一、学生交互性操作步骤，共 31 步
二、交互性步骤详细说明
1）实验认知模块（3步）
首先学生通过学习实验简介了解项目概况，然后对整个实验场景工序进行认知学习（包括基本概念及原理、基础工程知识、分析及检测方法等），最后设计了预习自测题，检验学生的学习效果。
①基本概念及原理（1步）
点击实验认知模块按钮，进入实验认知模块。点击左侧流程框“基本概念及原理”按钮，进行基本概念及原理的学习。
图1基本概念及原理界面图
依次点击基本概念及原理中车身金属材质、脱脂、车身涂装及涂装前表面处理、化学转化膜形成机理等界面分别学习这四部分内容。
②工程基础知识（1步）
图2基础工程知识界面图
点击左侧流程框“基础工程知识”按钮，进行基础工程知识的学习。
基础工程知识主要分为：工艺概述、纯水系统、输送系统、循环系统、热交换系统、加料系统、分离系统、工艺流程图等八部分。依次点击该界面右侧的每部分的按钮，分别进入各个部分学习。
③分析及测试方法（1步）
分析及测试是材料专业十分重要的课程和技能之一。分析及测试方法内容包括槽液控制参数测定和锆化膜性能表征两大部分。槽液控制参数分为：总碱和游离碱、pH、电导率、锆离子浓度、游离氟离子浓度六部分内容，锆化膜性能表征分为：电化学分析、外观形貌分析、膜重分析三部分内容。其中不仅涉及了化学分析中滴定分析法还涉及了仪器分析中的电极分析法、电化学分析法、分光光度分析法、扫描电镜分析和X射线荧光分析（XRF）等内容，培养和锻炼材料专业学生的分析与测试的技能。
图3分析及测试方法界面图
点击界面左侧按钮进入“分析及测试方法”学习。找到界面上部的“槽液控制参数”和“锆化膜性能”按钮，分别进入学习相关内容。
④预习自测
该部分是对上述基本概念及原理、基础工程知识、分析及检测方法三部分理论及工程知识的核心知识点进行考核。由题库中随机抽出10道多选题和10道判断题，组成预习自测题。
点击界面左侧的“预习自测”按钮，即可进入答题，答题结束后，点击提交即完成答题。
图4预习自测考核界面图
2）实验探索模块（28步）
①场景漫游
实验主界面点击进入实验探索模块。点击左侧流程框“场景漫游”按钮，进入场景漫游环节。在这个环节中，三维动画真实还原了汽车车身表面处理的生产过程，学生可以了解其生产工艺和关键设备。
图5场景漫游界面
选择点击“下一步”，则进入“工艺及设备浏览”环节。
②工艺及设备浏览
点击界面中三个按钮可以分别进入“一楼设备平台”、“二楼工艺平台”和“分析测试中心”浏览学习。
图6工艺及设备浏览界面
a)在“一楼设备平台”中可以了解汽车车身表面处理工艺的主要设备，点击原理图上的图标关联到相应设备，可透明其余模型及设备，单独显示，并可以控制视角360观察。
图7一楼设备平台界面
b)点击进入“二楼工艺平台”可以了解典型的汽车车身表面处理工艺和过程。
图8二楼工艺平台界面
c)点击进入“分析测试中心”（8步）
“分析测试中心”探索内容包括：槽液分析和锆化膜性能分析。槽液分析包括：pH值、电导率、脱脂处理液的总碱和游离碱、锆化液的锆离子浓度和游离氟离子浓度等；锆化膜性能分析包括：膜重分析、微观形貌分析、电化学性能分析等。
点击画面左侧的“实验室分析与测试”，进入场景漫游中的“分析实验中心”学习。分析实验中心包括了四个实验室，即槽液分析实验室、表面形貌实验室、膜重分析实验室和电化学分析实验室。
图9分析测试中心界面
点击“下一步”，进入自主探索阶段的“材料体系的选择”环节
③材料体系的选择（5步）
材料体系的选择包括车身金属材料的选择、脱脂剂的选择及表面处理液体系的选择。
a)车身金属材料的选择（1步）
点击界面下方的“车身金属材料的选择”按钮，系统提供了冷轧钢板、热镀锌板、铝合金板等三种典型的车身用板材，要求根据实验的要求和知识点的提示，选择出最优材料。
图10车身金属材料的选择界面
b)脱脂剂的选择（3步）
系统提供了三个脱脂剂的关键指标即脱脂温度、脱脂液的pH和表面活性剂，学生可根据知识点的提示进行探索实验，选择出最佳的脱脂剂及脱脂控制参数。
图11脱脂剂的选择界面
c)表面处理液的选择（1步）
在这个环节中，要求对不同的表面处理技术（传统三元锌系磷化技术和环保型锆化处理技术）进行比较并选择出正确的表面处理液。
图12表面处理液的选择界面
该环节所有动作完成后，系统自动记录在实验报告中，并给出相应的评价。
④表面处理工艺设计（5步）
本环节主要分为两部分内容：（1）对整体工艺进行设计，选择出最优工艺；（2）对分段工艺的主要细节进行设计，选择出重要的设备。
点击界面左侧“表面处理工艺设计”环节，界面弹出“工艺设计”框，其中分别列出了洪流清洗、脱脂喷淋、脱脂浸洗、锆化成膜、纯水喷淋、纯水浸洗六个工段，要求学生根据实验要求，对上述工段进行有效整合，组合出一套完善的合理或最优工艺。
图13表面处理工艺设计界面
整体工艺选取完成后，点击确认，界面下方会出现所选工段的按钮，分别点击这些工段按钮，系统会提供教学引导视频，根据教学引导和相关提示，对相应工段流程示意图进行重要设备选取。如选取困难，系统会提示并链接到实验认知中相关的知识点帮助完成设备选取。
图14分段工艺选择界面
分段工艺流程示意图中的设备选取完成后，系统自动生成完整的工艺流程图。学生如果对结果不满意，可以选择“重新选取”。所有动作完成后，系统自动生成实验报告，给出评判。
⑤工艺控制参数的优化（7步）
锆化液的工艺参数的控制对锆盐转化膜的质量至关重要。其主要的工艺参数包括：反应时间、反应温度、锆化液的pH值、锆离子浓度、游离氟离子浓度。系统设置了单因素变量法讨论工艺参数对锆化膜的防腐性能（锆化膜重（CW）和自腐蚀电流电流密度（CCD））的影响。
点击界面左侧的“工艺控制参数的优化”，进入该环节。
a)反应时间
点击界面下方的“反应时间”按钮，界面会出现反应时间对锆化膜重（CW）和自腐蚀电流电流密度（CCD）关系图。选择一个合适的反应时间，得到最佳的锆化膜重（CW）和较低的自腐蚀电流电流密度（CCD）。
图15反应时间参数的优化界面
此外，系统还提供了锆化膜的扫描电镜照片以观察其微观形貌以及电化学之极化曲线和交流阻抗谱图作为辅助数据以判断所选参数是否合适。
图16反应时间参数的优化界面
b)反应温度
点击界面下方的“反应温度”按钮，界面会出现反应温度对锆化膜重（CW）和自腐蚀电流电流密度（CCD）关系图。选择一个合适的反应温度，得到最佳的锆化膜重（CW）和较低的自腐蚀电流电流密度（CCD）。
图17反应温度参数的优化界面
此外，系统还提供了锆化膜的扫描电镜照片以观察其微观形貌以及电化学之极化曲线和交流阻抗谱图作为辅助数据以判断所选参数是否合适。
图18反应温度参数的优化界面
c)锆化液的pH值
点击界面下方的“pH值”按钮，界面会出现锆化液pH值对锆化膜重（CW）和自腐蚀电流电流密度（CCD）关系图。选择一个合适锆化液pH值，得到最佳的锆化膜重（CW）和较低的自腐蚀电流电流密度（CCD）。
图19锆化液的pH值参数的优化界面
此外，系统还提供了锆化膜的扫描电镜照片以观察其微观形貌以及电化学之极化曲线和交流阻抗谱图作为辅助数据以判断所选参数是否合适。
图20锆化液的pH值参数的优化界面
d) 针对实际生产过程中锆化液pH值变化，系统设计了计算最高pH值（pH值的控制）的例题以考察学生对相关知识的综合运用。
锆化处理液的pH值是十分重要的工艺参数。当pH值升高到一定的数值时，锆化处理液中Zr4+会和OH-在锆化处理液中直接发生沉淀反应，生成Zr(OH)4沉淀，而不会在金属基材表面发生下列电化学反应，使ZrO2沉积在金属基材表面，故无法形成锆盐转化膜。
要求：计算锆化液最高pH值。
画面中给出计算条件：
当游离F离子的浓度为200ppm，即 1.1*10^-2（10^-1.96）mol/L时, 计算出处理液中不产生Zr(OH)4沉淀的最高pH值。
学生点击“知识点”，可以获得计算所需的原理及公式：
锆化反应按以下步骤进行：
酸性条件下氟锆酸解离：
金属表面的电化学反应：
氟锆酸盐沉积在金属表面，形成锆化膜：
溶液中还存在下列平衡：
学生计算完成后，把计算结果键入画面中的三个空格中，点击提交即可。
图21锆化液的pH值参数的优化界面
e）锆离子浓度
点击界面下方的“锆离子浓度”按钮，界面会出现锆离子浓度对锆化膜重（CW）和自腐蚀电流电流密度（CCD）关系图。选择一个合适的锆离子浓度，得到最佳的锆化膜重（CW）和较低的自腐蚀电流电流密度（CCD）。
图22锆化液的锆离子浓度参数的优化界面
此外，系统还提供了锆化膜的扫描电镜照片以观察其微观形貌以及电化学之极化曲线和交流阻抗谱图作为辅助数据以判断所选参数是否合适。
图23锆化液的锆离子浓度参数的优化界面
f）游离氟离子浓度
点击界面下方的“游离氟离子浓度”按钮，界面会出现游离氟离子浓度对锆化膜重（CW）和自腐蚀电流电流密度（CCD）关系图。选择一个合适的锆离子浓度，得到最佳的锆化膜重（CW）和较低的自腐蚀电流电流密度（CCD）。
此外，系统还提供了锆化膜的扫描电镜照片以观察其微观形貌以及电化学之极化曲线和交流阻抗谱图作为辅助数据以判断所选参数是否合适。
图24锆化液的游离氟离子浓度参数的优化界面
g)针对实际生产过程中锆化液中游离氟离子浓度不断升高，计算需要加入沉淀剂硝酸铝的量以控制锆化液中游离氟离子浓度，以考察学生对相关知识的综合运用。
图25锆化液的游离氟离子浓度参数的优化界面
⑥产品质量评估（3步）：
根据学生选择的五个工艺参数的数值，系统自动选择一组偏离值最大的数值进行膜层的性能分析，从微观形貌分析、膜重分析、电化学分析三个维度，与标准图及数据比较，对产品质量做出合理评估。
学生可以根据评估结果自行选择是否重新实验。
3）实验报告
在学生完成全部仿真模拟操作实验之后，结合实验全过程进行综合的考核评价，系统通过记录实验过程中的各个关键节点的数据，真实有效的记录在实验报告中，并根据赋分模型生成成绩，判定是否合格，如果学生顺利通过实验考核，则给予通过，如果实验成绩不合格，则可以重复进行实验。到此实验全部结束。
图26实验报告界面