國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)探討

吉東風(fēng) 李海燕 成何珍 吳震 張煒 周建國

[摘 要] 從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，介紹了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)方面的經(jīng)驗及成效，并對今后虛擬仿真中心工作提出了一些建議和思考。

[關(guān)鍵詞] 國家級虛擬仿真示范中心;建設(shè)經(jīng)驗;建議和思考

一、引言

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)以建設(shè)世界一流農(nóng)業(yè)大學(xué)為辦學(xué)目標(biāo)，以“育人為本、德育為先、弘揚學(xué)術(shù)、服務(wù)社會”為辦學(xué)理念，聚焦拔尖創(chuàng)新和復(fù)合應(yīng)用兩類人才，培養(yǎng)具有“世界眼光、中國情懷、南農(nóng)特色”、能解決人類健康和生存的重大科學(xué)和產(chǎn)業(yè)問題、可推動人類社會可持續(xù)發(fā)展、具有責(zé)任和使命擔(dān)當(dāng)?shù)母咚刭|(zhì)優(yōu)秀人才。而實現(xiàn)上述人才培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)校實驗教學(xué)示范中心及虛擬仿真實驗教學(xué)項目等條件建設(shè)功不可沒。

二、虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)情況

我校“農(nóng)業(yè)生物學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心”始建于2003年，2005年評為省級“生物學(xué)實驗教學(xué)中心”，2014年入選首批國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。中心秉持“農(nóng)科教結(jié)合，虛實互補，綠色共享”的建設(shè)理念，將虛擬仿真實驗作為實體實驗的有益補充，以現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向，以信息化教學(xué)資源建設(shè)為重點，突出農(nóng)業(yè)生物學(xué)的特色，注重實驗的高度虛擬仿真，提高學(xué)生的認知和實踐操作能力。目前，中心已建成農(nóng)業(yè)生物學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)信息管理平臺和相關(guān)虛擬仿真教學(xué)資源。管理平臺和虛擬教學(xué)資源是由本中心自主設(shè)計，通過運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬解決了真實實驗教學(xué)中成本高、周期長、資源消耗大、污染嚴重、可視性差、操作困難等實驗教學(xué)過程，學(xué)生通過該虛擬平臺可進行動物學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)、現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)等虛擬仿真實驗操作、自主學(xué)習(xí)，與實體教學(xué)互為補充，極大地提高了實驗教學(xué)效果。中心秉持以學(xué)生為中心的理念，在傳統(tǒng)實驗教學(xué)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了完整的“三層次”進階式“虛實互補”實驗教學(xué)體系。

三、虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)成果

經(jīng)過多年建設(shè)，我校在虛擬仿真實驗中心及虛擬仿真實驗教學(xué)方面取得了豐碩的成果。

（一）自主研制，建設(shè)具有影響力的示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目

農(nóng)業(yè)生物學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心堅持自主研發(fā)，依托傳統(tǒng)實踐教學(xué)，創(chuàng)新性地研發(fā)了一批虛擬仿真實驗教學(xué)項目，涵蓋植物學(xué)、動物學(xué)、微生物學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于實踐教學(xué)。從2013年至今先后獲得江蘇省高等學(xué)校一類優(yōu)秀多媒體課件，全國多媒體課件大賽高教理科組二等獎，全國高等學(xué)校自制儀器大賽三等獎，第一屆生物食品類虛擬仿真教學(xué)軟件比賽一等獎等多個省部級獎項。同時，作為“江蘇省生命科學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)共享平臺”和“全國生物與食品類虛擬仿真教學(xué)資源共享聯(lián)盟”的牽頭單位，自主設(shè)計研發(fā)的首個面向全國高校生物類虛擬仿真微信公眾號“生物共享聯(lián)盟”正式上線發(fā)布，獲得國內(nèi)高校廣泛關(guān)注，《國際在線》《中國報道》和《金陵晚報》等媒體相繼報道。

（二）構(gòu)建虛實結(jié)合、虛實互補的實驗教學(xué)體系

作為國內(nèi)首批生物類國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，深入研究生物學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和人才培養(yǎng)需求，系統(tǒng)構(gòu)建“三層次、五平臺”虛擬仿真實驗教學(xué)資源。經(jīng)過四年多的建設(shè)與應(yīng)用，構(gòu)建了完整的“三層次”進階式“虛實互補”實驗教學(xué)體系。學(xué)院以虛擬仿真中心為依托，在國內(nèi)同行高校中率先開展“虛擬仿真實驗+真實實驗”“虛擬仿真實驗+校外現(xiàn)場實踐”“虛擬仿真實驗+課外創(chuàng)新實驗”三結(jié)合的實踐教學(xué)模式，獲得廣泛認可和好評。2017年《“虛實互補”的農(nóng)業(yè)生物學(xué)實驗教學(xué)體系的構(gòu)建與實踐》獲得江蘇省教學(xué)成果二等獎、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)成果特等獎。

（三）進入良性循環(huán)，硬件資源建設(shè)水平大幅提升

在學(xué)校的大力支持下，中心在原有基礎(chǔ)上加強了可擴展高性能計算平臺及省級共享平臺實驗室建設(shè)，購置了計算機節(jié)點、高性能計算集群管理軟件、WEB服務(wù)器、智能黑板、云智能一體機、信息發(fā)布系統(tǒng)、手持式自定位三維激光成像系統(tǒng)等系列設(shè)備，以滿足平臺建設(shè)需求。該共享平臺能滿足10000人以上的并發(fā)需求，滿足全省范圍內(nèi)高校師生的高并發(fā)的訪問需求，并具備FTP下載功能和視頻點播等高吞吐性能。此外，本硬件系統(tǒng)還可以在原有集群基礎(chǔ)上進行后續(xù)擴展（諸如需要形成高性能計算功能或高性能圖形處理功能），具有很高的硬件兼容性與可擴展性。現(xiàn)有的3D成像設(shè)備可以掃描物件獲取三維模型，使用配套移動工作站可以將生成的模型進行二次編輯及高精建模等工作，目前已用于虛擬仿真3D互動、虛擬仿真資源建設(shè)三維建模工作及教學(xué)教具3D打印工作。

（四）制訂技術(shù)標(biāo)準、建立共享機制，實現(xiàn)高校間優(yōu)質(zhì)資源整合共享

中心在硬件建設(shè)及優(yōu)質(zhì)仿真資源建設(shè)的同時，深入研究虛擬仿真資源的管理及共享應(yīng)用機制，著力促進高校間優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源的整合共享。我校先后與浙江大學(xué)、南京師范大學(xué)、蘭州大學(xué)、西藏農(nóng)牧學(xué)院、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)等院校簽訂了共建共享協(xié)議，極大地提高虛擬仿真資源的利用率和受益面。牽頭組織成立“全國生物與食品類虛擬仿真資源共享聯(lián)盟”，制訂的虛擬仿真資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范及建立共享機制，得到同行高校及專家認可，奠定了行業(yè)領(lǐng)先地位和影響力。

四、建議與思考

1.虛擬仿真實驗教學(xué)中心的本質(zhì)特征，是信息化技術(shù)特征、高度仿真和滿足教學(xué)要求。

2.虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)工作與一般的實驗教學(xué)中心不同，重點要把握好虛擬仿真實驗教學(xué)資源、虛擬仿真實驗教學(xué)和管理隊伍、虛擬仿真實驗教學(xué)的管理和共享平臺、虛擬仿真實驗教學(xué)中心的管理體系等。

3.虛擬仿真實驗教學(xué)中心主要作用是在涉及高?；驑O端環(huán)境、不可及或不可逆操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況下，提供可靠、安全和經(jīng)濟的實驗項目，實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學(xué)功能。

4.虛擬仿真實驗教學(xué)中心的主要困難是急需培養(yǎng)與建立復(fù)合型師資隊伍，以實現(xiàn)軟件開發(fā)、系統(tǒng)維護、專業(yè)教學(xué)及組織管理等。虛擬仿真實驗教學(xué)中心的隊伍與實驗教學(xué)中心的隊伍是一體的，但對它的結(jié)構(gòu)、水平和經(jīng)驗有新要求，要能夠勝任虛擬仿真實驗教學(xué)的需要。

5.保持頭腦清醒，切勿本末倒置。各高校在加強虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的同時，勿忘目前現(xiàn)存的各校級實驗教學(xué)中心、省級實驗教學(xué)示范中心和國家級實驗教學(xué)示范中心等，仍是高校進行實驗教學(xué)、保證教學(xué)工作正常進行的根基。繼續(xù)加強產(chǎn)、學(xué)、研、實、虛等深度融合的實驗教學(xué)中心建設(shè)仍是今后高校管理者應(yīng)重視的課題。

6.虛擬仿真實驗教學(xué)作為實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的延伸，它只能是拓展、輔助實驗教學(xué)的功能，虛擬仿真實驗教學(xué)項目不能取代傳統(tǒng)的實驗教學(xué)項目。

五、結(jié)語

虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)是高校推進虛擬仿真實驗教學(xué)改革、優(yōu)化實驗教學(xué)資源結(jié)構(gòu)、提升實驗教學(xué)的重要舉措。我校在近幾年的國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的過程中，積極探索，深入研究。注重創(chuàng)新型師資隊伍培養(yǎng)，強化與軟件公司合作，以國家級實驗教學(xué)中心為基礎(chǔ)，構(gòu)建虛擬仿真共享實驗平臺，建成了一批國家級虛擬仿真項目、省級虛擬仿真項目和校級虛擬仿真項目，使我校在虛仿建設(shè)方面向前邁進了一大步，促進了學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展。

參考文獻

[1]張煒，崔瑾，成丹.農(nóng)業(yè)生物學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)資源建設(shè)[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究，2015（1）：51-56.

[2]孫華，居婕，徐明，等.高等農(nóng)業(yè)院校SRT項目實施工作實踐的探討——以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為例[J].教育教學(xué)論壇，2015（10）：115-116.

[3]吉東風(fēng)，李海燕，李俊龍，等.深化體制改革推進國家級、省級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2010（2）：97-103.