高校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)問(wèn)題探討

夏興有 鄒廣平 曲嘉

摘要：文章對(duì)目前高校虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)情況進(jìn)行研究討論和剖析，確定建造虛擬實(shí)驗(yàn)室的原則和目的;突出建設(shè)特色，推進(jìn)資源共享;理清虛擬實(shí)驗(yàn)室與實(shí)物實(shí)驗(yàn)室之間的關(guān)聯(lián);增強(qiáng)虛擬實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)科研實(shí)力，使得虛擬實(shí)驗(yàn)室發(fā)展更進(jìn)一步。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室;資源共享;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

從2012年開(kāi)始，教育部支持和倡行虛擬實(shí)驗(yàn)室的文件連續(xù)出臺(tái)，對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的指導(dǎo)思想、目的、內(nèi)容和相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。2013年以來(lái)，教育部開(kāi)始建設(shè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，評(píng)出了首批100個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。在此之前，因?yàn)闆](méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各高校建立起來(lái)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的科研能力也是各有良莠。教育部出臺(tái)一系列文件后，高校隨之建立了數(shù)百個(gè)國(guó)家級(jí)和省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，在這之后高校也開(kāi)展了校級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)。

高等學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心存在多方面的優(yōu)點(diǎn)，尤其在經(jīng)費(fèi)投入、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)空間、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，這樣就實(shí)現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)室和實(shí)物實(shí)驗(yàn)室的深度融合。在高?？蒲薪虒W(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力擴(kuò)展和補(bǔ)充需要虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心作為一個(gè)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，虛擬實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)方面具有維護(hù)成本低和節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，在教學(xué)科研方面有效率高、學(xué)生易于學(xué)習(xí)和操作等優(yōu)點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)不僅能提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，而且還很好地推動(dòng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息化相輔相成。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是前所未有的模式，在建設(shè)和后期管理階段想必會(huì)遇到許多新問(wèn)題。本文討論了針對(duì)當(dāng)前技術(shù)條件下虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中須引起關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)加強(qiáng)促進(jìn)和優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，推進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)室可持續(xù)發(fā)展具有重要的參考價(jià)值。

一、進(jìn)一步明確虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)原則與目的

現(xiàn)如今，隨著通信技術(shù)的進(jìn)步和信息技術(shù)的臻于完善，各高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷地推進(jìn)、深化改革，實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式發(fā)生了巨大變化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的要求也愈來(lái)愈高，隨之保障實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)壓力也相應(yīng)變大，這就直接對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生創(chuàng)新思維和科研能力的培養(yǎng)產(chǎn)生很大的影響。虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)被提上了日程。

虛擬實(shí)驗(yàn)室是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合通信和信息技術(shù)處理融合創(chuàng)新，完成或完善實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者在逼真的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，直觀認(rèn)知原理、深刻理解實(shí)驗(yàn)背景和在工程中的應(yīng)用，效果等同實(shí)物實(shí)驗(yàn)，有的還優(yōu)于實(shí)物實(shí)驗(yàn)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，虛擬實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)鉆研、自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力。

高等學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)原則首先是虛實(shí)結(jié)合，是在需要實(shí)的情況下實(shí)，需要虛的情況下虛，不能虛實(shí)混亂。適合虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)的有以下幾類(lèi)實(shí)驗(yàn)：第一是危險(xiǎn)性大，高污染、高耗能、高輻射和實(shí)驗(yàn)成本高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)不用擔(dān)心安全，可隨意發(fā)揮，解決實(shí)物實(shí)驗(yàn)室因條件限制而無(wú)法開(kāi)展的問(wèn)題;第二是現(xiàn)實(shí)中由于條件限制難以實(shí)現(xiàn)或特別復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如醫(yī)學(xué)和生物學(xué)方面的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬實(shí)驗(yàn)可增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)，提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性 ;第三是不可復(fù)制和復(fù)制難度大的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如考古等，可以進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn);第四是經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬實(shí)驗(yàn)可便于學(xué)生課前預(yù)習(xí)，模擬操作，增加他們的了解和認(rèn)識(shí)，為實(shí)物實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了補(bǔ)充;第五是新技術(shù)與新成果轉(zhuǎn)化成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容新、方法新，受設(shè)備條件限制，開(kāi)設(shè)起來(lái)有難度，利用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟件，虛擬實(shí)驗(yàn)更及時(shí)方便。

二、突出特色，避免千篇一律

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目要出“金項(xiàng)目”，出精品項(xiàng)目，避免“水項(xiàng)目”。在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程中，高校要以能體現(xiàn)學(xué)校辦學(xué)特色、學(xué)科優(yōu)勢(shì)和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為重點(diǎn)項(xiàng)目，不追求大而全，要致力于精而專(zhuān)。每個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室都要有特色，每個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室都要成為一個(gè)品牌，既要和其他高校虛擬實(shí)驗(yàn)室有共性的地方，更要和其他高校同類(lèi)實(shí)驗(yàn)室有區(qū)別，這樣的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)才有價(jià)值。

三、推進(jìn)資源共享，避免重復(fù)建設(shè)

虛擬實(shí)驗(yàn)室不能一窩蜂地建設(shè)，高校應(yīng)從自身發(fā)展水平出發(fā)，循序漸進(jìn)地進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，特色不明顯的不建，無(wú)優(yōu)勢(shì)的不建，虛擬仿真效果不好的不建，更不能出現(xiàn)粗制濫造的情況。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不僅易于資源信息共享，而且還可促進(jìn)院校之間的交流、深化學(xué)科專(zhuān)業(yè)間的合作，相互借鑒，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也能避免重復(fù)建設(shè)和開(kāi)發(fā)，確保高?？蒲薪虒W(xué)資源的高效利用。還可以多方聯(lián)合開(kāi)發(fā)，既有利于虛擬實(shí)驗(yàn)信息資源共享，又節(jié)約成本，這也能夠?qū)崿F(xiàn)各具特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系。虛擬實(shí)驗(yàn)室在優(yōu)化教學(xué)資源配置，突出教學(xué)資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享共建方面推動(dòng)了高校現(xiàn)代化教學(xué)的發(fā)展。

四、理清虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室與實(shí)物實(shí)驗(yàn)室的關(guān)系

實(shí)物實(shí)驗(yàn)是操作者利用真實(shí)的儀器設(shè)備進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，既需要設(shè)備還需要有場(chǎng)地作為保障;在實(shí)物實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法完成或者完成有難度的實(shí)驗(yàn)，可以利用計(jì)算機(jī)通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)完成實(shí)驗(yàn)，這是以虛代實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有避免風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約成本、綠色和環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)者而言更有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，做實(shí)物實(shí)驗(yàn)還是虛擬實(shí)驗(yàn)，要根據(jù)課程要求和授課對(duì)象的特點(diǎn)來(lái)決定，要重實(shí)驗(yàn)效果，重學(xué)生能力培養(yǎng)。認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因此不去開(kāi)設(shè)實(shí)物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這個(gè)觀點(diǎn)是不正確的。實(shí)物實(shí)驗(yàn)相對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)更加直觀和更有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決分析問(wèn)題的能力，所以要以實(shí)物實(shí)驗(yàn)為主，能開(kāi)設(shè)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的必須開(kāi)設(shè)，虛擬實(shí)驗(yàn)可以作為補(bǔ)充，以補(bǔ)充不能完全代替的實(shí)物實(shí)驗(yàn)。兩種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各有所長(zhǎng)，虛擬實(shí)驗(yàn)雖然能相對(duì)真實(shí)地模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，但在具體操作方法和感官方面與真實(shí)環(huán)境有很大差距。

用虛擬實(shí)驗(yàn)室完全取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是不合理的，更不能通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)把經(jīng)典的實(shí)物實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單的完成，也不能因?qū)嵨飳?shí)驗(yàn)操作復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)耗材浪費(fèi)等而虛擬化。受條件制約，一些實(shí)物實(shí)驗(yàn)不能進(jìn)行，那就需要虛擬實(shí)驗(yàn)代替。雖然虛擬實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有一定的提升，但是對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目尤其是對(duì)專(zhuān)業(yè)要求極高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果再好，不是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果也不能實(shí)現(xiàn)共享。虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可以有效地降低傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本，高校也不能因此以虛擬實(shí)驗(yàn)室作為重點(diǎn)。因此在建設(shè)過(guò)程中一定要把握好虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)原則和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的比例。

五、注重長(zhǎng)效機(jī)制建設(shè)

就一些機(jī)制和體制來(lái)說(shuō)，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和教學(xué)是一種前所未有的形式，肯定會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。必須建立一套良性、高效、協(xié)調(diào)的運(yùn)行機(jī)制和管理體制，才能更好的發(fā)揮作用，才能調(diào)動(dòng)教師和管理人員的積極性，才能激勵(lì)學(xué)生積極參與。鑒于和實(shí)物實(shí)驗(yàn)室的不同，虛擬實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的內(nèi)容系統(tǒng)、講義系統(tǒng)和學(xué)生的評(píng)價(jià)系統(tǒng)也是重中之重。要在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建立教研人員和管理團(tuán)隊(duì)工作內(nèi)容的量化方式和合理的考核辦法。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的日常管理和維護(hù)也需要制定詳細(xì)的規(guī)章制度。要保證虛擬實(shí)驗(yàn)室的可持續(xù)發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的前階段建設(shè)以及接下來(lái)的進(jìn)一步發(fā)展，高校經(jīng)費(fèi)的投入是實(shí)現(xiàn)的前提。

六、豐富虛擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)涵，提升科學(xué)研究能力

在進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目特點(diǎn)，挖掘內(nèi)涵，豐富內(nèi)容，為進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬實(shí)驗(yàn)室的科研功能和創(chuàng)新能力，需要建立一批優(yōu)秀的能夠彰顯虛擬實(shí)驗(yàn)室科研功能的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，高校還應(yīng)該結(jié)合科研項(xiàng)目進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，側(cè)重科研功能，兼顧實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這樣建成的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目起點(diǎn)高，具有前瞻性和創(chuàng)新性。在師生使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研項(xiàng)目的同時(shí)把學(xué)科最新、最前沿的科研成果精煉轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不在拘泥于教學(xué)，還能擴(kuò)大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的資源。

隨著高等教育信息化的進(jìn)步，高校虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)也順應(yīng)這一趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深化改革，也提升了高校的教學(xué)能力和教學(xué)質(zhì)量。相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種新模式，教學(xué)方式更加豐富，表現(xiàn)形式也更加靈活，在提高學(xué)生素質(zhì)、促進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段創(chuàng)新等方面將發(fā)揮重要作用。虛擬實(shí)驗(yàn)是一種新的教學(xué)模式，作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的完善和補(bǔ)充，它契合了當(dāng)今高校人才培養(yǎng)的需求。為了更好的服務(wù)高校的教學(xué)科研能力，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室也會(huì)順應(yīng)時(shí)代潮流，實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的發(fā)展。

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編輯/宋宇