虚拟仿真实验教学项目建设措施探索

何珊 　方堃　刘慧明　刘静

摘 要 虚拟仿真实验教学项目建设是教育部推进高等教育信息化的重要手段。从高校虚拟仿真实验教学的发展历程出发，分析了目前虚拟仿真实验教学项目建设过程中遇到的问题。总结了武汉大学推进虚拟仿真实验教学资源建设的措施和遇到的问题，旨在提升实验教学质量和水平，推进现代信息技术与实验教学的深度融合。

关键词 虚拟仿真 实验教学 资源建设

中图分类号：G642                                   文献标识码：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

随着互联网、虚拟现实、云计算、大数据、人工智能等信息技术与高等学校实验教学的融合，高校实验教学中经常遇到的做不到、做不了、做不好、做不上的问题正逐步破解。虚拟仿真实验已经成为拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要手段。

自2017年教育部启动国家级虚拟仿真实验教学项目的建设工作以来，截止到2019年底，实验空间——国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台上发布的国家级虚拟仿真实验教学项目已有2079项，虚拟仿真实验教学呈现出蓬勃发展的态势。[1-2]但诸如虚拟仿真实验教学资源质量、项目选题、开放共享、可持续发展等问题逐渐显现，本文拟就建设过程中遇到的问题进行探讨，以期推动虚拟仿真实验教学项目建设高效有序发展。[3]

1 高校虚拟仿真实验教学的发展历程

1.1理论发展和实践初期阶段

20世纪90年代后期，随着信息技术的不断发展，高等教育领域相继引入数据库、多媒体、互联网、虚拟仿真等技术。国内部分高校开始尝试仿真技术在实验教学中的应用研究。21世纪初，伴随着信息技术的高速发展和教育改革的不断深化，虚拟仿真技术逐步进入实验教学领域。虚拟仿真实验的应用激发了学生的学习动力、提升了学习兴趣，成为高等教育提高教学质量和培养学生创新能力的重要手段。

1.2国家虚拟仿真实验教学中心建设阶段

2013年教育部发布《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函[2013]94号）启动国家级虚拟仿真实验教学中心的建设，掀起了虚拟仿真实验教学研究和应用的热潮。[4-5]此后，在全国高校分批建设了300个国家级虚拟仿真实验教学中心，覆盖全国27个省份的204所高校。[6]

1.3虚拟仿真实验教学资源充实阶段

为促进虚拟现实技术与高校实验教学的深度融合，2017年7月教育部发布《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》（教高厅[2017]4号）统筹规划2017-2020年在60个学科类别中认定1000项左右示范性虚拟仿真实验教学项目。[7]此后，大批虚拟仿真实验教学项目涌现，在中心建设的基础上以搭积木的方式充实了虚拟仿真实验教学资源库。其中，教育部2017年在8个学科类别中最终认定了105项国家级虚拟仿真实验教学项目;2018年在23个学科类别中最终认定296项;2019年计划在26个学科类别中认定305项。[8]

1.4虚拟仿真实验教学纵深发展阶段

高校虚拟仿真实验教学已初具规模，推动形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的虚拟仿真实验教学项目新体系有利于促进虚拟仿真实验教学的可持续发展， 实现学校教学、行业应用与技术创新的融合发展。2019年1月，由高等院校、相关企事业单位和专家组织自愿组成的“虚拟仿真实验教学创新联盟”在教育部高教司指导下成立，着力打造虚拟仿真实验教学项目新体系，虚拟仿真实验教學正逐步向规模化、体系化发展。

2虚拟仿真实验教学项目建设中的问题和困难

2.1教学资源原创性不够，质量不高

目前虚拟仿真实验教学项目数量激增，其中不乏学校直接购买企业开发的虚拟仿真实验教学产品，而由教师自行研发、学校拥有自主知识产权的项目占比较少。采购成品确实可以回避教师在虚拟现实开发技术上的短板，却不能很好的结合本校实际情况、发挥专业特色优势，教学资源往往缺乏创新性，综合性，质量不高，高阶性不够。[9]

2.2对选题要求的理解有偏差，重复建设现象存在

根据教育部文件精神，虚拟仿真实验应重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题。然而，实际建设过程中，将常规实验简单的以虚拟仿真的方式呈现，扎堆建设大型实验的虚拟仿真资源等现象，造成了资源浪费。

2.3兼容性不强，共享程度较低

教育部2018年发布了国家虚拟仿真实验教学项目共享服务规范和技术接口规范，但前期大量教学资源已经建成，资源兼容性不强，且二次开发难度較大，与各类管理平台的对接成为难题，影响开放共享程度。[10]另有部分虚拟仿真实验教学资源虽然按照国家规定技术规范开发，但共享仅局限于学院或者学校，开放辐射面较小，也对资源利用效率和开放共享程度产生影响。

2.4实验教学师资力量不足约制虚拟仿真实验教学的可持续发展

目前，虚拟仿真实验教学项目的建设工作大部分由少数对虚拟仿真技术感兴趣教师自发承担，他们既是教学内容的设计者和开发者，也是实验教学的应用者和管理者，不仅工作量大，对从业者的信息技术和专业知识要求也高。[2]随着对外开放程度的不断提升，教学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、实验管理人员的工作量，如何实现虚拟仿真实验教学的可持续发展是必须考虑的问题。[11-12]

3虚拟仿真实验教学项目建设方式的探索

3.1从建设模式入手，提高实验教学资源质量

鼓励教师将高水平的科研成果向实验教学转化，自行研发虚拟仿真实验教学资源，打造独特的虚拟仿真实验，实现科教融合。例如，2018年获得国家级项目认定的《超超临界火电机组冷态启动及停机运行仿真实验》;2019年参加国家级项目评审的《金融市场与算法交易虚拟仿真实验教学项目》《锂离子电池正极材料制备及性能探究虚拟仿真实验》等都是由此路径开发而来。同时，广泛采用校企联合开发建设模式，由教师基于专业背景和教学需求设计实验内容，企业从技术上实现实验教学资源建设。校企联合开发建设模式扬长避短，在结合专业特色的同时保证了内容的原创性，实现产教融合。

3.2以促进人才培养为核心，合理选题

在虚拟仿真实验教学项目选题上，提倡以促进人才培养为核心，首先满足实验教学需求，坚决避免为申报项目而建设。所选内容需结合各专业实验教学人才培养标准、不同学科特点、相关领域的最新科研成果，使项目内容兼具专业性、先进性、前瞻性。同时，需满足“高危、不可及”等教育部规定的必要条件，以使项目具备建设的必要性。此外，密切关注已认定的虚拟仿真实验教学项目，避免选题重复，扎堆建设。

3.3搭建校级虚拟仿真实验教学管理平台，促进开放共享

大力推进武汉大学虚拟仿真实验教学项目管理平台建设，实现各级虚拟仿真实验教学资源与校级平台实现对接，实现虚拟仿真实验教学资源的校内共享。同时，在学校和各学院的网站上添加该平台的快捷入口，扩大宣传范围，使更多的师生和兄弟院校了解我校虚拟仿真实验教学现状，既提高了资源利用效率，又一定程度减少重复建设。

3.4加大人员和经费保障，推进虚拟仿真实验教学可持续发展

有计划的组织教师参加各类虚拟仿真技术培训、研讨会，了解虚拟仿真实验教学新动态，提高业务水平;有选择的联合虚拟仿真技术相关企业走进校园，鼓励教师不仅了解虚拟仿真软件的使用，更要深入研究前沿的虚拟仿真技术，从而发展出一批技术领先、专业过硬的虚拟仿真实验教学团队。

建立稳定的经费投入机制。首先，提高实验教学信息化经费在教学经费中占比，保障虚拟仿真实验项目建设先开展起来。其次，对获得省级、国家级认定的项目，采取后补偿机制，以促进优质项目的持续建设和完善。

4结语

虚拟仿真实验以其良好的开放性、共享性、交互性，成为拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要手段。[13-14]目前，虚拟仿真实验教学项目建设如火如荼，随着各高校虚拟仿真实验教学建设的不断深入，如何提升实验教学资源质量、如何促进形成共享机制、如何实现项目可持续建设已经成为各高校共同面临的问题。[15]武汉大学积极探索线上、线下教学相结合的个性化的、智能化的、泛在化的实验教学的新模式，形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的信息化实验教学体系，紧紧围绕提高人才培养能力的核心，为各高校持续助力高等教育改革，特别是实验教学领域的创新积累了经验。

参考文献

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[2] 张敏，刘俊波.对高校虚拟仿真实验教学项目建设的若干思考[J].中国现代教育装备，2020，（329）：10-13.

[3] 李林，陈宇峰等.大规模在线虚拟实验教学平台的建设与实践[J].实验技术与管理，2018（ 7） ： 15-19.

[4] 教育部.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知： 教高司函[2013]94号[Z].2013.

[5] 王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，（12）：13-16.

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[7] 教育部.关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知：教高厅[2017]4号[Z].2017.

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[11] 张沪寅，陈晶等.网络安全国家级虚拟仿真实验教学中心建设探索[J].实验室研究与探索，2019，12，38[12]：144-148.

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[13] 熊宏齐.国家虚拟仿真实验教学项目的新时代教学特征[J].实验技术与管理，2019，36[9]：1-4.

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[15] 吕新颖，余文胜.国家级虚拟仿真实验教学项目建设与思考[J].教育教学论坛，2020，10：389-390.