高校虚拟仿真实验教学的思考

亚春林

[摘           要]  虚拟仿真实验教学是高校实现实验教学深化改革和教育教学信息化的重要内容，也是教育部推进教育教学质量建设、打造“金课”的重要组成部分。虚拟仿真实验教学有利于提高实验教学效果，激发学生的学习兴趣，开发学生的创新潜能，满足社会对高质量人才的需求。主要从高校虚拟仿真实验教学的必要性、意义、面临的问题及建议等方面进行分析，以期对高校虚拟仿真实验教学提供借鉴。

[关    键   词]  虚拟仿真;实验教学;信息化;建议

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                 [文章编号]  2096-0603（2022）25-0040-03

近年来，我国信息化技术发展迅速，如何将信息化技术运用于高校实验教学，推进高校教育教学改革，已成为高校实验教学发展的新方向。高校正在开展的虚拟仿真实验教学，就是利用现代仿真技术把网络和多媒体等先进技术融为一体，通过模拟真实的场景，再现和塑造现实社会活动，使学生有良好的学习体验，从而加深对专业知识的理解和掌握，加强理论与实践教学的融合，使学生在虚拟中亲身体验，在仿真中深刻感知。因此，在高校中全面开展虚拟仿真实验教学，是进一步推进我国高等院校教育教学质量变革的重要内容，对高校培养社会急需的应用型人才意义重大。

一、虚拟仿真实验教学的必要性

（一）实现新学科建设的必然选择

虚拟仿真教学手段把虚拟技术和仿真技术进行有效的融合，然后把该技术服务于实验教学，各学科运用该技术为实验教学提供综合性仿真演练，从而进一步促进学科融合，实现了教学资源的共享，有效地促进学科建设。

（二）助力实验教学改革的必然要求

借助虚拟仿真技术，为实验教学情景设计、展示和教学实施提供了全新的平台，推动实验教育教学改革，创新人才培养方式。

（三）落实立德树人的重要途径

虚拟仿真实验教学对传统实验教学进行转型升级，加强了教育的多元化支撑，学生通过虚拟仿真实验建立自主探究的学习精神，添加人文情怀和思政元素，培养具有社会责任感、历史使命感的人才，落实立德树人的理念。

（四）推进实验教学信息化的必然趋势

将虚拟仿真技术运用于实验教学，既能够解决实验教学的困难，又能拓展实践领域，提高实验技术的含金量，是實现实验教学信息化发展的必然趋势。

（五）提升学生开拓创新能力的重要渠道

学生能力的提升依赖良好的教学平台，虚拟仿真实验教学平台不仅为学生传授理论知识，还可以把理论知识应用到仿真训练中，通过创设业务岗位和管理流程，规范操作方法和体验运作场景，提高学生的业务感知能力和创新能力。

二、虚拟仿真实验教学的意义

（一）对传统实验教学的拓延

虚拟仿真实验教学凭借其操作性、交互性较强的特点，进一步拓展了教学空间，弥补了线下教学的不足，更加彰显了实验教学的重要性，拓展、延伸了传统实验教学的方法。

（二）强化师生职业技能

虚拟仿真教学可以进一步加强专业建设，可开展师资培训、学科研讨、学科共建等活动，进而提高教师的业务能力和学生的实训技能，开阔师生视野。

（三）丰富实验教学手段和方法

传统的实验教学方法单一且灵活性较差，演示性实验和验证性实验居多，预期实验效果不明显。由于互联网技术的大量使用，在虚拟仿真实验教学中，可借助该技术以翻转课堂的形式进行反复演练，让学生更好地学习和融会贯通，运用更多的实验教学手段和方法引导学生开展创新型实验和探索型实验的研究。

（四）提高实验教学资源效率，节约投资

虚拟仿真实验教学借助云平台及虚拟化的仿真技术，打破了传统以实验室作为单元的实验边界，通过动态调整和按需分配，充分盘活存量的实验教学资源，扩充了实验教学空间，建立高效、节能的实验室，避免重复投资，节约有限的资金。

（五）深化教育创新，促进校企合作

为全面深化高校教学创新和实验教育教学改革，虚拟仿真中开展与相关企业的深度合作，发挥企业实务优势，提高学生的业务技能，既利于打造校企合作的长效机制，不断拓宽合作领域，又使双方能够实现优势互补、合作双赢。

三、虚拟仿真实验教学面临的问题

（一）实验教学创新意识不强

受传统应试教育的影响，学生的学习过程从一开始就是被动接受知识，缺乏自我学习能力，容易形成思维定式，导致创新意识不强。

（二）实验教学应用理念滞后

虚拟仿真技术是通过计算机软件模拟出真实的工作和学习场境，在视觉、感官等方面与真实环境相一致，学生在实验学习中有身临其境的感受，沉浸其中，提高想象力和创造力。但在实际的实验教学中，教师对虚拟仿真这项新的技术和方法认识不足，认为与以往实验教学一样仅仅是一些简单的软件操作，导致教学理念相对滞后。

（三）实验教学平台建设不足

虚拟仿真实验教学在实际应用中较传统实验教学具有更好的延展性，对传统实验教学具有补充、延伸和提升的作用。同时虚拟仿真实验教学的实施，需要改善原有的实验教学环境，增加相应的配套设施，提升原有的教学条件，更好地创造适合虚拟仿真实验教学的学习环境，培养学生具有再思考、再创造的发散性思维。但部分高校在虚拟仿真实验教学的环境建设、硬件设施及资金投入等方面由于经费不足或是认识上不够等，致使虚拟仿真实验教学平台建设不足。

（四）实验教学优质资源缺乏

高校学科建设的良性发展需理论研究和社会实践相结合，教育部产学研协同育人项目的推广和建设，有利于加强校企合作，把企业优质资源引入教学中，提高实验教学效果，做到资源共享。但是高校学科门类众多，软件研发企业在典型实例、数据积累和软件集成等方面不健全，加上高校虚拟仿真实验教学没有形成一套完整的教学体系，在目标建设、经费保障、院系共享等诸多方面存在不足，最终导致教学资源缺乏，不能很好地满足实验教学的需要。

（五）实验教学线下模式单一

传统实验教学的模式改变是虚拟仿真创新应用的前提条件，仅依靠实验室，通过教师的指导完成实验的模式越来越凸显出其局限性，体验性、沉浸性、生动性和灵活性的虚拟仿教学模式不能很好地得到体现。在虚拟仿真环境下，通过远程终端、线上教学等方式打破局域界限，拓展了实验教学空间，为实验教学甚至特殊时期的网课提供了便利。转变过去传统的教学模式，实现以教师为主体向以学生为中心的转变，实现以线下实验为中心向线上线下相结合的教学模式转变，改变单一的教学方法，发挥虚拟仿真实验教学的优势，提高实验教学的效率。

（六）实验教学师资人员短缺

虚拟仿真实验教学平台把众多的信息技术如人工智能、大数据和网络技术等融为一体，教师只有掌握这些先进的技术，才能更好地满足虚拟仿真实验教学的需要。实验操作中无论是实验教学还是设备的运行与管理，都需要有专业的技术团队，但在实际应用中，虚拟仿真实验教学专业师资力量缺乏，设备管理人员严重短缺，难以满足教学需要和教学目标的实现，在一定程度上影响了虚拟仿真实验的教学效果。

（七）实验教学制度建设不完善

完善的实验制度建设是实验教学效果的有力保障，随着高校虚拟仿真实验教学模式的引进和实验设备的更新，需要重新进行实验教学制度的设计，建立教学评价、资源开发、平台建设、工作量计算等的制度体系，以保证虚拟仿真实验教学的开展和创新。

四、加强虚拟仿真实验教学的建议

（一）强化虚拟仿真实验教学理念

虚拟仿真实验教学与传统实验教学相比优势明显，更加适应现代社会对应用型人才的需求，也是提高实验教学质量的主要手段之一。高校应充分认识虚拟仿真实验教学的重要性，强化实验教学理念，由教学实验中心设计实验教学方案，协同教学主管部门制订虚拟仿真实验教学的建设目标，保障和推进虚拟仿真实验教学的实施。

（二）培养虚拟仿真实验教学“双师型”队伍

虚拟仿真实验教学需要一支专业基础扎实、教学经验丰富和熟悉系统操作的教师队伍和技术骨干，师资人员不仅需要具备探索进取精神，还要具有创新意识。因此，在师资队伍建设中，应积极引进掌握信息技术的人才充实师资队伍，并鼓励现有教师外出培训学习和参加各种形式的虚拟仿真教学研讨会，推动产学研合作机制，安排业务骨干去企业调研、学习和历练，积累实践经验，培养“双师型”教师人才队伍。

（三）加强虚拟仿真实验教学资源建设

随着科学技术的发展，社会对人才的需求出现多元化发展趋势，高校应充分了解市场对人才的需求，建立以人才培养目标为导向的实验课程体系建设，根据学科、专业特点设计符合教学目标的实验内容，加强专业知识指导与交流，将理论知识与实际相结合，提高学生的综合能力。为丰富虚拟仿真实验教学资源库，满足实验教学的需要，高校应借助企业数据资源和软件研发优势，进一步促进校企合作，同时，利用现有教学资源，积极鼓励教学科研团队加大对虚拟仿真实验的研发力度，开发一批优势明显、特色突出、实用性较强的虚拟仿真实验教学资源，使虚拟仿真实验教学具备扩展性和兼容性，与社会需求同步，加强与社会的对接。

（四）完善虚拟仿真实验教学配套制度

制度建设是虚拟仿真实验教学可持续发展的重要保障，高校应结合虚拟仿真实验教学特点，制定相应的配套制度，如建立虚拟仿真教学的工作量认定机制、考评机制、反馈机制，只有完善的配套制度，才能保证实验教学的顺利开展。

（五）推进虚拟仿真实验教学多层次云平台建设

虚拟仿真实验教学的实施需要必要的硬件设施和物理环境，对教学场景有严格的要求，所以良好的教学云平台建设，是开展虚拟仿真实验教学的根本。

一方面高校应积极争取资金规划和建设校级、省级，甚至国家级虚拟仿真实验教学云平台，加大对平台基础设施建设的支持力度，为虚拟仿真实验教学的顺利开展形成强有力的支撑;另一方面要合理进行云平台的架构设计，构建准备、分析、应用、数据挖掘和数学建模等的多层次多模块的虚拟仿真教学平台，平台要具备对各类实验教学资源统一虚拟化管理的能力，实现平台对资源的动态调整和管理。

（六）拓展虚拟仿真实验平台教学功能

一方面可以增加创新创业的“双创”教学平台功能。高校大学生“双创”能力的培养是教学中非常重要的一项内容，充分拓展虚拟仿真实验教学平台的功能，引入培养创新创业能力的实验，进一步扩大平台功能，拓展训练内容，让学生在高度仿真训练环境中体验商业经营管理，訓练创业识别意识，通过平台建设商业计划书，对创业融资进行过程模拟，实验训练中学生可以不断总结成功经验，进而全方位掌握“双创”的相关知识。虚拟仿真实验教学平台“双创”功能的拓展，能够使学生更好地掌握企业经营管理中的实战经验和技能，培养学生的择业、就业与创业能力。

另一方面虚拟仿真实验教学平台可以培养学生的创新意识，进而提高学生的科研能力。虚拟仿真平台利用其技术和资源优势，为参加“双创”训练的学生提供了更大的空间和更多的资源，借助仿真平台模拟和训练，培育优秀的“双创”项目，选拔并展示“双创”成果，进而激发学生“双创”的热情，增强学生创新意识的训练和培养，以仿真平台为依托，加强学科和专业的交流，着力培育交叉学科成果的融合，推动科技成果转化。

五、结语

随着信息科学技术的发展和现代社会对人才需求的提高，把互联网、大数据和人工智能等先进技术融入实验教学中，进一步推动虚拟仿真实验教学项目的建设，为社会培养更多具有扎实理论功底和熟练操作技能的人才，是高校实验教学改革的重要内容，也是教育部推进教学质量建设、打造“金课”的重要组成部分。高校应加强虚拟仿真教学资源建设，挖掘潜能，为社会培养德才兼备、知识扎实、技能高超的复合型人才。

参考文献：

[1]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[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_3

09819.htm1.

[2]教育部办公厅关于开展2019年线下、线上线下混合式、社会实践国家级一流本科课程认定工作的通知[Z].2019-11-21.

[3]文锦琼，肖世维，青思含，等.虚拟仿真技术在高校不同学科中的应用[J].实验室科学，2020，23（2）：79-82，87.

[4]李杰，曹鹏飞，贾徐庆，等.虚拟仿真技术在高校实践课程中的建设与应用[J].科技风，2020（36）：83-84.

[5]殷复鹏，邓晓红，张雷，等.基于模块化的虚拟仿真实验室建设[J].实验技术与管理，2020，37（6）：59-62.

[6]郑超，胡蔓，陈良，等.科教融合建设优质虚拟仿真实验教学项目探索[J].实验室科学，2021，24（4）：23-27.

[7]魏慧平，周魏，李勇莉，等.虚拟仿真平台在高校实验教学中的应用[J].解剖室研究，2022，24（2）：20-23.

[8]王伟.基于虚拟仿真的经管类实验教学中心建设思路研究：以桂林旅游学院为例[J].理论观察，2020（6）：56-58.

[9]韦素娟.经管类专业虚拟仿真实验教学资源建设与实践[J].福建江夏学院学报，2019（9）：102-109.

编辑 栗国花