虚拟仿真平台建设利用策略*

曹洪玉，冯宝民，唐 川，史丽颖

(大连大学生命科学与技术学院, 辽宁省制药工程技术与生物工程技术虚拟仿真实验教学中心，辽宁 大连 116622)

实践教学是激发学生探索欲望和创新精神的必要途径，是培养学生实践能力的必经过程，是发挥高校产学研结合的必需环节。许多工程类学科是实践性很强的应用学科，要求实践教学环节占较高比例[1]，由于学科的自身特点，实践教学工作往往存在大量困难。以制药工程和生物工程为例，两个专业所需实践教学设备种类多，实验项目开设成本过高；大型设备台套数有限，难以保证每个学生都有实际操作机会；两专业面向的药品、食品等企业[2]对于卫生、环境及安全性要求颇高[3]，难以接纳大量学生进行实习。这些问题都为相关实践教学开展带来一定困难，很大程度上限制着学生专业知识的应用和工程实践能力及创新能力的培养。

虚拟仿真技术的应用[4]为上述问题的解决提供了一条新的思路，但制药工程和生物工程设备技术更新速度较快，自动化设备发展迅速，相关虚拟资源需要半年至2年的开发周期，若开发期间不能使用，完成后不及时利用，则很快会面临技术落后的尴尬境地。因此，将平台建设过程中所涉及的知识与方法合理发掘，使资源应用最大化的思路势在必行。

以我校省级制药工程技术与生物工程技术虚拟仿真实验教学中心建设情况为例，中心目前主要承担制药工程、生物工程、生物技术等专业的虚拟实验教学任务，建设许多制药工程和生物工程虚拟仿真实验教学资源项目，在以上资源建设过程中，在重视过程利用，争取时效思路下，积极运用相关资源开展科研与教学工作，产生较为明显成效。

1 重视过程——虚拟仿真中心建设思路拓展

教育部提出虚拟仿真中心建设目标为坚持“资源共享、持续发展”的指导思想，以提高学生的质量意识、实践能力和创新思维为宗旨，以虚拟仿真实验教学资源建设为重点，建设成为具有良好教学效果虚拟仿真实验教学示范中心。本文在这一建设思想基础上进一步拓展和丰富，提出重视过程，争取虚拟仿真资源利用时效策略。

为保证虚拟教学平台资源充分利用，首要思路是资源使用不能仅局限于课堂的虚拟教学中，在开发虚拟仿真资源建设过程中，注重发现和发掘所涉及的知识与方法，思考其在教学外环节中使用设计，保证资源学习的深入性，提升资源使用时效性，使资源得到最大化应用。

虚拟仿真资源建设过程是一个与时俱进的长期工程，需要学校、企业的紧密合作，需要教师、学生的持续参与。因此充分发掘资源建设过程的使用价值，保证资源时效性和实效性，既需注重引入资源建设平台，也需注重自主创新研发，促进产学研结合，将建设过程融入到教师的科研和学生的学习中，这一思路同时为制药工程和生物工程专业今后的工程教育专业认证[5]工作打下坚实基础。

2 争取时效——资源建设过程的发掘利用策略

2.1 前沿成果时效——发挥教师科研优势

教师的科研成果丰富，是极为重要的教学资源，但科研成本昂贵，不能直接用于教学，为此教师根据自己的科研成果，设计相关的虚拟科研模型，重要的成熟的科研流程及重要特殊设备也可开发为新的虚拟仿真软件，供学生学习。本策略建设思路包括以下三个方面：

(1)教师自行设计开发，将学院教师强大的科研实力融入到仿真实践教学中，积极将科研成果转化为实验教学资源，实现实验教学装备的现代化，使学生接受最新科技成果的熏陶和培养，鼓励教师出版各类信息化的实验教学素材。

(2)鼓励教师将资源设计成学生课题项目，让学生参与资源的开发建设，学生在此过程中对科研加深了解，发掘自己的科研方向和科研兴趣，更有目标性和针对性地学习；大三、大四学生参与到发表科研论文、撰写专利等过程，相关成果可以用于参加创新比赛等，一举多得，学生学以致用，促进学生学习的兴趣，同时也促进虚拟仿真中心教师科研工作的发展。

(3)教师与企业合作开发资源，如果教师科研成果较为先进，价值高，或难度过大，教师可以联合企业进行开发，同时学习企业相关开发思路，促进教师科研工作；教师也可以利用虚拟仿真教学中心的相关资源开展科研工作，根据中心资源开展的科研工作更容易地与教学实践相结合。

2.2 先进技术时效——引进企业先进资源

制药工程或生物工程相关企业的实际生产车间、设备是极为重要的教学资源，由于专业的特殊性，企业车间和设备在高校实验室中是不可得或不可多得的教学资源。高校学生若无法亲临生产车间实习，无法实际操作关键先进设备，学生必然与企业脱节。为此，通过联系制药工程和生物工程企业制作相关虚拟仿真软件，可以提高教学水平。将企业的先进生产工艺及规范流程虚拟仿真化，将车间、重要设备等拍照或者录像，制作成实景三维虚拟仿真软件供学生操作使用。现实生产车间可通过三维虚拟化技术，变成可操作的实训课堂，把知识点融入到虚拟场景中，弥补教学脱离实践的不足，并借机开展校企联合教学[6]。

以上举措一则在教学方面可以弥补学生无法学习操作重要实际生产设备的缺陷，另一方面可以促成学生直接和企业的接轨，培养学生的工程素质[7]。企业设备更新较快，为加强与企业的联系，学校邀请企业相关人员到学校培训学生，企业也可以采用建设的仿真软件培训新员工，这无疑对高校人才培养和企业员工培训都有巨大促进作用，这在一定程度上也带动学生的就业。

2.3 创新方法时效——与创新创业相结合

创业创新人才是高校人才培养的新方向[8]，学生对创新实践和创业活动非常感兴趣，具有极大的热情参加创新创业活动[9]。虚拟仿真建设过程可借此契机进一步发展，为学生提供更好的实践平台。创新实践项目可来自中心教师的科研、教学资源；创业项目可采用仿真教学平台的已有企业生产工艺软件资源、自主开发虚拟仿真教学资源、专利及合作公司产品等；创业项目也可在与制药企业或生物工程企业合作时寻找新的合作项目，成立相关校内工作室或依托于(或合作)虚拟仿真中心的校外创业公司。在以上思路基础上，指导学生在此平台中进行国家级、省级等多项创新、创业课题，项目驱动下学生兴趣大增[10]，创意无限。教师指导与学生创意结合，可促进平台资源的建设，提高虚拟仿真资源的利用率，拓宽学生就业和创业思路。

2.4 抓住各类竞赛时机

虚拟平台已有资源较为丰富，学生能力有一定提升，但只有课堂操作学习，学生并不能完全领悟平台资源内容。需求是最好的兴趣引发剂，为激发更多学生的学习兴趣，让更多学生从这个教学平台中受益，获得更大成绩，还需与各级各类竞赛结合，以赛促教、以赛促学[11]。互联网+或者工程类设计大赛等均是学生大显身手的舞台，引导学生参加各级各类比赛，可以在比赛实践过程中指导学生综合运用各种资源[12]，在具体应用中加深对各虚拟实践环境的认识。学生为在竞赛中获得优势，往往不满足于现有资源，会创新性提出一些新资源的建设需求，这无疑对平台建设发展是极为有利的，对学生综合运用知识的能力提高是有利的。

2.5 已有教学资源时效

图1 虚拟仿真中心平台资源建设过程的发掘利用策略简图Fig.1 Utilization strategy of the construction process for virtual reality simulation teaching platform

如果虚拟仿真教学中心资源过少且不更新教学资源，则难以实现可持续性发展，需要对虚拟仿真实验室认真评估定位，引入相关资源。本中心针对制药工程、生物工程专业建立，这两个专业均与化学化工专业、计算机专业、机械专业、药学等其他许多专业密切相关，可依托学校网络基础，借助学校力量，整合校内外各种可用的且合理合法的教学资源，构建综合实验教学体系[13]。中心引入工程制图、化工制图、生物大分子模拟、药物设计等软件，避免专业限制，实现相关相近仿真资源共享，教师学生接触不同专业的软件，无论在科研还是教学，都可以有更多的选项。

3 虚拟仿真实验教学不足与改进

虚拟仿真实验教学目前面临的许多内在问题亟需解决[14]。虚拟仿真实验教学资源虽然是在实际的企业车间设备和教师科研成果基础上建立而成的，但是实际上属于电脑虚拟操作或者仪器模型操作，一定程度上不能完全取代实际设备操作，因此部分学生在学习过程中会不可避免的出现学习态度不重视、模拟体验效果不完善等情况。在虚拟仿真教学过程中教师与学生的实际体验也不能与实际车间工作相提并论，设备操作无实物感，结果也趋于理想化，实际出现的问题可能无法完全呈现在软件或模型中，因此教学也有一定的难度。企业的先进生产工艺和生产设备不断涌现，虚拟仿真资源建设要紧跟社会主要企业生产工艺的发展，资源建设周期较长，难度较大，因此建设资源选择要慎重，要有时效预见性，避免建设后工艺落后而产生浪费情况。

在此还需特别指出，理论教学要先于仿真教学，仿真教学先于实习环节，仿真教学是理论教学的“复习课程”，是实习、实践教学环节的“预习课程”，学生实习结束后，可以再开放实验室让学生自主复习回顾，完成“理论学习——虚拟训练——企业实习见习——虚拟训练回顾”整个过程。

虚拟仿真教学资源建设过程往往时间交叉，在建设过程中让教师和学生参与，既让教师和学生在建设过程中加强对资源充分了解，也珍惜使用建设过程的时间，保证资源时效，这是对资源最大程度的充分利用。教师在竞赛、创新创业课题和企业实践等指导过程中也注意引导学生对虚拟仿真实验内容的综合运用；充分利用教师科研和企业资源，才能使得产学研结合效果更加明显。

4 结 语

通过重视虚拟仿真教学实验室建设过程利用策略，根据不同建设过程的需求充分挖掘其知识与方法，保证仿真资源时效性，设立良好的建设和运行机制，设定不同实验和实践教学环节，与企业紧密合作，实现科研共享、企业共享、校级共享。虚拟仿真资源建设不断跟进新技术，不断更新资源过程中，珍惜和重视资源建设过程，在建设过程中让教师、学生持续参与，建设初期即用于教学，发掘利用其建设过程的价值，在持续发展过程中提高教学水平，提高学生实践能力，以更符合社会企业的对人才的需求。