以人才培養(yǎng)為根本做好虛擬仿真實驗教學項目

梅伏生 趙娟娟 黃 濤

（華中師范大學實驗室與設備管理處 湖北·武漢 430079）

華中師范大學作為教育部教育信息化試點大學之一，重視專業(yè)教學與信息技術深度融合，重視信息技術在實驗教學中的應用。2017年以來，學校按照教育部有關虛擬仿真教學項目的規(guī)劃，分專業(yè)先后培育、建設了虛擬仿真實驗教學項目100余項，涉及物理、化學、生物、心理、歷史、教育、地理、計算機、新聞傳播、經(jīng)濟管理、音樂等專業(yè)。一方面利用學校國家級、省級虛擬仿真實驗教學中心已建設的虛擬仿真實驗教學資源，按照教育部相關建設要求、技術標準，依據(jù)教學過程，整合組建一批建虛擬仿真實驗教學項目；另一方面，通過設立科研成果轉(zhuǎn)化實驗教學項目，通過科教融合，促進實驗教學內(nèi)容、教學手段改革，融入信息技術，設計改造一批虛擬仿真實驗教學項目；再一方面，將野外拍攝的動植物視頻、相片，結(jié)合學校動植物標本材料，利用信息技術還原、加工、挖掘形成學生“全天候野外實習”的虛擬仿真實驗教學項目。2020年新冠肺炎疫情期間，華中師范大學依托國家虛擬仿真實驗教學項目共享服務平臺“實驗空間”組織校內(nèi)外師生注冊、學習使用在實驗空間中的9個虛擬仿真實驗教學資源，促進網(wǎng)絡學習空間與物理學習空間融合互動，引領推動網(wǎng)絡學習空間的普及應用，充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)資源示范輻射效能。

信息技術已改變了我們的學習、工作和生活方式，信息技術在實驗教學中的應用或說信息技術與相關專業(yè)實驗教學的有機融合是社會進步的必然，但在虛擬仿真實驗教學項目建設中，要始終牢記以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為出發(fā)點和落腳點。

1 正確認識虛擬仿真實驗教學項目建設的內(nèi)涵

虛擬仿真實驗教學項目，在相關專家們確定這個名稱或說教育部啟動虛擬仿真實驗教學中心建設之前，20世紀80-90年代，在有些專業(yè)特別是一些工程專業(yè)就已存在（比方，航空航天、水利水電專業(yè)），而且取得很好的教學效果。它的本質(zhì)就是從人才培養(yǎng)目標即要把我們的學生培養(yǎng)一個什么樣的專業(yè)人才，反推我們的學生大學期間應掌握多少知識和技能，再反推我們的專業(yè)教學除教室的理論教學課外，應該設計哪些實驗、實訓課，且這些課是基于我們?nèi)祟愐烟幱谛畔⒒瘯r代，通過信息技術的融入（各種一代二代三代信息技術的疊加使用），實現(xiàn)教學、學習做到線上線下相結(jié)合、課前課中課后相結(jié)合、理論與實驗課相結(jié)合、虛擬與實體相結(jié)合、科研成果轉(zhuǎn)化實驗教學內(nèi)容等，從教學理念、內(nèi)容，到教學手段、方法，到教學評價、管理的教學改革。

虛擬仿真實驗教學項目是一個專業(yè)教學人員和信息技術人員合作開發(fā)的項目，一方面在技術上，系統(tǒng)軟件是開發(fā)不是簡單購買和使用，要有自己的知識產(chǎn)權(quán)，同時虛擬仿真實驗教學項目貴在開放共享性，所以技術接口必須符合國家統(tǒng)一的規(guī)范，接受校外訪問要保持暢通，項目不涉及不宜對外公開的秘密；另一方面在教學上，項目是面向?qū)嶒灲虒W培養(yǎng)目標，針對實體實驗安全性差、難以實現(xiàn)、成本高昂、時空限制等方面原因不便開展的實驗教學任務（這就是問題導向）。項目應實現(xiàn)實驗核心要素，項目的仿真度應著力于還原真實實驗的教學要求、實驗原理、操作環(huán)境及互動感受。具體來說，項目應支撐學生綜合能力培養(yǎng)，納入本專業(yè)教學計劃，且滿足2個課時的實驗教學需求，學生實際參與的交互性實驗操作步驟須不少于10步，原則上不少于兩個學期的實際教學應用。

專家認定評審的重點指標是：項目的教學內(nèi)容、教學方法、教學效果、教學資源、核心要素仿真度、共享服務及網(wǎng)絡用戶的評價七個方面。特別要注意“共享服務、網(wǎng)絡用戶評價”，這就體現(xiàn)了虛擬仿真實驗教學項目是“先建設應用、后評價認定”的原則，是一個建設應用好的項目去申請認定，不是申請了項目后再去建設！

2 避免虛擬仿真實驗教學項目建設的三個誤區(qū)

當前在虛擬仿真實驗教學項目開發(fā)和使用中，我們既要看到信息技術與專業(yè)教學融合的必要性和好處，也要關注新技術應用可能存在的風險和挑戰(zhàn)，一方面，我們不能盲目追求技術的高大上，我們必須堅持適合的就是最好的；另一方面，我們不能因噎廢食，不能因為技術沒選擇好出現(xiàn)一些問題，而否定所有信息技術的應用；再者，不能為了虛擬而虛擬，在實際教學中應用，提高教學水平，學生受益才是目的。具體來說，我們在虛擬仿真實驗教學項目建設中，不能因為對技術，畏難而不做、不懂而亂做、誤解而白做。

所謂畏難不做，就是虛擬仿真實驗教學項目中“虛擬仿真”這四個字，是一個泛化的概念，若僅按字面、按信息技術專業(yè)的術語去理解成“高度仿真的虛擬環(huán)境”，就非常難，確實很多專業(yè)還沒法做到，也沒這么多錢去做。上面提到過，實際上這里的虛擬仿真體現(xiàn)的就是信息技術與專業(yè)教學融合，目前應用在各專業(yè)的虛擬仿真實驗教學項目中的信息技術從易到難、從初級到高級都有，是疊加存在的。

所謂不懂亂做，一是不懂教學，把它做成了科研項目，做成了資源數(shù)據(jù)庫，沒有教學過程；二是不懂技術，聽技術開發(fā)人員講時感覺很美好，但做出來的卻很骨感；三是不懂行情，別人已做好了，這里還低水平重復，起不到教育部要求的優(yōu)質(zhì)資源共享目的。

所謂誤解白做，就是把實驗教學與信息技術的結(jié)合，理解成了實驗教學過程的信息化，做了一些教學視頻、虛擬教學動畫，沒有操作、沒有互動，把“做實驗變成了看實驗、學實驗”（當然教學視頻、動畫作為實驗前預習可以，但不能代替做實驗）。

3 建設虛擬仿真實驗教學項目的三個“做”

第一點，為什么做？就是要堅持兩個必要性。首先堅持虛擬仿真實驗教學項目是一個必要的實驗教學項目，是滿足本科學生畢業(yè)后，就業(yè)也好、創(chuàng)業(yè)也好、升造讀研也好，應具備、擁有的知識儲備、技能技巧和專業(yè)素養(yǎng)等，也就是專業(yè)人才培養(yǎng)必需的項目。其次是堅持虛擬仿真是必要的，虛擬仿真實驗教學項目是推進現(xiàn)代信息技術融入實驗教學項目、拓展實驗教學內(nèi)容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質(zhì)量和水平的重要舉措。不能為了虛擬而虛擬，一定是虛實結(jié)合，更高質(zhì)量訓練學生實驗能力。不能以虛擬仿真技術的功能來代替虛擬仿真實驗教學項目的效果。

第二點，找誰做？虛擬仿真實驗教學是信息技術與專業(yè)實驗教學的融合，盡管現(xiàn)代信息技術已發(fā)展得很高精尖，但離我們好多專業(yè)設想的在實體教學的基礎上更上一層樓的所想及所得的技術要求還有一定距離，而且信息技術本身也在快速發(fā)展中。我們專業(yè)教師在與企業(yè)技術人員打交道時，不應被他們天花亂醉的宣講弄得興奮得不得了，不應盲目追求信息技術的高精尖，適合的、能用的才是最好的。企業(yè)技術人員的承諾很美好，但現(xiàn)實可能很骨感。

第三點，怎么做？虛擬仿真實驗教學項目的核心還是專業(yè)實驗教學內(nèi)容、教學過程或?qū)W習過程、訓練內(nèi)容，信息技術如何體現(xiàn)教師如何教、學生如何學、如何練，我們專業(yè)教師得先有一個好的教學腳本，技術人員按這個腳本去編寫程序、去設計系統(tǒng)、去開發(fā)軟件才行。這里就有一個問題，我們的專業(yè)教師提供一個怎樣的腳本，既能表達自己專業(yè)的教學、學習、訓練意圖，又能讓技術人員能看懂這個意圖，不走樣或少走樣。這就需要我們的專業(yè)教師對技術也稍有了解，或要花很多時間與技術人員溝通?？傊?，專業(yè)教師先有一個好的教學腳本，以專業(yè)教學為主，讓企業(yè)技術人員跟著腳本做，不是以信息技術的展示來代替教學過程。

4 重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”更要重視它的“魂”

教育部大力推動各高校建設虛擬仿真實驗教學項目，一方面為提高本校學生的人才培養(yǎng)質(zhì)量，更重要的是讓優(yōu)質(zhì)資源在全國高校共享，教育部在“雙萬”一流課程建設計劃中，準備認定1500門國家級虛擬仿真實驗教學一流課，就是促進優(yōu)質(zhì)資源共享的重要措施，各學校組織相關專業(yè)去申報國家級虛擬實驗教學項目的認定工作，也是想爭取獲得最高級別的認可和在國家層面上分享資源享有名譽。

在“虛擬仿真實驗教學”八個字中，“虛擬仿真”只是“形”，“實驗教學”才是“魂”。是否會被認定為國家級項目，在申報時提交教育部的虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)、兩個視頻、申請書文字材料等顯得尤為重要，這是專家評審的依據(jù)，項目教學團隊既要重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”，更要重視它的“魂”。

重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”。虛擬仿真系統(tǒng)是教學的形式，這個好的“形”包括技術選擇的合適性、技術對教學/學習環(huán)境、過程的虛擬仿真度，系統(tǒng)界面、操作友好性，遠程使用方便性、交互體驗的身臨其境感，持續(xù)投入、持續(xù)改進、技術隊伍支撐等等，要想評審專家在有限的時間內(nèi)了解到，除了通過系統(tǒng)本身的運行外，還要通過申請書文字材料、視頻材料，項目教學團隊一定要重視這方面的表述。

更要重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”。項目教學團隊不要本末倒置，不要簡單認為學?；耸畮兹f甚至幾十萬請了企業(yè)幫助開發(fā)系統(tǒng)，系統(tǒng)做好了上線了，就大功告成了。重視實驗教學的“魂”：

第一、就是要在提交的教學系統(tǒng)、申請書文字材料、視頻材料中體現(xiàn)我們?nèi)幦壹墶皩嶒灲虒W”一流課的內(nèi)涵，就是要體現(xiàn)所在專業(yè)一流人才培養(yǎng)的必要性，就是有與同行比較中有自己的“教師教學、學生學習”的優(yōu)勢和特點，教學負責人、教學團隊在教學中有高招、有特色，團結(jié)協(xié)作水平高。

第二、就是要在申請書文字材料、視頻材料體現(xiàn)三個導向。一是“問題導向”，即實體教學中的問題，通過虛擬仿真教學解決了，比方過去實體實驗做不了、做不好的問題，現(xiàn)在解決了；二是“需求導向”，就是申報項目所屬專業(yè)的畢業(yè)生，到社會到行業(yè)中去創(chuàng)業(yè)就業(yè)，需要什么知識和技能，我們這門課就是針對這個需求的；三是“以學生為中心”導向，就是立德樹人，自主學習、個性化學習，申報的項目所屬的課程如何實現(xiàn)？

第三、就是要在申請書文字材料、視頻材料能反映出申報項目是符合“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的要求。這些都需要教學團隊用專業(yè)的教學語言寫出來講出來。

（1）教學理念對標加強，主要指高階性方面，立德樹人是根本任務，能培養(yǎng)有責任感、知識和技能并重型人才，以提升學生自主學習能力等。

（2）跟原來相比，具體哪些教學/學習內(nèi)容增加了、且教學/學習效果還增強了，同時教學/學習評價還更科學，具體評價方法和程序是什么等等，這就是體現(xiàn)了有挑戰(zhàn)度。

（3）跟原來相比，有哪些具體教學/學習方法創(chuàng)新（虛實結(jié)合等），且教學/學習效率提高了，教學/學習范圍擴大了，具體指的是什么，教學示范輻射面更廣了，又有哪些單位等，這就是體現(xiàn)創(chuàng)新性。