建设虚拟仿真实验教学信息化平台的探索和思考

摘 要：国家级实验教学示范中心的建设，极大的推动了我国高等学校实验教学改革和实验室的建设，促进了高校优质教学资源的整合和共享。虚拟仿真实验教学中心建设内容既包括软硬件基础条件、教学资源、管理系统和共享平台，也包括人才队伍、保障制度和运行机制等。因此，虚拟仿真实验教学中心已超越单一机构和基础设施的范畴，而构成了一个协调运行、资源共享、提高效益、持续发展的能力体系。

关键词：实验教学示范中心；信息化；共享；持续发展

一、教育部对教育信息化建设的要求

2012 年 3 月《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（下简称《意见》）提出了学校要加强高等教育实践环节教育力度，提高实验实训教学水平；加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设，重点建设一批国家级实验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、高职实训基地；加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量。《意见》也提出了学校要建设优质教育资源共享体系，加强信息化资源共享平台建设。同时，教育部印还发了《教育信息化十年发展规划（2011—2020）》（下简称《发展规划》）。《发展规划》要求推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式；利用先进网络和信息技术，整合资源，推进教学实验平台信息化建设；建立优质数字教育资源和共建共享环境，遵循相关标准规范，建设优质网络课程和实验系统、虚拟实验室等。由以上教育部印发的两个文件内容可看出，教育部对高等教育信息化建设的重视，地方院校要紧跟国家教育信息化建设的步伐，加强实践教育力度。

二、国外虚拟仿真实验教学平台建设进展

通过信息化平台的搭建与互联可以使学生有更多机会参加高水平的实验，也满足了信息技术发展对虚拟仿真实验教学创新的要求，让更多的学生随时随地的更好享用优质实验教学资源，实践能力和创新精神得到提升；也可以使教师的教学理念得到更新，教学能力得到提升，教学水平进一步提高。因此实验室信息化平台如何科学合理的搭建就显得尤为重要。美国的诸多著名大学，在虚拟仿真实验教学中心信息化平台建设和管理方面具有完备的专业管理标准和信息化管理体系在这方面值得我们参考。

（1） VLAB是美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站，网站包含天体物理、能量与环境、力学、热学等方面的几十种虚拟实验。

（2） 麻省理工学院的Web Lab远程实验室于1998年开发并投入使用。它提供了用于进行微电子学和电路设计课程的实验教学，它允许学生在自己的计算机上设计并修改电路模型，然后通过一个用Java激活的Web浏览器使用在远程实验室里的昂贵的测试设备来获取测试数据，验证自己的设计，实现了通过手机远程控制实验的功能。

三、虚拟仿真实验教学中心建设的必要性

教育信息化对提升高校教育质量具有重要意义，推动信息技术与高等教育深度融合是一场改革。作为教育信息化的有机组成部分，虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是以全面提高高校学生创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质实验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点开展的，实验教学信息化包括教学资源的信息化、教学管理的信息化和支持服务的信息化。

1、无法满足新型实验教学手段的要求

互联网时代正在打破传统学校和教师对学习资源的垄断，教育的途径和方式正在发生质的变化。未来大学教育中灌输知识的份量会降低，实际操作和讨论的课程将增加。在这种形势下，虚拟仿真实验教学作为现代教育技术在信息时代新的表现形式，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，完成教学任务，达到教学目标。

2、真实实验开设困难

真实环境下，受专业方向的影响，一些实验项目具有一定的危险性和破坏性。搭建这类课程的实验难度大且成本高。为此，很多学校和专业放弃了此类实验项目的建设，这不仅影响学生学习和吸收理论知识，也严重影响对其专业实践能力和实用技能的培养。

3、实体实验平台建设成本高

传统实验室的建设与管理会受到成本预算的制约，从实验设备的购置与维护到实验环境的建设与管理，都需要消耗大量的人力物力，不论哪个环节滞后或缺失，都将造成学生理论学习与实践操作的严重脱节。因此，在现代实验教学中提高实验教学的投入产出比，控制实验成本就显得格外重要。显然，引入虚拟仿真实验教学平台，可以大大减少经费投入，有效控制实验成本。

4、传统实验资源无法共享

實验资源是指实验室的仪器设备、软件平台、各类教学文档等。在传统的实验室模式下，这些资源都归属特定的物理场地、实验室设备或内部网络，学生受限于使用时间和场地，资源利用率不高，共享受益面不大。由于专业划分的差别，不同专业往往依赖于专门用于做此类实验的实验室，且不同类型的实验项目往往依赖不同类型的实验室，导致有些实验室利用率非常低，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力等限制问题，致使实验教学无法有效开展，且资源非常有限，实验教学资源无法开发共享。引入虚拟仿真实验教学平台，整合实验资源，使得学生在校外和校内一样，随时随地访问自己感兴趣的实验课程和实验内容，极大地提高了优质实验资源的利用率，扩大了受益面。

四、虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议

1、 制定实验教学信息化工作政策法规，构建虚拟仿真实验教学中心能力体系以教育信息化发展规划为指导，统筹做好虚拟仿真实验教学中心建设的整体规划和顶层设计。

（1） 加强导向性。制定实验教学信息化工作政策法规，建立虚拟仿真实验教学中心建设与管理规定；

（2） 注重体系化。虚拟仿真实验教学中心建设内容既包括软硬件基础条件、教学资源、管理系统和共享平台，也包括人才队伍、保障制度和运行机制等。因此，虚拟仿真实验教学中心已超越单一机构和基础设施的范畴，而构成了一个协调运行、资源共享、提高效益、持续发展的能力体系；

（3）增强规范性。采取研究、改造、二次开发、优选等方式，制定虚拟仿真实验教学资源开发与应用规范、虚拟仿真实验技术应用和环境建设要求、虚拟仿真实验教学平台建设标准等。同时，建立相应职能机构，完善实验教学信息化标准研究、测试、检验、认证与培训环节，以更好地规范和加强虚拟仿真实验技术、设备、平台、资源、信息等方面的标准化建设。

2、建立和完善资源共享的长效机制，形成和促进优质实验教学资源共享。

统计数据表明，高校每年实际应用超过600学时的网络实验室仅占到27%，而设备的折旧率很高，从而造成了实验教学资源的极大浪费。由于管理体制和运行机制不完善，优质教学资源的持续性共享受到很大限制，资源不均衡现象依然严重鉴于此，虚拟仿真实验教学中心建设应以建立和完善资源共享的长效机制，形成和促进优质实验教学资源共享为核心。

（1）要明确以软件共享、仪器共享、远程控制虚拟实验为主的虚拟仿真实验教学资源开发与应用要求，制定资源审查与评价指标体系，完善使用者网上评价和专家审查相结合的资源评价机制；

（2）要加大政策支持和引导性投入力度，发挥教育部门、高校、科研机构、企业和其他社会力量的多元主体作用，实行一线教师、实验技术人员、专业队伍以及企业工程师相结合，共同开发、协同推进虚拟仿真实验教学资源建设；

（3）要制定有利于提高虚拟仿真实验教学资源服务能力的激励措施，促进学校间、地区内网络实验课程互选和平台共用，支持使用者按需购买资源与服务，鼓励企业和其他社会力量提供个性化的资源服务。

3、建立知识共享环境与开放联合机制，统一科研协作平台和技术开发标准虚拟仿真实验教学中心建设是一项涉及多层面、体谋划来导向，也需要团队协作和联合攻关来保证。首先，需要突破支撑虚拟仿真实验教学的共性关键技术，如虚拟实验的可视化设计软件工具与集成環境、高度仿真的虚拟实验场景与对象构建、虚拟实验构件的多领域建模与装配等。其次，需要研发集实物仿真、虚拟实验、创新设计、智能指导和教学管理于一体，能够满足多地区、多学校、多学科专业实验教学要求，且具有良好自主性、交互性、扩展性、兼容性、安全性的虚拟仿真实验教学管理系统和开放共享平台。然而，目前虚拟仿真实验技术领域的同一课题往往有多个团队在研究，既造成了方向及内容的重叠，其成果共享还存在着对不同的开发环境、异构的技术平台加以整合等问题，在一定程度上也影响了虚拟仿真实验教学资源的使用率。

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（作者单位： 辽宁对外经贸学院，辽宁 大连 116000）