基于虚拟仿真技术的地方高校实验教学探讨

鞠宏伟

摘要：虚拟仿真技术是提升地方高校实验教学信息化水平的重要举措，将虚拟仿真技术引入实验教学成为地方高校实验教学改革的一个新方向，借助虚拟仿真技术构建虚实结合的虚拟仿真实验教学，有利于创新型人才培养。结合工作实践，分析了新形势下地方高校开展虚拟仿真实验教学的意义和面临的挑战，并针对地方高校实际，提出了相应虚拟仿真实验教学发展策略。

关键词：虚拟仿真实验；实验教学；教育信息化；高等教育；创新人才

中国分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0113-02

Abstract： The virtual simulation technology is significant method to improve the information level of experimental teaching in local universities. The virtual simulation technology demonstrates a new direction for experimental teaching reform. The virtual simulation teaching and learning environment built by virtual simulation technology， is an effective way to innovation talents cultivation. Combining the exploration of work practice， analyzed the challenges of the virtual simulation experiment teaching under the new situation， proposed new ideas that benefit the virtual simulation experimental teaching of local universities.

Key words： virtual simulation experimental； experimental teaching； educational informatization； higher education； innovating talents

当前，高等教育已进入从规模扩张向内涵发展转变的新的发展时期。各地方高校面临着重新确定自己在国家高等教育中的位置、争夺教育资源、抢占教育市场、在全国高等教育竞争中争得一席之地的严峻形势。教学质量是地方高校发展的生命线，重视和提高教学质量是地方高校应对这种激烈竞争态势的必要措施。作为地方高等教育质量保障体系重要内容的实验教学质量，却相对薄弱。如何有效地提高实验教学质量，加快实验教学改革，以培养创新型高素质人才，是当今地方高校亟待解决的问题。由于办学经费的限制、所在地域的限制，直接导致了大多地方高校的实验室及实践基地较少，设备及师资配备不足，学生实验时间少，实践能力弱等问题。而基于虚拟仿真技术的实验教学可以多次重复、成本低廉，在发达国家得到普遍采用。基于虚拟仿真技术的实验教学为地方高校实验教学改革提供了新思路。

1虚拟仿真实验教学的意义

1.1虚拟仿真技术

虚拟仿真技术是在虚拟现实、人机交互、网络技术等信息技术不断发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实等技术相结合而产生的一种更高级的仿真技术。

虚拟仿真技术有以下四个主要特征：第一是沉浸感（Immersion）。虚拟仿真系统中产生的虚拟环境，可让使用者在多种感知上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉；第二是交互性（Interaction）。虚拟现实是一个互动的环境，其可以影响或被使用者影响。第三是虚幻性（Imagination）。即环境是由虚拟仿真系统构建的，既可以模拟现实中真实存在的环境，也可模拟出人类想象的环境；第四是逼真性（Reality）。虚拟环境与所模拟的现实世界极其相像，当使用者以各种行为作用于虚拟环境时，其所做出的反应也与现实世界的相关规律及其吻合。

1.2虚拟仿真实验教学是高校实验教学信息化建设的重要内容

信息技术对地方高等教育发展具有革命性影响，地方高校须予以高度重视，并加快教育信息化发展进程。要尽快完成教育部提出的相关任务目标，整合相关信息资源，建成有自身特色的教学信息化体系，以培养高素质人才、并完善国民整身教育体系。教育部在发布的各相关虚拟仿真实验教学发展工作的文件中，明确提出虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容，并提出了虚拟仿真实验教学发展的指导思想、宗旨、核心和重点，并要求各高校要持续推进实验教学改革与发展和实验教学信息化建设工作。

1.3虚拟仿真实验教学的重要性

1.3.1虚拟仿真实验教学的主要特点

虚拟仿真实验教学通过构建高度仿真的实验环境，可达到传统实验难以实现的实验教学效果，尤其是在涉及一些高危及部分极端的实验环境，不可逆和不可及的操作，高耗、及大型高综合性等实验项目，虚拟仿真实验教学可以实现可靠、安全、经济的效果。而大多地方高校仍存在实验设备及耗材配备缺口较大、实验场地不足等诸多问题，这直接导致学生亲手实践机会少的现状。另外随着地方高校不断发展远程教育，远程教学中的实验教学已经成为急待解决的问题。虚拟仿真实验教学不但能在一定程度上解决地方高校实验经费、设备、场所短缺的问题，而且它的基于网络平台性可以很好地实现远程教育中的实验教学。

1.3.2虚拟仿真实验教学有助于创新型人才培养

虚拟仿真实验可以及时增加相关学科最新、最前沿的一些实验项目，能让学生及时了解和掌握最新技术和市场主流产品；虚拟实验教学较之传统实验教学可以更灵活地加入多种设计性、创新性实验项目。与传统实验教学相比，虚拟仿真实验教学可以提供更多实验环境、丰富实验内容项目，学生可以自己设计实验方案，并及时分析实验结果，有利于培养学生的独立思考能力，有助于提高学生的研究创新能力及动手实践能力。

2地方高校虚拟仿真实验教学面对的几大挑战

随着信息科技的迅速飞跃发展，人们学习知识的途径呈现出多样化特征。基于互联网络技术的新一代教学模式、学习方式，使得当代高等教育发生重大变革，要求地方高校教育者须拓宽思维，科学地发展虚拟仿真实验教学工作，把握机遇，迎接挑战。

2.1传统实验教学观念变革的挑战

地方高校要想提高自己的教学教育质量，为社会经济发展培养创新人才，就必须顺应时代科技发展需求，对所有老师旧的实验教学思想、模式等进行变革。要将信息技术与信息教学深度融合，使信息技术贯穿整个教学全过程，而不是简单累加及应用，要彻底改变对教育信息化简单片面理解，要依托信息技术开展新的教学模式，要改变传统的知识传授方式，要以培养学生能力为导向。目前仍有较多老师认为只有传统的实验教学，才能让学生掌握各种基本的实验技能，提高学生的实践能力，激发学生潜能，而未能发挥虚拟仿真实验教学的优势。所以地方高校如何真正发挥虚拟仿真实验教学的优点和长处，建立虚实互补的实验教学模式，直接关系着地方高等教育的投资效益。因此，地方高校教师能否打破旧的教育思考与实践方式，进行教育观念的变革与创新，是对地方高校的一个严峻考验。

2.2新时代学习方式变革的挑战

新时代的互联网交互在线学习模式，彻底改变了旧的教育教学模式。在传统的教育理念中，一直强调着从上而下的教育方式，是以老师为中心，所有课程、规则、考试都是由老师确定。而开放的互联网教学方式是以学生为中心，最终的理想结果是能够为每一位学生量身定制属于个性化的学习计划。因此，地方高校虚拟仿真实验教学要实现可持续发展，所构建的虚拟仿真实验环境首先要满足学生自主实验的要求，要适应新时代的开放式学习方式，既要使学生能灵活便捷地完成高效多样化的实验，又能在具体学习过程中交流互动与协作。

2.3提高教师应用信息技术能力的挑战

地方高校老师一般都具有较强的专业知识，也具有一定的应用信息技术的能力，但要适应虚拟仿真实验教学发展的要求，老师尚须具备更高的信息技术能力。故地方高校仍需进一步加强对教师虚拟现实、仿真技术、互联网络等相关信息技术技能的培训；并激励教师积极进行实验教学改革、实验模式创新和新技术的应用研究。

3地方高校虚拟仿真实验教学发展策略

3.1出台切实可行的政策制度

国家在国家级虚拟仿真实验教学中心建设的相关文件中，已对虚拟实验教学工作的指导思想、建设任务和内容进行了详细说明，也提出了具体要求。地方高校在具体实施时需出台符合自身发展实际的政策措施，以保证虚拟仿真实验教学的积极、规范、有序开展。为确保政策制度的针对有效，要根据虚拟仿真实验教学开展过程中出现的问题，适时对相关政策制度进行补充修订。

3.2加强校企合作，服务地方经济

教育部2015年全国教育工作会上提出，地方高校要把办学思路真正转到服务地方经济发展上来、转到产教融合校企合作上来，培养的人才要符合经济社会的需求。地方高校要适时调整虚拟仿真实验教学发展方向，以与地方经济发展的人才需求方向紧密接轨。

对于虚拟仿真实验教学发展的资源建设，地方高校的老师具有丰富的相关专业知识、实验技巧和数据，而企业有编程开发软件的技术优势，校企双方可发挥各自优势，共同开发资源，实现虚拟仿真实验教学资源的快速高质发展。

3.3取长补短，突出特色

地方高校在开展虚拟仿真实验教学工作，其目的就是培养具有创新实践能力的学生。其作为地方高校实验教学发展改革的一项新举措，有诸多问题需解决，诸如技术应用、组织方式、实施方法等等。就此而言，可研究借鉴国外与国内985、211等名校虚拟仿真实验教学经验，并与本校实际结合，突出本校特色，科学规划，合理发展。

曲阜师范大学作为地方高校，其现代生物学虚拟仿真实验教学中心充分发挥学校学科专业优势，积极与地方企业合作，充分整合学校相关信息化实验教学资源，开创性地建设可共享的优质虚拟实验仿真教学资源；实现了校企共建共管、可持续发展的虚拟仿真实验教学模式；形成了“三层次、三模块、三结合”的特色鲜明的虚拟仿真实验教学体系。2015年，该仿真虚拟实验教学中心申报国家级虚拟仿真实验教学中心获得成功。这对其他地方高校虚拟仿真实验教学发展具有一定借鉴意义。

4结束语

地方高校教育工作者已经认识到虚拟仿真实验教学的重要意义，并已广泛开展虚拟仿真实验教学建设工作。在具体发展过程中，地方高校要充分认清自身不足，积极进行开放共享的虚拟仿真实验教学平台建设，将先进的实验教学理念和创新的实验教学方法广泛应用，把实践和创新能力培养放在首要位置，这将是今后地方高校实验教学改革发展的一大方向。

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