《Education for Chemical Engineers》：Virtual Reality: Enhancing Chemical Engineering Students' Learning in Process Safety
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化学工程领域所涉及过程的复杂性对教育工作者构成了挑战，因为传统教学方法难以充分传递该领域的深度。虚拟现实（Virtual Reality, VR）提供了动态、交互式的体验，能够超越这些局限，实现超越现实世界限制的参与。本研究采用建构主义方法设计了可通过头戴式显
化学工程领域所涉及过程的复杂性对教育工作者构成了挑战，因为传统教学方法难以充分传递该领域的深度。虚拟现实（Virtual Reality, VR）提供了动态、交互式的体验，能够超越这些局限，实现超越现实世界限制的参与。本研究采用建构主义方法设计了可通过头戴式显示器体验的过程安全学习活动。通过监督控制与数据采集（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）进行的过程控制使学生能够观察其行为的实时后果，并安全地逆转不利或不稳定事件。研究人员在三所大学的80名化学工程本科生中评估了基于VR的过程安全学习有效性。学生通过比较其在VR体验前后、使用嵌入VR环境中经过精心设计的危险与可操作性研究（Hazard and Operability Study, HAZOP）问题所获得的结果而接受评估。研究结果呈积极态势，学生表示更有信心将VR作为体验式学习复杂概念和培养可迁移技能的平台。超过93%的学生认为该工具有助于过程安全学习，而96%的学生表示该工具增强了决策能力（μ = 4.66，z = 0.53）。本研究可为未来研究采用系统化教学法设计过程安全教育的虚拟环境和内容提供参考。
**基于虚拟现实的过程安全教学创新——化学工程本科生学习成效评估**
**一、研究背景与问题**
化学过程工业属于高风险行业，尽管过程安全设计技术不断进步，重大安全事故仍时有发生，例如2019年天嘉宜化工爆炸和2020年贝鲁特爆炸等。事后调查表明，人为失误在化工行业事故成因中占60%–80%，其中操作员失误占油气行业事故的79%。然而，大量化学工程毕业生缺乏充分的过程安全知识，大学阶段的过程安全教育仅占总学分约1%–2%，且多以传统讲座方式讲授安全原则、政策和案例，教学效果有限。学生普遍反映此类课程存在信息量过大、内容枯燥、缺乏真实感和实践应用等不足。现场参观和实习机会有限，且部分实习仅涉及事务性工作，难以有效培养学生的过程安全能力。因此，亟需探索能够弥合理论知识与实践应用之间鸿沟、促进主动参与并符合行业需求的创新教学方法。虚拟现实（Virtual Reality, VR）凭借其沉浸性和交互性，为复现真实工业场景、开展体验式教学提供了新技术路径。该研究发表于《Education for Chemical Engineers》。
**二、研究目的与内容**
研究人员设计并开发了一套基于VR的过程安全教学模块，以虚拟胺吸收工厂为载体，采用建构主义方法引导学生在真实案例场景中主动构建知识。研究旨在回答两个核心问题：何种过程安全教学内容适合VR平台并应如何整合？VR作为技术化教学工具能否有效改善化工本科生的过程安全学习体验？研究同时评估了学生在VR体验前后对过程安全知识的掌握程度，以检验VR教学的成效。该研究为未来过程安全教育中VR环境与内容的系统化教学设计提供了参考框架。
**三、关键技术方法**
研究人员以Aspen V12.1流程模拟器建立胺洗涤过程稳态模型，采用“Acid Gas – Chemicals Solvents”物性包，以30%质量分数单乙醇胺（MEA）为溶剂，设定CO?脱除效率92%；据此编制管道仪表图（P&ID）并开展危险与可操作性研究（HAZOP）分析，生成覆盖流量、压力、温度、液位四个参数共32道多选题，由FLUOR公司马尼拉分部工程师验证；使用Blender构建三维模型，导入Unity 3D平台以C#语言开发交互逻辑，部署于PICO头显；设置个人防护装备（PPE）、工厂导览、启动、停机及HAZOP五种训练模式。样本来自莫纳什大学马来西亚校区、马来西亚理工大学（UTM）和菲律宾德拉萨大学共80名三、四年级化工本科生，采用相同HAZOP试卷进行前测-后测对照评估，数据经描述性统计、线性回归和配对t检验分析。
**四、研究结果与讨论**
**4.1 反应层面结果**
问卷信度经克伦巴赫α系数检验为0.80，表明内部一致性可接受。各部分结果分述如下：
**4.1.1 感知学习**
超过93%的学生认为VR工具有利于过程安全学习（μ = 4.70，z = 0.64）；超过96%的学生认为其提升了决策能力（μ = 4.66，z = 0.53）。结果表明，VR体验增强了学生掌握过程安全知识并应用可迁移技能的信心。
**4.1.2 感知存在感**
93%的学生表示如同置身真实化工厂（μ = 4.49，z = 0.73），94%能有效与虚拟对象交互（μ = 4.51，z = 0.75），94%感受到沉浸感（μ = 4.46，z = 0.65）。然而，59%的学生报告了晕动症相关不适（μ = 2.99，z = 1.24），提示需控制单次使用时长并加强适应引导。
**4.1.3 感知可用性**
系统可用性量表（SUS）平均得分为68.9，对应C级（前52%）。与同类研究（如GSK工厂VR安全培训SUS 79.6）相比存在差距，可能与本科生对工业设备熟悉度较低有关，但大部分学生的SUS得分集中在60–79区间，总体接受度良好。
**4.1.4 变量间关系**
配对线性回归显示，沉浸感（m = 0.67，p < 0.001）和交互性（m = 0.42，p < 0.001）对过程安全知识获取有较强正向影响，认知负荷影响较弱（m = 0.17，p = 0.0368）；对可迁移技能呈类似趋势（沉浸感m = 0.46，交互性m = 0.32，认知负荷m = 0.16）；对学习动机而言，沉浸感（m = 0.43，p < 0.001）和交互性（m = 0.17，p = 0.0342）为显著预测因子，认知负荷影响不显著（m = 0.06，p = 0.3706）。
**4.2 焦点小组讨论结果**
定性数据提炼出三个主题：（1）VR作为新颖教学工具显著改善了学与教体验，学生高度认可其安全、直观且趣味性强的特点，行业代表亦肯定其在人员培训与模拟演练中的应用潜力；（2）学生倾向于模块内设置引导式任务提示，而学者和工业界人士更偏好自主探索，认为开放性的故障排查更贴近真实工程问题；（3）VR引起的眩晕等负面效应以及设备交互不适需通过重置边界、增加音频指导等方式加以改进，以保证工具的可持续使用。
**4.3 学习层面评估**
采用相同HAZOP试卷的前后测比较显示，7个小组中4个小组后测分数提高，平均分从前测的72.02%升至后测的75.03%。但配对t检验显示差异未达统计显著性（p =
