虚拟仿真实验教学中心开放共享模式的探索

罗　昊, 张晓东

(北京交通大学 交通运输虚拟仿真实验教学中心, 北京　100044)



虚拟仿真实验教学中心开放共享模式的探索

罗昊, 张晓东

(北京交通大学 交通运输虚拟仿真实验教学中心, 北京100044)

以国家对高校实验室开放共享优质实验资源促进教育公平化的要求为背景,分析了目前国家级虚拟仿真实验教学中心开放和资源共享现状。以北京交通大学交通运输国家级虚拟仿真实验教学中心为研究对象,提出了虚拟仿真中心特色化、立体化、信息化的开放共享模式,同时设计了基于模糊层次分析法的虚拟仿真中心开放共享模式评价方法,并对后续研究进行了展望。

虚拟仿真实验教学中心； 开放共享模式； 模糊层次分析法

随着教育教学改革和信息化技术的不断发展和深入,教育公平化和信息化受到国家的高度重视。2012年3月,教育部在《关于全面提高高等教育质量的若干意见》中明确要求加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台的建设,加强信息化资源共享平台的建设,向高校和社会开放[1]。2012年3月,教育部印发了《教育信息化十年发展规划(2011―2020年)》,规划要求开发整合各类优质教育教学资源,建立高等教育资源共建共享机制,建立优质数字教育资源和共建共享环境[2]。2016年1月,习近平总书记在省部级主要领导干部学习贯彻十八届五中全会精神专题研讨班上指出:“落实共享发展是一门大学问,要做好从顶层设计到‘最后一公里’落地的工作,在实践中不断取得新成效[3]。”在总书记的明确指示下,教育资源的共享也势必是教育发展的大趋势。

本文以我校交通运输国家级虚拟仿真实验教学中心为研究对象,对虚拟仿真中心的开放模式和评价方法进行了研究。

1　开放共享面临的主要问题

2013年,教育部开始在原示范中心范围内选评国家级虚拟仿真实验教学中心,目前已有国家级虚拟仿真实验教学中心300个。虚拟仿真实验教学中心作为原实验教学示范中心的重要组成部分和建设的延伸,除要求高质量的实验资源和师资队伍建设外,尤其关注中心的资源共享与可持续发展[4]。

许多高校已经充分认识到资源的开放与共享对于加强虚拟仿真实验教学中心建设、深化实验教学改革、提高人才培养质量具有重要意义。但在实施过程中依然面临着诸如资源质量参差不齐、原创性不足、开放共享缺乏统一的标准和规范、人员经费保障有待加强等问题[5]。

(1) 资源质量水平有待提高。目前，多数学校的虚拟仿真实验资源建设亦处于探索阶段,大型、综合的虚拟仿真实验偏少,且没能根据“虚实结合、能实不虚”的原则建立综合的、立体的、虚实结合的实验体系。

(2) 资源原创性不足。实验资源自主研究和创新尚显不足,高校自行研发,具有自主知识产权的虚拟仿真实验教学资源相对较少,大量资源属于市场购置的商业软件,而其中多数都有使用授权的限制。

(3) 缺乏统一标准与规范。目前在虚拟仿真实验教学资源和管理平台建设上,高校还处于各自为战的阶段，没有统一的技术标准和规范，资源的兼容性不强，二次开发难度较大,管理平台的系统架构、数据库支持以及功能模块、运转流程都各有特点,相互对接存在障碍。

(4) 人员经费保障有待加强。开放共享意味着在资源建设和管理平台搭建上需要更多的前期经费投入。另一方面,开放共享对于资源的不断更新完善、平台的日常运行管理和技术支持、实验教学过程的跟踪都提出了更高的要求,也势必大大增加实验教师、实验技术和管理人员的工作量,因此如何充分调动实验人员积极性也是必须解决的问题。

2　开放共享模式的构建

以我校交通运输国家级虚拟仿真实验教学中心为基础,以教育部“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”20字指导思想[4]为导向,构建特色化、立体化、信息化的开放共享模式[6]。

2.1特色化开放

交通运输虚拟仿真实验教学中心秉承“知行”校训,继承百年专业建设形成的办学特色,分别建立了铁路运输、交通工程、城市轨道交通3个虚拟仿真实验平台[7]。平台结构如图1所示。

图1　交通运输虚拟仿真实验教学平台结构

铁路运输虚拟仿真实验平台可实现不同运营条件下的铁路网络分析、规划设计、运营管理、调度指挥、组织优化及评价等虚拟仿真实验功能。该平台构建半实物沙盘仿真子系统、业务功能训练子系统、网络协同子系统,通过沙盘仿真子系统与业务训练子系统之间通信实现管控一体化仿真,依靠网络协同子系统使业务子系统发布的指令送达到沙盘子系统,沙盘子系统的动作以及设备状态反馈到业务子系统上,保证数据一致性及系统稳定性。

2.2立体化开放

交通运输虚拟仿真实验教学中心由3部分组成:运输设备教学馆以实物为主,交通运输模拟实验室以实体沙盘结合模拟实验为主,交通运输虚拟仿真实验中心以虚拟仿真实验为主。

交通运输虚拟仿真实验教学中心以培养“运输需求分析、运网规划设计、运力资源配置、运营管理控制”4个能力为目标,将实验资源分为认知性、设计性、综合性和创新性4个层次。

(1) 专业认知性实验。加强学生对交通运输领域的设备、系统、运作流程等内容的认知和技术知识的理解,培养对专业学习的兴趣。

(2) 课程设计性实验。培养学生对专业领域知识技术的运用能力,加深对专业理论和方法的理解和掌握。

(3) 方向综合性实验。培养学生理论与方法运用能力、工程实践能力,加强学生对专业理论与方法的理解和掌握。

(4) 研究创新型实验。培养学生的科研潜质和创新能力。

2.2.1开放对象分类

实验资源不仅面向其他高校进行共享,也应面向社会开放。按照开放对象对专业知识的了解和掌握程度,将其分为3类。

(1) 中小学生及一般社会团体。以科普为目的的一般团体。

(2) 大学生及行业员工。以专业知识学习、专业技能实训为目的的专业团体。

(3) 研究生及科研人员。以科研创新为目的的科研团体。

2.2.2立体化开放模式

根据实验资源类型和开放共享对象的不同,建立分时间、分方式、分层次的立体化开放共享模式(如图2所示)。

图2　虚拟仿真中心立体化开放模式

(1) 固定时间开放。针对中小学生和一般社会团体,开放共享内容为认知性实验,以固定时间开放参观为主。目前实验中心是每周二、周四16:30—17:30接待参观,有专门的讲解员,并配有电子导览可供参观团体自主参观。

(2) 预约开放。针对大学生、行业员工及部分研究生,开放共享内容为认知性实验课、设计性实验课、综合实验课,上课多以班级为单位,需要提前预约时间和场地,按照约定时间和地点按时上课。

(3) 灵活开放。针对个人或小组的科研创新实验,以及学生课后的自主实验,采用灵活开放的模式。目前交通运输虚拟仿真实验教学中心是周一至周五8:00—21:00开放,在此时间段内,学生、教师可凭有效证件到实验室进行实验。

(4) 远程共享。交通运输虚拟仿真实验教学中心以软件共享类型的虚拟实验资源为主,可通过构建开放式虚拟仿真实验教学管理平台,加强资源的有序整合和有效对接,实现资源的交叉访问、在线学习、在线操作、在线测试、自主创新、组合创新等。部分目前无法实现远程共享的自主知识产权的实验资源,亦可通过软件推广和出售的方式来实现虚拟仿真实验教学资源最大化的利用、辐射与可持续发展。

2.3信息化开放

交通运输开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台基于J2EE架构的B/S结构系统,系统依托校园网络,以虚拟实验技术和网络信息技术支撑实验教学[8]。

系统采用3层系统架构(如图3所示),分别为:用户层、服务器层和数据层。用户层主要是指用户使用的浏览器和智能客户端。服务器层主要由Web服务器和应用服务器组成,Web服务器采用apache,主要接收用户请求、处理静态文件下载请求、转发动态处理请求,还可以提供负载均衡功能。应用服务器采用tomcat,主要用来处理Web服务器转发的动态请求。数据层主要指数据库、文件系统和其他外部系统；数据库主要用来存储关系数据；分布式文件系统主要用来存储图片、文件等非关系数据。其他外部系统是指和本系统发生调用或数据交互的系统。应用服务器可以访问连接到服务器的硬件,实现对实验设备的远程控制。

图3　开放平台总体架构

开放式虚拟仿真实验教学的管理和共享平台包括虚拟实验中心门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的智能指导、实验结果的自动批改、实验成绩统计查询、数字化资源管理、师生互动交流和系统管理等子系统。平台系统用户角色包括学生、教师、实验室管理员、系统管理员等,其中学生既包括校内学生也包括校外通过平台注册学习的学生。该平台的功能见图4。

图4　开放平台主要功能

虚拟仿真实验教学开放共享平台的设计与建设,有利于促进实验教学的信息化和现代化,提高实验资源开放共享管理水平。

3　开放模式的评价

以国家级虚拟仿真实验教学中心评审指标为基础,以重视教学资源的开放共享和充分使用,最大限度地实现校内外、区域甚至全国的实验教学资源共享,满足虚拟仿真实验教学的多元需求为导向,以全面客观地评价实验资源开放共享效果为目的[9],遵循科学性、可操作性、可比性原则,设计了2个层次的评价指标[10]。

3.1评价指标体系

评价指标针对实验环境与资源、开放系统与平台、开放体制与保障、实验管理队伍、开放效果5个方面构建了指标体系[11]。具体内容见表1。

表1　开放共享效果评价指标

上述评价体系的指标含义分别是:

(1) 开放实验环境。实验室开放共享的场地、设备、安全等环境因素。

(2) 开放实验资源。虚实结合的实验资源种类、质量以及自主知识产权资源所占比重。

(3) 共享管理系统。信息发布、资源共享、数据统计分析、互动交流、成绩评定、成果展示、操作人性化等功能因素。

(4) 平台管理与安全。系统维护、用户认证、数据存储与备份、数据与网络安全等安全因素。

(5) 政策制度保障。校院、实验中心对开放共享的相关政策、制度和机制。

(6) 经费保障。针对开放共享的经费投入。

(7) 知识产权保障。校企合作和资源共享过程中对知识产权的保障机制。

(8) 教师水平。教师的教学、科研及管理水平；教师的实践经验等。

(9) 队伍结构。管理与研发、专职与兼职等师资配备合理。

(10) 开放规模。开放共享的资源规模,用户使用的人时数等。

(11) 用户满意度。调查用户的满意度。

3.2评价方法

评价体系中各指标的权重根据实验室的类型不同有所区别,需要根据专家咨询或决策的方式确定。二级指标中存在不少指标难以量化或精确分级,属于模糊概念。基于以上情况,使用层次分析法确定评价指标体系中各指标的权重,用模糊综合评价方法对模糊指标进行评定。模糊层次分析法具有定性和定量相结合的优点,能将复杂的问题进行分解,得到更加客观的评价结果[12]。

国家级虚拟仿真实验教学中心开放共享模式的评价既能客观地反映实验资源开放共享的水平,亦能指导模式的改进与创新,有利于实验室的规范管理和可持续发展。

4　结语

对国家级虚拟仿真实验教学中心开放共享模式的研究,符合国家鼓励优质资源共享,促进教育公平的大政方针。国家级实验平台的开放和共享是一项长期任务,为推动优质实验资源开放共享、构建可持续发展的实验室共享模式,必须改变传统教育理念,不断探索新的模式和评估机制,为培养高水平人才、提高国民素质而不懈努力。

References)

[1] 教育部.关于全面提高高等教育质量的若干意见:教高[2012]4号[Z].2012.

[2] 教育部.教育信息化十年发展规划(2011—2020年):教技[2012]5号[Z].2012.

[3] 习近平. 落实共享发展是一门大学问[EB/OL].[2016-05-16].http://news.sina.com.cn/c/nd/2016-05-14/doc-ifxsenvn7172061.shtml.

[4] 李平,毛昌杰,徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索,2013,32(11):5-8.

[5] 胡今鸿,李鸿飞,黄涛,等. 高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究[J].实验室研究与探索,2015,34(2):140-144.

[6] 陈娟红,金炳尧.国家级实验中心开放共享管理模式实践与探索:以浙江师范大学信息传播实验教学中心影像类实验室为例[J].现代教育技术,2014,24(2):120-126.

[7] 罗昊,周磊山,乐逸祥.交通运输国家级虚拟仿真实验教学中心的建设与思考[C]//张星臣.特色鲜明世界一流大学本科人才培养建设之路:北京交通大学本科教学研究论文集. 北京:北京交通大学出版社,2016:468-473.

[8] 熊梦辉,夏琼,俞守义,等.实验室资源开放管理系统在示范中心建设中的应用[J].实验技术与管理,2011,28(5):210-212.

[9] 祖强.国家级虚拟仿真实验教学中心评审指标体系解读[J].中国现代教育装备,2014(21):27-29.

[10] 赵萍萍,丁刚.GCPA模型在高校实验室管理评价领域的应用[J].实验室研究与探索,2010,29(10):160-162,190.

[11] 黄娟,范锐,李勇峰,等.大学生开放与创新实验室效能评估机制研究[J].实验技术与管理,2014,31(12):222-225.

[12] 郭金玉,张忠彬,孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报,2008,18(5):148-153.

Exploration on opening and sharing mode of virtual simulation experimental teaching center

Luo Hao, Zhang Xiaodong

(Virtual Simulation Experimental Teaching Center,Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

On the basis of the state requirement for the opening and sharing of high quality experimental resources and for the promotion of educational fairness,this paper analyzes the current situation on the opening and sharing of the resources of the national virtual simulation experimental teaching centers. Taking Traffic and Transportation Virtual Simulation Experimental Teaching Center in our university as a target,this paper proposes an opening and sharing mode with the characteristics of specialization,three-dimension and informationization,and designs an evaluation method based on the fuzzy hierarchy analytic process. In the end,the follow-up research is prospected.

virtual simulation experimental teaching center; opening and sharing mode; fuzzy hierarchy analytic method

10.16791/j.cnki.sjg.2016.10.058

虚拟仿真实验教学中心建设

2016-06-29

北京交通大学实验室研究2016重点课题(15010101)

罗昊(1986—),男,河北怀来,在职博士研究生,助理实验师,主要研究方向为实验技术与管理、交通运输规划与管理.E-mail：hluo@bjtu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)10-0232-05