虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)措施探索

何珊 　方堃　劉慧明　劉靜

摘 要 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)是教育部推進(jìn)高等教育信息化的重要手段。從高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展歷程出發(fā)，分析了目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)過程中遇到的問題?？偨Y(jié)了武漢大學(xué)推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)的措施和遇到的問題，旨在提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 資源建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.01.031

Abstract The construction of virtual simulation experiment teaching project is an important means for the Ministry of Education to promote higher education informatization. Starting from the development process of virtual simulation experiment teaching in colleges and universities， the problems encountered during the construction of virtual simulation experiment teaching projects are analyzed. It summarizes the practice and exploration of Wuhan University in promoting the construction of virtual simulation experiment teaching project， in order to improve the quality and sharing degree of virtual simulation experiment and make it develop steadily and continuously.

Keywords virtual simulation; experimental teaching; resource construction

隨著互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)與高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常遇到的做不到、做不了、做不好、做不上的問題正逐步破解。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要手段。

自2017年教育部啟動(dòng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)工作以來，截止到2019年底，實(shí)驗(yàn)空間——國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺(tái)上發(fā)布的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目已有2079項(xiàng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。[1-2]但諸如虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源質(zhì)量、項(xiàng)目選題、開放共享、可持續(xù)發(fā)展等問題逐漸顯現(xiàn)，本文擬就建設(shè)過程中遇到的問題進(jìn)行探討，以期推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)高效有序發(fā)展。[3]

1 高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展歷程

1.1理論發(fā)展和實(shí)踐初期階段

20世紀(jì)90年代后期，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，高等教育領(lǐng)域相繼引入數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真等技術(shù)。國(guó)內(nèi)部分高校開始嘗試仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究。21世紀(jì)初，伴隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和教育改革的不斷深化，虛擬仿真技術(shù)逐步進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力、提升了學(xué)習(xí)興趣，成為高等教育提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要手段。

1.2國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)階段

2013年教育部發(fā)布《關(guān)于開展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（教高司函[2013]94號(hào)）啟動(dòng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，掀起了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究和應(yīng)用的熱潮。[4-5]此后，在全國(guó)高校分批建設(shè)了300個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，覆蓋全國(guó)27個(gè)省份的204所高校。[6]

1.3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源充實(shí)階段

為促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，2017年7月教育部發(fā)布《關(guān)于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》（教高廳[2017]4號(hào)）統(tǒng)籌規(guī)劃2017-2020年在60個(gè)學(xué)科類別中認(rèn)定1000項(xiàng)左右示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。[7]此后，大批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目涌現(xiàn)，在中心建設(shè)的基礎(chǔ)上以搭積木的方式充實(shí)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源庫(kù)。其中，教育部2017年在8個(gè)學(xué)科類別中最終認(rèn)定了105項(xiàng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目;2018年在23個(gè)學(xué)科類別中最終認(rèn)定296項(xiàng);2019年計(jì)劃在26個(gè)學(xué)科類別中認(rèn)定305項(xiàng)。[8]

1.4虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)縱深發(fā)展階段

高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已初具規(guī)模，推動(dòng)形成專業(yè)布局合理、教學(xué)效果優(yōu)良、開放共享有效的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目新體系有利于促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展， 實(shí)現(xiàn)學(xué)校教學(xué)、行業(yè)應(yīng)用與技術(shù)創(chuàng)新的融合發(fā)展。2019年1月，由高等院校、相關(guān)企事業(yè)單位和專家組織自愿組成的“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新聯(lián)盟”在教育部高教司指導(dǎo)下成立，著力打造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目新體系，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)正逐步向規(guī)模化、體系化發(fā)展。

2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)中的問題和困難

2.1教學(xué)資源原創(chuàng)性不夠，質(zhì)量不高

目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目數(shù)量激增，其中不乏學(xué)校直接購(gòu)買企業(yè)開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)品，而由教師自行研發(fā)、學(xué)校擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的項(xiàng)目占比較少。采購(gòu)成品確實(shí)可以回避教師在虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)技術(shù)上的短板，卻不能很好的結(jié)合本校實(shí)際情況、發(fā)揮專業(yè)特色優(yōu)勢(shì)，教學(xué)資源往往缺乏創(chuàng)新性，綜合性，質(zhì)量不高，高階性不夠。[9]

2.2對(duì)選題要求的理解有偏差，重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象存在

根據(jù)教育部文件精神，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高?；驑O端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練等問題。然而，實(shí)際建設(shè)過程中，將常規(guī)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單的以虛擬仿真的方式呈現(xiàn)，扎堆建設(shè)大型實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真資源等現(xiàn)象，造成了資源浪費(fèi)。

2.3兼容性不強(qiáng)，共享程度較低

教育部2018年發(fā)布了國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)規(guī)范和技術(shù)接口規(guī)范，但前期大量教學(xué)資源已經(jīng)建成，資源兼容性不強(qiáng)，且二次開發(fā)難度較大，與各類管理平臺(tái)的對(duì)接成為難題，影響開放共享程度。[10]另有部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源雖然按照國(guó)家規(guī)定技術(shù)規(guī)范開發(fā)，但共享僅局限于學(xué)院或者學(xué)校，開放輻射面較小，也對(duì)資源利用效率和開放共享程度產(chǎn)生影響。

2.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資力量不足約制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展

目前，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)工作大部分由少數(shù)對(duì)虛擬仿真技術(shù)感興趣教師自發(fā)承擔(dān)，他們既是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)者和開發(fā)者，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用者和管理者，不僅工作量大，對(duì)從業(yè)者的信息技術(shù)和專業(yè)知識(shí)要求也高。[2]隨著對(duì)外開放程度的不斷提升，教學(xué)資源的不斷更新完善、平臺(tái)的日常運(yùn)行管理和技術(shù)支持、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的跟蹤都提出了更高的要求，也勢(shì)必大大增加實(shí)驗(yàn)教師、實(shí)驗(yàn)管理人員的工作量，如何實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展是必須考慮的問題。[11-12]

3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)方式的探索

3.1從建設(shè)模式入手，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源質(zhì)量

鼓勵(lì)教師將高水平的科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化，自行研發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，打造獨(dú)特的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)科教融合。例如，2018年獲得國(guó)家級(jí)項(xiàng)目認(rèn)定的《超超臨界火電機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)及停機(jī)運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)》;2019年參加國(guó)家級(jí)項(xiàng)目評(píng)審的《金融市場(chǎng)與算法交易虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目》《鋰離子電池正極材料制備及性能探究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》等都是由此路徑開發(fā)而來。同時(shí)，廣泛采用校企聯(lián)合開發(fā)建設(shè)模式，由教師基于專業(yè)背景和教學(xué)需求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，企業(yè)從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)。校企聯(lián)合開發(fā)建設(shè)模式揚(yáng)長(zhǎng)避短，在結(jié)合專業(yè)特色的同時(shí)保證了內(nèi)容的原創(chuàng)性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合。

3.2以促進(jìn)人才培養(yǎng)為核心，合理選題

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目選題上，提倡以促進(jìn)人才培養(yǎng)為核心，首先滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，堅(jiān)決避免為申報(bào)項(xiàng)目而建設(shè)。所選內(nèi)容需結(jié)合各專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、不同學(xué)科特點(diǎn)、相關(guān)領(lǐng)域的最新科研成果，使項(xiàng)目?jī)?nèi)容兼具專業(yè)性、先進(jìn)性、前瞻性。同時(shí)，需滿足“高危、不可及”等教育部規(guī)定的必要條件，以使項(xiàng)目具備建設(shè)的必要性。此外，密切關(guān)注已認(rèn)定的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，避免選題重復(fù)，扎堆建設(shè)。

3.3搭建校級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，促進(jìn)開放共享

大力推進(jìn)武漢大學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目管理平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源與校級(jí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的校內(nèi)共享。同時(shí)，在學(xué)校和各學(xué)院的網(wǎng)站上添加該平臺(tái)的快捷入口，擴(kuò)大宣傳范圍，使更多的師生和兄弟院校了解我校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，既提高了資源利用效率，又一定程度減少重復(fù)建設(shè)。

3.4加大人員和經(jīng)費(fèi)保障，推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可持續(xù)發(fā)展

有計(jì)劃的組織教師參加各類虛擬仿真技術(shù)培訓(xùn)、研討會(huì)，了解虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)新動(dòng)態(tài)，提高業(yè)務(wù)水平;有選擇的聯(lián)合虛擬仿真技術(shù)相關(guān)企業(yè)走進(jìn)校園，鼓勵(lì)教師不僅了解虛擬仿真軟件的使用，更要深入研究前沿的虛擬仿真技術(shù)，從而發(fā)展出一批技術(shù)領(lǐng)先、專業(yè)過硬的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

建立穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)投入機(jī)制。首先，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化經(jīng)費(fèi)在教學(xué)經(jīng)費(fèi)中占比，保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)先開展起來。其次，對(duì)獲得省級(jí)、國(guó)家級(jí)認(rèn)定的項(xiàng)目，采取后補(bǔ)償機(jī)制，以促進(jìn)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目的持續(xù)建設(shè)和完善。

4結(jié)語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以其良好的開放性、共享性、交互性，成為拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要手段。[13-14]目前，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)如火如荼，隨著各高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的不斷深入，如何提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源質(zhì)量、如何促進(jìn)形成共享機(jī)制、如何實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目可持續(xù)建設(shè)已經(jīng)成為各高校共同面臨的問題。[15]武漢大學(xué)積極探索線上、線下教學(xué)相結(jié)合的個(gè)性化的、智能化的、泛在化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式，形成專業(yè)布局合理、教學(xué)效果優(yōu)良、開放共享有效的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，緊緊圍繞提高人才培養(yǎng)能力的核心，為各高校持續(xù)助力高等教育改革，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新積累了經(jīng)驗(yàn)。

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