中國報告大廳網訊，隨著國家教育數位化戰略行動的深入推進，信息技術與教學實踐的融合不斷加深，高校虛擬仿真實驗教學項目建設也從高危困難實驗群逐步拓展到常規本科教學實驗項目，其目標更側重於培養學生的實踐操作能力和創新意識，以豐富實驗教學手段，服務創新型人才培養。在這一背景下，燃氣灶具熱工性能測定作為常規本科實驗教學內容，其虛擬仿真實驗的建設面臨著如何提升交互性、仿真度以及開放性的挑戰，進而更好地復現實體實驗的教學效果，滿足實驗教學需求。以下是2025年燃氣灶行業技術分析。
燃氣灶行業熱工性能測定虛擬仿真實驗的建設，需嚴格遵循本科實驗教學要求，不僅要保證高仿真度，還原實體實驗的教學要求、實驗原理、操作環境和互動感受，還需結合實驗評分體系，著重培養學生的實驗技能和基本科學素養，通過實驗操作與數據處理驗證理論知識，促進理論與實際緊密結合。
在具體教學設計中，首先要全面梳理實驗操作細節，明確理論知識點及儀器設備操作技巧對應的操作步驟;其次，將大量實驗指導經驗，尤其是不當操作引發的物理參數變化及實驗現象展示納入動作設計，充實開放性操作的實驗效果;最後，建立以操作動作及物理參數為依據的自動評分模型，實現同一操作動作匹配不同步驟計分。
該虛擬仿真實驗採用 3ds Max 建模，基於 B/S 架構，運用 WebGL 標準的開源三維引擎 Threejs 開發。實驗操作共 25 個步驟，每個步驟包含若干滑鼠點擊動作，涵蓋記錄實驗條件數據、稱取 5000 克水、打開燃氣灶加熱並攪拌、觀察溫升記錄溫度與燃氣耗量等內容，且包含三次重複的熱效率測試過程。大部分操作步驟需設計多個動作組合完成，三次重複實驗的評分模型需自動匹配，其中第 3、14、19 步均為稱取 5000 克水的重複性操作步驟，各步驟分值、觸發動作及計分判定條件如下：
開始實驗(共 6 分)：
記錄氣壓室溫等參數(2 分)：觸發動作為分別點擊查看相應儀表或在正前方停留 2 秒以上，計分判定條件為完成上述觸發動作。
記錄灶具型號負荷參數(4 分)：觸發動作為點擊查看灶具銘牌或在正前方停留 2 秒以上，計分判定條件為完成上述觸發動作。
熱效率實驗(共 32 分)：
稱取 5000g 水放入鋁鍋(4 分)：觸發動作為關閉水龍頭、微量吸水，計分判定條件為水重 4995-5005 克(±5 克誤差)。
鋁鍋放在灶具上併合蓋(2 分)：觸發動作為蓋上鍋蓋，計分判定條件為水重 4980-5020 克(擴大允差範圍)。
打開燃氣點燃灶具(2 分)：觸發動作為調大火力(點火用)，計分判定條件為鍋已蓋蓋且在灶上、水重 4980-5020 克。
調節燃氣壓力加熱功率(4 分)：觸發動作為調大、調小燃氣流量，計分判定條件為灶具已著火、燃氣壓力 2500-3000Pa。
加熱初期上下攪拌(2 分)：觸發動作為操作攪拌器，計分判定條件為正在攪拌、鍋已蓋蓋、灶具著火、水溫小於室溫 + 10°C、水重 4980-5020 克。
讀取開始水溫燃氣數(2 分)：觸發動作為切換燃氣表或水溫度計，計分判定條件為鍋已蓋蓋、灶具著火、水溫升 5-10°C、燃氣表指針在整數位附近。
加熱末期上下攪拌(4 分)：觸發動作為操作攪拌器，計分判定條件為正在攪拌、鍋已蓋蓋、灶具著火、水溫升大於 25°C、水重 4980-5020 克。
迅速關火讀取溫度(2 分)：觸發動作為關閉灶火、按秒表 M 鍵，計分判定條件為完成 3、4、5 步、水溫升大於 30°C、已熄火、水重 4980-5020 克。
繼續攪拌讀取最高溫(4 分)：觸發動作為操作攪拌器、切換燃氣表或水溫度計，計分判定條件為正在攪拌、鍋已蓋蓋、已熄火、水溫升大於 30°C、水重 4980-5020 克。
讀取加熱終了燃氣數(4 分)：觸發動作為切換燃氣表或水溫度計，計分判定條件為鍋已蓋蓋、已熄火、溫升大於 30°C、燃氣表指針在整數位附近。
倒空鋁鍋(2 分)：觸發動作為清空鋁鍋，計分判定條件為完成第 3、5 步。
第二次重複實驗(共 28 分)：包括 14-18 步，重複第一次測試 3-13 步，略有合併。
第三次重複實驗(共 28 分)：包括 19-23 步，重複第一次測試 3-13 步，略有合併。
結束實驗(共 6 分)：
關閉灶具倒空鋁鍋(4 分)：觸發動作為關閉灶火、按秒表 M 鍵、清空鋁鍋，計分判定條件為完成第 10、13 步及 18 或 23 步、清空鋁鍋、關閉灶閥門。
關閉燃氣閥門(2 分)：觸發動作為關燃氣鋼瓶閥，計分判定條件為完成第 3、5 步、關閉灶閥、燃氣調節閥、燃氣鋼瓶閥門。
《2025-2030年中國燃氣灶行業市場深度研究與戰略諮詢分析報告》指出，在燃氣灶熱工性能測定虛擬仿真實驗中，稱取水量步驟是關鍵環節之一，需實現交互性與開放性操作，即任何時間、任何階段，所有可操作部件均按實際情況可操作且有反饋，取消操作步驟先後順序限制，以貼近實體實驗操作過程。
稱取 5000 克水放入鋁鍋的動作設計需考慮多方面因素。首先，打開電子秤電源開關前，需判斷鋁鍋是否已在電子秤上及鍋內是否有殘餘水，這些細節會影響電子秤顯示數值;其次，需考慮電子秤去皮功能的使用情況，若使用去皮功能，注水時觀察顯示值達 5000 克即可，若不使用，需記錄空鍋質量，注水時顯示值需達 5000 克 + 鍋重，以確保水淨重 5000 克;再次，注水速度調節需結合球閥特性，實驗室常用快開型球閥，其調節特性曲線接近正弦函數，因此採用正弦函數計算閥門開度與當前流量的關係，引入注水球閥最大流量、閥門開度、當前注水速度變量，以打開球閥動作函數的疊代次數(W_count)為判定依據調節閥柄(W_FB)轉動速度。最後，首次注水後需設計水量微調動作，水多時用滴管吸出，水少時慢開球閥微量補水，通常需多次往返操作才能準確稱取 5000 克水。
隨著操作動作細化，虛擬仿真實驗場景中新增玻璃滴管對象用於吸出多餘水分，稱取水量步驟涉及的變量增至 13 個。其中，重點標記秤上放置物體實際質量、鍋中水質量和顯示質量三個數值，以實現鋁鍋拿起或放下時螢幕顯示值的連續變化，雖增加實驗系統複雜度，但大幅提升交互性操作與仿真度。
對某班 35 名學生稱取 5000 克水步驟的操作記錄分析顯示，完成該步驟平均滑鼠點擊動作 14 次，耗時 132 秒，最快學生僅點擊 6 次、耗時 50 秒即可準確完成。仿真實驗操作實踐與現場實驗學生表現接近，較好滿足實驗教學對該步驟操作的需求，為後續燃氣灶加熱等實驗環節奠定良好基礎。
基於開放性操作設計原則，燃氣灶熱工性能測定虛擬仿真實驗場景中，任何可操作部件在任意時刻均需具備有效動作響應並展示相應效果，這會導致大量非正常實驗操作動作出現，因此需構建細化到每一步每個動作的開放性自動評分模型。
每一步計分判定需由與該步驟關聯的多個實體對象操作動作觸發;
計分判定依據該步驟關聯的多個物理參數狀態及數值範圍確定;
計分判定時需檢查前幾步已正確完成的實驗操作結果是否因不當操作產生變動;
引入重複實驗狀態參數，用於同一操作動作匹配不同實驗步驟。
實驗第 3 步準確稱取 5000 克水放入鋁鍋，平均需 14 次點擊動作完成，要求鋁鍋內水重 5000 克。自動評分時，觸發計分判定邏輯的動作為關閉注水球閥和停止滴管微量吸水，計分判定條件包括電子秤處於開機狀態、鋁鍋放置於電子秤上、球閥已關閉且滴管已停止吸水、鋁鍋內真實水重 5000 克(電子秤螢幕顯示 5000 克或 5000 克 + 鋁鍋質量，允許選擇性使用去皮功能)。
考慮開放性操作特點，允許學生存在一定操作誤差，稱取 5000±5 克水即可完成該步驟進入下一步加熱溫升實驗;若操作誤差略大，雖稱取水量步驟不得分，但仍可繼續後續加熱操作並獲得相應操作分。同時，因存在完成稱取水量步驟後再次注水或清空水重新稱重等不當操作，後續加熱溫升等步驟的計分判定邏輯中，需再次判斷鍋中水質量。
由於實驗包含三次重複熱效率測試，需增加當前實驗次數變量標記操作所屬重複實驗次數，以對應不同操作步驟評分。實驗默認從首次實驗開始，熱效率測試所有動作計分均屬於第一次實驗(對應第 3-13 步)，完成第一次實驗關鍵步驟後，自動遞增至第二次重複實驗，相同操作動作自動匹配後續重複實驗階段評分環節。
完成重複實驗的判定依據關鍵步驟而非單次實驗所有動作，如稱重、加熱、讀取開始溫度等為必須動作，上下攪拌和讀取最高溫度為非必須動作。完成關鍵步驟且最後一步倒空鋁鍋後，當前實驗次數自動遞增至下一次重複實驗狀態，學生按步驟即可完成多次重複實驗。非關鍵步驟未完成僅導致相應單步操作為 0 分，操作失誤或不完整會影響實驗數據準確性，但不影響進行第二次重複實驗。此外，允許學生在重複實驗過程中發現問題後，通過點擊重複實驗次數標記返回前次實驗補充操作，實現當前實驗次數滾動循環。
為避免重複測試數據完全一致，在部分物理參數中引入隨機波動，如關鍵水溫顯示設置 ±0.2°C 以內隨機波動，既體現溫度讀取的隨機誤差，又避免誤差過大導致三次重複實驗平行誤差過大。
燃氣灶熱工性能測定虛擬仿真實驗的教學過程參考現場實驗，課前學生預習，課上教師講解實驗原理、操作步驟及虛擬仿真實驗操作特點，之後學生在線獨立操作完成實驗。與線下實驗相比，兩者使用的實驗儀器構造原理一致，實驗數據讀取及後續數據處理過程相同;不同之處在於現場實驗可分組進行，學生相互配合完成，而線上實驗需在電腦端通過瀏覽器獨立操作，對學生課前預習和獨立思考操作能力要求更高。
虛擬仿真實驗的灶具熱效率為隨機預置參數，可進行實測熱效率誤差分析，其平均誤差為 8.93%，三分之二學生的誤差在 ±5% 以內，實驗操作和計算結果較理想。
現場實驗使用的燃氣灶銘牌未標註熱效率，結合燃氣灶出廠時間，依據國標 GB 16410-2007 中台式灶熱效率≥55% 的規定為基準計算誤差。現場實驗為分組進行，數據來源於上一年級 68 名學生組成的 18 個實驗小組的 28 個不同計算結果。對比兩種教學模式的實驗誤差發現，現場實驗燃氣灶熱效率整體平均誤差為 8.98%，與虛擬仿真實驗誤差非常接近。這表明該虛擬仿真實驗操作難度適中，耗時合理，能較好滿足 2 學時實驗教學要求，且對學生科學讀取數據和動手操作能力有良好的鍛鍊培養作用。
本文圍繞2025年燃氣灶行業技術發展背景下的燃氣灶具熱工性能測定虛擬仿真實驗展開，從整體教學設計、稱取水量互動設計、開放性自動評分模型構建及應用實踐效果四個方面進行詳細闡述。通過全面梳理實驗操作細節、優化動作設計與物理參數設置、構建科學的評分模型，該虛擬仿真實驗在實驗目的展現、操作複雜度、操作時長、操作評分、實驗測試誤差等方面與現場實驗高度接近，最大程度復現了實體實驗台的操作方式及教學效果。
在應用實踐中，該實驗有效調動學生學習主動性，提升學生獨立操作與數據處理能力，且實驗誤差與現場實驗相近，滿足實驗教學需求。未來，在虛擬仿真實驗項目建設中，需進一步結合行業技術發展與教學實際需求，持續優化實驗設計，完善評分體系，以更好地發揮虛擬仿真技術在燃氣灶相關實驗教學中的作用，為培養具備實踐能力和創新意識的專業人才提供有力支持。
更多燃氣灶行業研究分析，詳見中國報告大廳《燃氣灶行業報告匯總》。這裡匯聚海量專業資料，深度剖析各行業發展態勢與趨勢，為您的決策提供堅實依據。
更多詳細的行業數據盡在【資料庫】，涵蓋了宏觀數據、產量數據、進出口數據、價格數據及上市公司財務數據等各類型數據內容。
京公網安備 11010502031895號
