习，充分了解项目内容及要求，掌握制浆造纸相关理论知识和项目相关的目标及背景等，完成相关预习工作，为虚拟仿真实验做好准备。

步骤2：点击项目平台主界面的“报名参加”按钮，可进入“纸寿探秘—非物质文化遗产宣纸生产虚拟仿真实验”登陆界面，学生根据学号或给定的账号密码信息输入“账号”“密码”和“验证码”即可快速进入虚拟仿真实验系统。评审人员或其他人员可直接点击评审账号1或者评审账号2进入虚拟仿真实验系

步骤3：进入系统后，系统界面显示项目名称、负责人、学时学分、开课时间等内容，同时可查看与本项目相关的实验要求、教学成果、实验背景、设计原则、实验目标和成绩评定等内容。学生或其他人员可点击“进入实验”直接开展实验内容，也可点击“实验指南”查看指南界面和相关要求，初步了解实验内容和初步了解实验内容和实验界面。

步骤4：点击“进入实验”按钮，系统开始加载，加载完成后进入实验系统，界面显示“纸寿探秘—非物质文化遗产宣纸生产虚拟仿真实验”，点击进入实验后，显示实验界面，学生可以看到整个实验框架：实验简介、实验流程、规律探索、自主实验、知识拓展以及最后的实验报告。学生可以点击各按钮进行学习，比如图中就是实验简介部分的实验背景的介绍，熟悉虚拟仿真实验系统的操作过程和相关实验要求。

步骤6：查看完实验简介部分后回到主界面，点击“实验流程”按钮，界面显示厂区的全貌，共有四个车间：制浆车间、抄纸车间、干燥车间和成品车间，车间外面远处有稻草备料燎草的场景，也有废水处理厂和发电厂和办公区域，整个厂区处于青山绿水之间，与大自然形成和谐共生的场景。学生可以点击按钮进行学习，同时可以学习理论知识和设备结构的相关知识。（交互步骤1）

完成理论学习后，同学可以进入规律探索部分。

步骤7：点击“规律探索”按钮，进入规律探索界面，如图17 ，图中试蒸煮部分规律探索实验，设计了三个单因素和三个双因素实验。学生通过这部分实验研究后，掌握檀皮浆蒸煮条件对檀皮浆纤维DP的影响规律，能够根据目标需要进行自行设计蒸煮条件。下面分六个交互步骤一一介绍。

场景：檀皮原料通过传送带送至制浆车间的檀皮原料区；原料装进蒸煮网胆内，行车吊至蒸煮国内，锅盖加盖；开启药液阀门按照加入量计量，打开蒸汽阀门，控制温度和压力；蒸煮过程采用药液循环方式，药液从顶部盖子处加入，喷淋到檀皮上，沿着檀皮下降并与之反应，到了底部穿过内胆底部滤网，在底部被泵抽出，通过加热泵加热后再次被从顶部盖上进入。保温至设定时间，放汽至压力为零；打开锅盖，有蒸汽徐徐升起，网胆提出的时候有黑液往下流，停顿至黑液滴答为止，行车平移至输送螺旋进料口上方，网胆底盖打开，原料颜色均匀（浅褐色）散落往下落入输送螺旋。蒸煮过程中蒸煮锅部分做成透视的效果，展现檀皮蒸煮过程中檀皮表皮脱落、木质素果胶类剥落，檀皮逐步解离成松散状态。

点击“用碱量”（交互步骤2），进入用碱量对蒸煮影响的界面

实验目的：使学生了解檀皮蒸煮过程中NaOH用量对檀皮浆得率和纤维DP的影响，基于实验结果，建立檀皮蒸煮制浆过程中NaOH用量和檀皮DP之间的数学模型。

知识点： 植物原料主要是由纤维素、半纤维素和木质素构成，纤维和纤维之间的胞间层含有大量木质素。制浆过程中可以通过碱等化学助剂攻击降解木质素，木质素的溶出，檀皮纤维解离成单根纤维的纸浆。随着碱用量的增加，体系pH值增加，对纤维细胞壁的润胀作用越大，增加了扩散作用的渠道，木质素被攻击降解溶出越多；碱用量过多，可能会造成纤维的碱性水解，纤维分子链降解严重。选择合适的用碱量很重要。

实验操作：学生沿着实验台阶到达蒸煮锅旁边的控制台，通过控制面板控制实验参数（固定蒸煮温度140℃，保温时间5小时），学生在学生在控制面板上输入NaOH用量，学生输入NaOH用量可以在0～50%之间选择数值，采用等差数列选取5个或以上数值。

实验现象：蒸煮过程中，可以透视的观察蒸煮锅内檀皮原料的宏观变化和单独小窗显示微观变化。随着NaOH用量增加，蒸煮锅内檀皮逐渐塌陷、解离开，檀皮上逐渐有碎屑剥落；小窗口显示檀皮纤维的分子链随着用碱量增加，在20%之前，只是末端有断裂，超过30%后，分子链中间也有断裂，且随着用加量增加而剧烈。用加量在10%以下，檀皮不成浆；超过30%用量，檀皮浆纤维较短，也不好，发出警告提示。

实验结果：学生可以通过控制面板点结果，可以看到随着改变用碱量，出现用碱量对制浆得率和檀皮纤维DP变化的曲线图，同时给出拟合公式。

赋分模型：本步骤主要考察知识能力和实验能力，分值8分。用碱量选择范围在10%～30%之间，规定取值5～10个。知识能力得分：几个间隔中均有取值，知识能力得分5分；在其中三个范围内取值者且相对均匀者，得分4分；虽然取值不均匀，但取值在其中三个范围内者，得分3分；低于3分的不得进行下一步，继续学习。实验能力得分：1次得分5分的实验能力得分3分；2次或者3次能够得分5分的实验能力得分2分；实验3次，得分超过3分，但不得满分的能力得分1分；其他0分。

步骤8：蒸煮温度（交互步骤3），进入蒸煮温度对檀皮浆纤维DP影响的界面

实验目的：了解檀皮蒸煮过程中蒸煮温度对檀皮浆得率和纤维DP的影响，基于实验结果，建立檀皮蒸煮制浆过程中蒸煮温度和檀皮DP之间的数学模型。

知识点：温度升高，药液的粘度降低，表面张力下降，扩散系数增加，药液压力浸透和扩散浸透的速率都会加快，有利于反应的进行；但温度过高，则会造成蒸煮不均匀和纤维分子链的降解，导致DP下降严重。

实验操作：学生通过控制面板改变蒸煮温度参数（固定NaOH用量20%，保温时间5小时），学生在控制面板上输入蒸煮温度，学生输入蒸煮温度可以在100～180℃之间选择数值，采用等差数列选取5个或以上数值。

实验现象：蒸煮过程中，可以透视的观察蒸煮锅内檀皮原料的宏观变化和单独小窗显示微观变化。随着蒸煮温度的增加，蒸煮锅内檀皮也是逐渐塌陷、解离开，檀皮上逐渐有碎屑剥落；小窗口显示檀皮纤维的分子链随着蒸煮温度增加，在140℃之前，只是末端有断裂，超过160℃，分子链中间也有断裂，且随着蒸煮温度的提高而剧烈。超过180℃，压力阀喷汽，系统报警。

实验结果：学生可以通过控制面板点结果，可以看到随着改变蒸煮温度，出现蒸煮温度对制浆得率和檀皮纤维DP变化的曲线图，同时给出拟合公式

赋分模型：本步主要考察知识能力和实验能力，分值8分。温度选择范围在100～180℃之间，规定取值5～10个。知识能力得分：几个间隔中均有取值，得分5分；在其中三个范围内取值者且相对均匀者，得分4分；虽然取值不均匀，但取值在其中三个范围内者，得分3分；低于3分的不得进行下一步，继续学习。实验能力得分：1次得分5分的实验能力得分3分；2次或者3次能够得分5分的实验能力得分2分；实验3次，得分超过3分，但不得满分的能力得分1分；其他0分。

步骤9：保温时间（交互步骤4），进入保温时间对檀皮浆纤维DP影响的界面

实验目的：了解檀皮蒸煮过程中保温时间对檀皮浆得率和纤维DP的影响，基于实验结果，建立檀皮蒸煮制浆过程中蒸煮温度和檀皮DP之间的数学模型。

知识点：药品与木质素反应除了碱用量和蒸煮温度外，保温时间也是重要影响因素，随着保温时间的增加可以，反应充分，木质素等非纤维组分脱出越来越多，时间过长，反而会导致纤维素发生水解反应导致纤维DP下降。

实验操作：学生通过控制面板改变保温时间参数（固定NaOH用量20%，蒸煮温度140℃），学生在控制面板上输入不同保温时间，学生输入保温时间可以在1～10小时之间选择数值，采用等差数列选取5个或以上数值。

实验现象：蒸煮过程中，可以透视的观察蒸煮锅内檀皮原料的宏观变化和单独小窗显示微观变化。随着保温时间的增加，蒸煮锅内檀皮出现逐渐塌陷、解离，檀皮上逐渐有碎屑剥落；小窗口显示檀皮纤维的分子链断裂随着保温时间的增加而提高。

实验结果：学生可以通过控制面板点结果，可以看到随着改变保温时间，出现保温时间对制浆得率和檀皮纤维DP变化的曲线图，同时给出拟合公式

赋分模型：本步主要考察知识能力和实验能力，分值8分。用碱量选择范围在1～10小时之间，规定取值5～10个。知识能力得分：几个间隔中均有取值，得分5分；在其中三个范围内取值者且相对均匀者，得分4分；虽然取值不均匀，但取值在其中三个范围内者，得分3分；低于3分的不得进行下一步，继续学习。实验能力得分：1次得分5分的实验能力得分3分；2次或者3次能够得分5分的实验能力得分2分；实验3次，得分超过3分，但不得满分的能力得分1分；其他0分。

步骤10：NaOH用量/蒸煮温度（交互步骤5），进入蒸煮温度对檀皮浆纤维DP影响的界面

实验目的：了解檀皮蒸煮过程中NaOH用量和蒸煮温度双重参数因素对檀皮浆得率和纤维DP的影响，基于实验结果，建立檀皮蒸煮制浆过程中NaOH用量和蒸煮温度与檀皮DP之间的数学模型。

知识点：用碱量影响体系的pH值，蒸煮温度可以克服反应势垒，两者协同作用可以互相弥补各自的缺点，可以通过提高一个参数的取值范围来降低另一个参数的取值，得到同样的纤维素DP值。

实验操作：学生在学习了解单因素规律后，通过控制面板改变用碱量和蒸煮温度两个参数（固定保温时间5小时），学生在控制面板上同时输入NaOH用量和蒸煮温度，NaOH用量取值10%～30%，蒸煮温度取值范围100～180℃范围，每个因素可以取5个以上。

实验现象：蒸煮过程中，可以透视的观察蒸煮锅内檀皮原料的宏观变化和单独小窗显示微观变化。随着学生输入不同用碱量和蒸煮温度，在蒸煮锅的的位置出现一个小的动画界面，显示蒸煮过程中檀皮纤维和纤维之间不断破坏，纤维分离开的；同时，纤维的分子链模型随着两个参数的变化而变化，变化趋势参照拟合曲线。学生点结果的时候显示的是两因素对檀皮影响的曲面图，图上显示了较好对应于DP的两因素取值范围。

实验结果：学生可以通过控制面板点结果，可以看到用碱量和蒸煮温度双因素对檀皮纤维DP变化的曲线图，同时给出拟合公式。

赋分模型：本步主要考察知识能力，分值6分：用碱量选择范围在10%～30%之间，蒸煮温度在100～180℃之间，规定取值5次。参照步骤1和步骤2的赋分标标准相应赋分。

步骤11：NaOH用量/保温时间（交互步骤6），进入NaOH用量/保温时间对檀皮浆纤维DP影响的界面

实验目的：了解檀皮蒸煮过程中NaOH用量和保温时间双重参数因素对檀皮浆得率和纤维DP的影响，基于实验结果，建立檀皮蒸煮制浆过程中NaOH用量和保温时间与檀皮DP之间的数学模型。

知识点：用碱量影响体系的pH值，保温时间可以保证反应的进行，两者协同作用可以互相弥补各自的缺点，可以通过提高一个参数的取值范围来降低另一个参数的取值，达到同样的纤维素DP值。

实验操作：学生在学习了解单因素规律后，通过控制面板改变用碱量和保温时间两个参数（固定蒸煮温度140℃），学生在控制面板上同时输入不同用碱量和保温时间，在蒸煮锅的的位置出现一个小的动画界面，显示蒸煮过程中檀皮纤维和纤维之间不断破坏，纤维分离开的；同时，纤维的分子链模型随着两个参数的变化而变化，变化趋势参照拟合曲线。

实验现象：蒸煮过程中，可以透视的观察蒸煮锅内檀皮原料的宏观变化和单独小窗显示微观变化。随着学生输入不同用碱量和保温时间，在蒸煮锅的的位置出现一个小的动画界面，显示蒸煮过程中檀皮纤维和纤维之间不断破坏，纤维分离开的；同时，纤维的分子链模型随着两个参数的变化而变化，变化趋势参照拟合曲线。学生点结果的时候显示的是两因素对檀皮影响的曲面图，图上显示了较好对应于DP的两因素取值范围

实验结果：学生可以通过控制面板点结果，可以看到用碱量和保温时间双因素对檀皮纤维DP变化的曲线图，同时给出拟合公式。

赋分模型：本步主要考察知识能力，分值6分：用碱量选择范围在10%～30%之间，保温时间1～10小时之间，规定取值5次。参照步骤1和步骤2的赋分标标准相应赋分。

步骤12：蒸煮温度/保温时间（交互步骤7），进入蒸煮温度/保温时间对檀皮浆纤维DP影响的界面

实验目的：了解檀皮蒸煮过程中蒸煮温度和保温时间双重参数因素对檀皮浆得率和纤维DP的影响，基于实验结果，建立檀皮蒸煮制浆过程中NaOH用量和保温时间与檀皮DP之间的数学模型。

知识点：蒸煮温度可以促进反应的进行，保温时间可以保证反应的进行，两者协同作用可以互相弥补各自的缺点，可以通过提高一个参数的取值范围来降低另一个参数的取值，达到同样的纤维素DP值。

实验操作：学生在学习了解单因素规律后，通过控制面板改变蒸煮温度和保温时间两个参数（固定固定用碱量20%），学生在控制面板上同时输入不同蒸煮温度和保温时间，在蒸煮锅的的位置出现一个小的动画界面，显示蒸煮过程中檀皮纤维和纤维之间不断破坏，纤维分离开的；同时，纤维的分子链模型随着两个参数的变化而变化，变化趋势参照拟合曲线。

实验现象：蒸煮过程中，可以透视的观察蒸煮锅内檀皮原料的宏观变化和单独小窗显示微观变化。随着学生输入不同蒸煮温度和保温时间，在蒸煮锅的的位置出现一个小的动画界面，显示蒸煮过程中檀皮纤维和纤维之间不断破坏，纤维分离开的；同时，纤维的分子链模型随着两个参数的变化而变化，变化趋势参照拟合曲线。学生点结果的时候显示的是两因素对檀皮影响的曲面图，图上显示了较好对应于DP的两因素取值范围。

实验结果：学生可以通过控制面板点结果，可以看到蒸煮温度和保温时间双因素对檀皮纤维DP变化的曲线图，同时给出拟合公式

赋分模型：本步主要考察知识能力，分值6分：蒸煮温度选择范围在100～180℃之间，保温时间1～10小时之间，规定取值5次。参照步骤1和步骤2的赋分标标准相应赋分。

步骤13：檀皮浆生产（交互步骤8），进入檀皮浆生产的界面

实验目的：根据上述温度、时间、用碱量对聚合度的单因素和双因素影响规律，能够根据给定的聚合度浆料设计合理的蒸煮参数。

知识点：通过总结单因素和双因素影响规律，理解温度、时间、用碱量之间的相互内在联系及其对聚合度的综合影响。

实验操作：系统从设定的聚合度中（800、1200、1700、2500）,随机选择一个聚合度作为生产任务。此时界面跳转至蒸煮控制界面，学生自行设置用碱量、保温时间、蒸煮温度，点击“确认”，画面显示蒸煮过程纤维的变化过程，最终获得浆料并显示聚合度值，点击提交该聚合度进入下一步。若设置温度、时间、用碱量不合理，点击生产后，蒸煮过程提示报警信息。得到聚合度值后或提示报警后，学生都可选择重新生产，每个学生至少生产3次，最终选择最佳方案提交。

实验结果：通过设置温度、时间、用碱量，得到相应的聚合度值