高等学校虚拟仿真实验教学现状及趋势研究*

◆李澜 王吉

0 引言

随着信息技术的发展，教学媒体辅助课堂教学的频率日益升高，虚拟仿真实验教学课程已成为专业类知识学习的重要载体，可有效增强教学效果。基于《教育部办公厅关于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）要求，在高校实验教学改革和实验教学项目信息化建设的基础上，自2017 年开始，全国多所高等院校均展开示范性虚拟仿真实验教学项目的建设工作。

当前对于虚拟仿真实验课程项目的相关研究较少，本文基于国家虚拟仿真实验教学课程共享平台中相关数据，对虚拟仿真实验教学现状及趋势进行分析。据分析结果可知：目前工科、理科专业课程在平台中占比较大，课程项目开发以高校与企业合作为主，高校间缺乏合作机制以及项目认定无统一标准。本文针对以上问题提出可行性建议。

1 研究设计

1.1 研究方法

本文采用内容分析法（content analysis）对国家虚拟仿真实验教学课程共享平台中的数据内容进行分析。该研究方法是一种透过现象看本质的科学方法，通过分析平台内各维度的数据，可以了解平台中各门类学科课程项目的占比，以及项目认定等方面信息的相关科学性结论。其重点步骤为：选择分析单位→确定分析编码→详细评判记录→量化分析材料。该研究方法在社会科学研究中普遍使用。本文将分析国家虚拟仿真实验教学课程共享平台的适用人群、课程分类、一流课程和开发者等四个维度。这种对文本内容进行的客观、系统、定量的描述性研究方法，可以克服常规定性研究的不确定性和主观性[1]。

1.2 研究对象

国家虚拟仿真实验教学课程共享平台自2017年开始开设课程，截至2021 年10 月，可以检索到60 个专业类别的相关课程，共有3 250 个课件，其中经过国家认定的一流课程共有728 个。本文将对这些数据进行各方面的比较分析，并从中了解我国虚拟仿真实验教学课程的现状、问题及趋势。（注：其中个别编码维度将进行抽样分析。）

1.3 研究类目设计

1.3.1 类目名称 本研究以每一个虚拟仿真实验教学课程为一个分析单位，依据课程面向的群体、可进行虚拟实验的专业、实验人次较多的人气课程开发人员以及经过认定的一流课程申报时间，对每个分析单位从适用人群、课程分类、开发者、一流课程等四个维度进行类目设计，四个类目名称及描述见表1。

表1 类目名称及描述

1.3.2 类目体系 以上述四个类目作为一级类目，每个类目根据具体分析问题的不同形成二级类目，再对应上二级类目的频数和频率，最终形成虚拟仿真实验教学课程分析的类目体系。在该体系中，依据一级、二级类目的界定和说明，对60 个专业的3 250 个课件进行内容分析和频数频率统计，完成对我国虚拟仿真实验教学课程项目的客观、系统、定量分析。

2 研究成果及分析

2.1 我国虚拟仿真实验教学课程现状分析

2.1.1 国家虚拟仿真实验平台中工学门类科目占比较大 国务院学位委员会和教育部颁布修订的《学位授予和人才培养学科目录（2011 年）》规定，我国学科门类分为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学、管理学、艺术学、交叉学科等14 个学科门类。按照该划分方式，国家虚拟仿真实验教学课程共享平台中课程项目数超过100 的专业共有11 类，共1 497 个课程项目，如表2 所示。其中，有五类专业属于工学，共有653 个课程项目；三类属于理学，共有330 个课程项目；各有一类分别属于管理学、艺术学、医学，分别有221、169、124 个课程项目。其中工学门类科目占比43.62%，比例极大。

表2 支持虚拟仿真实验课程的专业类别

下面对支持虚拟仿真实验课程的专业类别（专业包含课程项目数≥100）进行内容分析：

1）课程项目数排在第一位的是管理类，包括221 个项目（14.76%），其中经过国家认定的一流课程项目有28 个（12.67%）；

2）课程项目数排在第二位的是机械类，包括175 个项目（11.69%），其中经过国家认定的一流课程项目数有44 个（25.14%）；

3）艺术学类排在第三位，共有169 个项目（11.29%），包括24 个国家认定的一流课程项目（14.2%）；

4）基础医学类和土木类并列第四位，各包含124 个项目（8.28%），其中基础医学类国家认定的一流课程项目有42 个（33.87%），土木类国家认定的一流课程项目有33 个（26.61%）；

5）化工与制药类、化学类和电子信息类排在第五位，项目数均为120 个（8.02%），其中化工与制药类国家认定的一流课程项目数为30 个（25%），化学类国家认定的一流课程项目数为31个（25.83%），电子信息类国家认定的一流课程项目数为14 个（11.67%）；

6）电气类课程项目数为114 个（7.62%），其中国家认定的一流课程项目数为15 个（13.16%）；

7）物理学类课程项目数为105 个（7.01%），其中国家认定的一流课程项目数是15 个（14.29%）；

8）生物科学类课程项目数为105 个（7.01%），其中国家认定的一流课程项目数为35 个（33.34%）。

另外，纵观平台现有虚拟仿真实验的全部课程，可以发现课程项目均未标注面向人群，以及此课程是否需要某些基础相关知识作为理论支撑，从而增加了使用难度，用户体验不佳，降低了用户黏度，不利于虚拟仿真实验的长期发展。

2.1.2 “人气课程”分布特征分析 对2017—2021 年国家虚拟仿真实验教学课程平台中实验人次最多的前20 个“人气课程”项目的开发单位进行统计，见表3。其中，60%的开发单位是211 院校，40%的开发单位是985 院校（统计结果中211 院校与985 院校频数频率有重复）。来自其他院校的课程项目数共计8 个，占比40%，均为本科院校，并无专科院校。

表3 2017—2021 年国家虚拟仿真实验教学课程平台中实验人次最多的前20 个“人气课程”项目的开发单位

从数据分析结果来看，虚拟仿真实验课程开发团队水平较高，但人员分布不均。在前20 个“人气课程”项目的开发负责人中，有18 位为教授职称；具有博士学历的负责人共有9 位，具有硕士学历的负责人有4 位，具有本科学历的负责人有3 位；其中2 位负责人为院长，1 位负责人为博士生导师，其余17 位负责人均为副院长或高级工程师。通过分析项目开发的参与人员发现，开发团队在7 ～28人不等，其中有4 个课程项目开发团队仅由7 人组成，合作企业人员1 ～2 人。开发团队主要由教授、副教授、实验师及企业人员组成。高校人员约占开发人员总数的3/4，其余为项目合作开发的企业人员。其中并未有高校人员独立完成课程项目。

虚拟仿真实验课程在开发上缺乏合作。关于虚拟仿真实验课程的开发单位，从表3 可以看到，其中有6 所985 高校和11 所211 高校，占统计数据的55%。4个直辖市均有高校上榜，上海、湖北、湖南、江苏、陕西分别有2 所学校上榜。西南地区除重庆外，仅有四川大学1 所学校上榜，而东北地区只有吉林大学1 所高校在榜单上，华南地区及新疆、内蒙古、青海、宁夏等内陆省份并未有高校上榜。从地域分布上看，各直辖市和湖南、湖北、江苏、陕西等高校聚集地区，在虚拟仿真实验课程的开发上成果显著。

所有课程项目均为高校独自主持开发，并未发现有几所学校联合组织课程项目的情况，或高水平院校帮助支持低水平院校建设健全虚拟仿真实验课程的开发和虚拟仿真实验室的使用。综合可知，在课程开发和教学资源方面存在整合不佳的问题，高校间缺乏合作与互帮互助[2]。

虚拟仿真实验课程在申报上与学校水平没有直接关系。从“人气课程”排行榜上的课程项目归属可以看到，有北京大学、同济大学、四川大学等高水平学校，也有盐城工学院、洛阳理工学院、西藏民族大学等地方高校，开发及申报课程项目的学校水平是不同的。这也反映出虚拟仿真实验课程对各级各类学校而言都是新兴事物，各级各类学校都在同一起跑线上，很多普通高校存在弯道超车的迹象，高水平院校在申报虚拟仿真实验课程上并不存在明显优势。

2.1.3 国家认定一流项目逐年递增，但缺乏后续支持 根据《教育部办公厅关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》和《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》等文件要求，计划到2020 年认定1 000 项左右的示范性虚拟仿真实验教学项目（一流项目），以便积极推动现代信息技术在实验教学中的应用，提升实验教学质量和水平[3-4]。因此，2017年，国家开通虚拟仿真实验教学课程共享平台。自2017 年以来，各年申报项目的相关数据见表4。

表4 2017 年以来各年申报项目的相关数据

可以看到，2017 年提交申报并经过认定的项目数是105 项，2018 年是296 项，2019 年是327 项，数据呈现逐年增长趋势，虚拟仿真实验课程在国家政策的推动下发展速度逐年加快。可以发现，虚拟仿真实验教学项目的发展是高等教育的“互联网+”新趋势[5]，这种教学方式已经得到普遍认可和新的、升级化的发展。这种发展对教育教学，特别是对专业度要求较高的课程，起到良好的推动作用。

2020 年和2021 年在该平台上提交申报的项目至今还未被认定成功，所以在表4 中，2020 年和2021 年申报的一流项目为0 项。不难看出，一流项目的认定工作存在一定问题，平台重课程轻推广，缺乏后续支持，不利于课程项目的持续性发展。

3 关于推进虚拟仿真实验教学课程发展的建议

3.1 在课程开发上要遵循共建共享原则

国家虚拟仿真实验教学课程平台的建设和发展，推动了高校教学改革，实现了教学信息从信息源到学习者之间个性化、智能化、泛在化的传递，具有明确的教学目的、教学内容和教学对象，这也是教学新形式。课程平台的建设和发展推动了现代信息技术与实验教学项目的深度融合，优化了教学内容，提升了学生学习深度，延伸了实验教学时间和空间，提升了实验教学的质量和水平。

其中，工科、理科相关专业在虚拟仿真实验中课程项目数最多，课程点击率最高，虚拟仿真实验项目可以为这类实验性较高的学科提供及时且有效的学习方法，帮助高校更好地开展实验教学。虚拟仿真实验在一线教学及学生线下自主学习中的地位越来越重要，所以在项目开发中应结合当今时代背景、未来发展趋势以及学生的需求，关注学生创新和实践能力的培养，重点解决实际实验操作中存在危险或设备不支持的问题。实验课件要将理论知识与操作技能相结合，使学生全面、形象地感知学习，加速知识迁移，促进实验教学内涵式发展。

推进高校间信息交流、整合，建立资源共建共享模式。课程开发包括课程目标、课程内容、课程实施和课程评价等四个环节，课程开发的前期工作是做好针对课程目标和课程内容的课程设计。对于课程内容的设计，开发团队需要掌握大量课程相关的专业信息，进行内容整合，再根据课程目标完成筛选工作，从而得到适合的、优质的、高水平的课程内容。要整合各高校的教学、信息、技术资源，把所有教育因素和教学力量融合成一个整体，为学生建立高水平的课程项目[6]。特别是有重复或相似项目的高校之间应进行深度合作共享。高水平学校如985、211 工程高校应主动发挥引领作用，带动更多学校参与教学资源建设，开发受众群体更广、课件水平更高的优质课程，使虚拟仿真实验课程发挥更高的效益[7]。高校内部也应该尝试学科交叉等方式，探讨新的虚拟仿真实验形式和新的高效使用方法。

目前，在国家虚拟仿真实验教学课程平台中并没有对课程适用人员进行分类，对缺乏专人指导的学生群体不友好，增加了使用难度，限制了受众群体，不利于平台的长期发展。

申请项目和准备制作虚拟仿真实验项目之前应考虑项目所针对的人群，并标注清楚本课程项目的学习群体和课前需要掌握的相关基础知识，使用户可以有针对性地挑选适合自己的课程。

3.2 开发人员需要进一步提高水平

项目参与人员和一线授课教师需要进一步提高水平。主持项目开发的工作人员最好是具有丰富的实验教学经验和班级人员组织能力的一线教师[8]。一线教师参与脚本编写，可以更好地发挥经验优势。全职实验技术人员应是项目开发的核心，因为他们对项目开发的设计和过程更加熟悉，更了解课程项目在使用过程中容易出现错误的地方，可以提前做好预防工作。他们全程参与监督，可以使课程项目更加专业、规范[9]。

高校和科技公司要加强合作，共创优质课程。通过对项目开发人员分析发现，虚拟仿真实验课程开发均为高校与科技公司合作完成。绝大多数学校不具备独立制作虚拟仿真项目的能力，高校人员虽然具备相关专业知识，但在程序开发上水平不够，经验不足；而科技公司虽然专业知识能力不够，但在程序开发上水平较高，因此，虚拟仿真实验课程的开发离不开二者相互配合和深度合作。高校方面要具备前瞻性，提出未来发展的方向，在开发项目中明确重难点与留白，为后续课程内容和平台功能拓展留出一定空间。合作公司应该积极学习实验课程相关专业知识、课程相关动态及行业最新消息，并与高校教师相互学习、合作共赢，为后期进一步深度研发奠定基础[10]。

3.3 平台需要做好支持性工作，注重建设的同时做好推广工作

随着信息技术的发展，虚拟仿真实验的价值越来越凸显，再加上国家政策支持，越来越多的高校和科技公司愿意投身于虚拟仿真实验课程的开发，说明虚拟仿真实验的发展前景良好，市场需求量巨大。通过一流项目分析可知，一流项目认定存在问题，包括认定效率低下、平台不重视推广。很多优质课程没有通过一流课程认定，在平台页面展示中排序靠后，不便于用户使用、学习，不能发挥其优良效益。建议平台在注重建设的同时也要做好推广，做好支持性工作，发挥课程项目的作用。