基于數(shù)據(jù)化技術的高校虛擬仿真實驗室利用效率提升探究

周棟涎,李散散

(廣州工商學院,廣東 廣州 528000)

0 引言

2018 年9 月10 日,習近平總書記在全國教育大會上發(fā)言指出:我們要“培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人,加快推進教育現(xiàn)代化、建設教育強國、辦好人民滿意的教育”[1]。為培養(yǎng)出掌握豐富的理論知識,具備良好實踐能力的應用型人才,高校一直在探索。隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展,高校普遍應用一種新型的教育手段——虛擬仿真實驗實訓室。

1 高校虛擬仿真實驗實訓室概述

虛擬仿真實驗又被稱為“沒有圍墻的研究中心”,是指創(chuàng)建和模擬進行實驗的交互式環(huán)境,由美國弗吉尼亞大學的威廉·沃爾夫教授于1989 年提出[2]。當前高校新建的虛擬實驗室主要以計算機軟件和互聯(lián)網(wǎng)為載體,把生物、化學、物理、經(jīng)濟、管理等各專業(yè)的一些環(huán)節(jié)做成虛擬仿真實驗平臺,師生通過計算機登陸實驗平臺進行仿真模擬操作。筆者所在的學院建設了大數(shù)據(jù)實訓及教學管理平臺、組織企業(yè)供應鏈虛擬仿真經(jīng)營決策系統(tǒng)、投資學專業(yè)仿真實驗教學平臺、跨境電商平臺、互聯(lián)網(wǎng)+國際貿(mào)易綜合技能實訓與競賽平臺、經(jīng)濟學沙盤模擬系統(tǒng)等十余個大型虛擬仿真實驗平臺。

使用虛擬仿真實驗平臺輔助教學具有較明顯的優(yōu)勢。(1)學生可提高學習效率。通過可視化、游戲化的虛擬仿真實驗方式,復雜的知識點變得簡單,更容易被學生掌握。(2)高校可降低教學成本。傳統(tǒng)的實驗方式每年消耗不菲的實驗耗材,或需搭建苛刻的實驗環(huán)境,使用虛擬仿真實驗可節(jié)省這部分費用。(3)教師可及時獲得教學反饋,快速調(diào)整教學計劃。學生做虛擬仿真實驗時,教師可實時查看學生的實驗情況,看到操作不當?shù)耐瑢W可及時指導,提升教學效果。(4)教學可擺脫時間、空間和資源等限制。傳統(tǒng)的實驗要求實驗者在固定的時間和空間中完成。虛擬仿真實驗基本不受限制,實驗者可隨時隨地使用計算機登陸實驗平臺進行實驗,大大地提升了實驗的便利性。

但是,筆者在參與虛擬仿真實驗室管理和教學活動中,觀察了多個虛擬仿真實驗室的運行數(shù)據(jù),并與部分學生進行座談后,發(fā)現(xiàn)高校虛擬仿真實驗室的效用還沒得到充分發(fā)揮。

2 高校虛擬仿真實驗室存在的問題

2.1 部分實驗室的利用率不高

我國有關數(shù)據(jù)顯示,近年來僅有27%的學校的虛擬仿真實驗室的使用時間達到600 時/年[3]。從筆者接觸的虛擬仿真實驗室運行記錄來看,部分熱門行業(yè)、多學科融合的實驗室的利用率尚可,能達到70%以上;而專業(yè)性較強、復雜程度高的實驗室,利用率普遍偏低。

主要有兩方面的原因。(1)課程內(nèi)容原因。多數(shù)課程是理論學時和實踐學時組合,為節(jié)省成本和達到更好的教學效果,有些課程適宜把理論學時安排在多媒體課室,只把實踐學時安排在虛擬仿真實驗室,導致排到實驗室的課程不多。(2)教學安排的原因。部分文科院系實踐類課程不多,且有部分學期實踐課程較少,也會造成部分實驗室的利用率偏低。

2.2 虛擬仿真實驗與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營有一定脫節(jié)

一般的虛擬仿真實驗平臺是根據(jù)真實應用的步驟和變量,形成一定的運作邏輯,通過計算機編程、物聯(lián)網(wǎng)、智能識別等手段形成的虛擬仿真系統(tǒng)。當實驗者操作時,系統(tǒng)根據(jù)操作進行模擬運算,給予相應的信息反饋。這雖然能在很大程度上讓實驗者掌握實驗對應的真實應用技能,但由于變量和算法提前已預定好,容易讓實驗者產(chǎn)生千篇一律的感覺。筆者在講授電子商務課程時,曾有同學反映電子商務虛擬仿真實驗平臺過于流程化,缺乏變化。在做了店鋪優(yōu)化后,系統(tǒng)沒給予相應的反饋。所以,如何讓虛擬仿真實驗更加“真”,是值得人們探討的問題。

2.3 實驗室相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計不夠全面

在虛擬仿真實驗室的管理上,多數(shù)高校是沿襲按課程時間開放、使用后登記、定時進行后臺維護等傳統(tǒng)的實驗室管理方式。老師和學生申請實驗室、借用設備,主要采用紙質(zhì)材料,沒有形成數(shù)據(jù)累計,不利于全方位統(tǒng)計實驗設備的使用狀況。老師和學生是實驗室最直接的用戶,在實驗室的用戶體驗和改進建議問題上,他們最有發(fā)言權。但可惜的是,老師和學生在完成虛擬仿真實驗時,實驗過程中的很多重要數(shù)據(jù)卻沒被記錄,例如遇到的困難、發(fā)現(xiàn)的漏洞、使用感受、改進建議等,若收集這類信息,對系統(tǒng)改進、以后申請新的實驗室都有重要作用。

2.4 專業(yè)融合程度不高

通常虛擬仿真實驗室涉及的專業(yè)比較廣,但在使用過程中,院系通常按實驗室的歸屬來給本單位排課,常出現(xiàn)一個虛擬仿真實驗室排的全是某一類專業(yè)實驗的情況。若能在全校層面協(xié)調(diào),讓實驗室對口所有專業(yè)都可申請使用,可大大提高該實驗室的利用率,同時也能通過多專業(yè)使用過程中師生頭腦的碰撞,產(chǎn)生更多的科研成果。

筆者認為,用簡單易用的微信小程序構建一套數(shù)據(jù)化管理的協(xié)作系統(tǒng),可一定程度上解決這些問題。

3 利用數(shù)據(jù)化技術提高虛擬仿真實驗室利用效率

3.1 實驗課程數(shù)據(jù)化共享

實驗室排課不合理,往往是因為教務員對各學期涉及虛擬仿真實驗的課程數(shù)據(jù)掌握不夠全面,在排課時處于被動地位。若各專業(yè)的人才培養(yǎng)方案一確定,就讓老師把各個課程的虛擬仿真實驗需求數(shù)據(jù)錄進系統(tǒng),并全校共享,教務員就可提前按需求來排課。若某些學期實驗室利用率不高,可開設一些開放性課程,或者把實驗室的空閑時間開放給教科研團隊;若某學期實驗室較緊張,教務員則可把課程協(xié)商安排到其他院系的實驗室,從而大大提高實驗室利用率。

3.2 校企合作充實實驗數(shù)據(jù)

虛擬仿真實驗畢竟是提前設定的模擬程序,與真實的企業(yè)生產(chǎn)運作存在一定的差異。在校企合作項目的運作和管理過程中,把企業(yè)的一些真實項目引入學校和課堂,既可讓學生掌握書本知識,又可讓學生掌握更接近企業(yè)需求的工作技能,同時學生和企業(yè)還可獲得一定收益,是一種多贏的合作方式。筆者認為,若每個虛擬仿真實驗結合相關的一些校企合作項目,把項目數(shù)據(jù)存放于系統(tǒng)上,共享給全校師生,可極大地豐富虛擬仿真材料,提高虛擬仿真實驗的使用效果。

隨著校企合作項目的發(fā)展,每一年數(shù)據(jù)庫越發(fā)增長,日漸豐富,以后每一屆的同學在做虛擬仿真實驗時都可對照真實項目資料,更好地掌握實戰(zhàn)技能。當然,這對數(shù)據(jù)服務器的性能提出了更高的要求。

3.3 實驗室管理數(shù)據(jù)化

利用數(shù)據(jù)化管理的手段管理實驗室,在設計之初便須考慮全面的數(shù)據(jù)維度。首先,在課程編排上,接入學校的教務系統(tǒng),可隨時查看實驗室的使用情況;同時可在小程序系統(tǒng)上增加設備借用申請等實用小功能。其次,在教學過程管理上,可增加師生數(shù)據(jù)的采集維度,學生進入實驗室掃碼簽到、完成某個實驗環(huán)節(jié)打卡記錄、找到系統(tǒng)的漏洞填報、遇到問題及時填報、找到新的解決辦法及時反饋等,提供靈活的信息反饋方式,及時收集有用的數(shù)據(jù)。管理老師則可根據(jù)這些數(shù)據(jù),指導虛擬實驗室的改進,并為以后新建其他虛擬實驗室提供重要參考。

3.4 數(shù)據(jù)化促進專業(yè)融合

系統(tǒng)共享各教學單位的虛擬實驗室的功能介紹、可承擔項目信息、在研項目、空閑時間等信息,可促進各教學單位資源共享。同時,通常高校里都有較多的科研團隊和在研不同領域的課題,若通過系統(tǒng)進行資源共享,互通有無,多方交流,也可促進全校的教科研項目協(xié)同共進,甚至產(chǎn)生更多的跨界融合的研究成果。

4 結語

虛擬仿真實驗室作為高校培養(yǎng)人才的重要工具,使用數(shù)據(jù)化管理的手段,大力提高管理水平,豐富教學數(shù)據(jù),促進全校范圍的資源共享和專業(yè)融合,不但可以大幅提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量,還可以促進高校科研水平的進步,可謂一舉多得。本文的觀點仍欠缺實踐數(shù)據(jù)的檢驗,希望能起到拋磚引玉的作用,為高校虛擬仿真實驗室的建設提供一點建議。