楊勇 董曉輝

1 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖文信息中心 江蘇無(wú)錫 214121 2 西北師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 蘭州 730070

西部高校發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性與可行性研究

楊勇1董曉輝2

1 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖文信息中心 江蘇無(wú)錫 214121 2 西北師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 蘭州 730070

旨在對(duì)西部高校發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性與可行性做出論證，為此對(duì)甘肅省高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行抽樣調(diào)查和走訪，統(tǒng)計(jì)并分析甘肅省高校發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)的各種因素，并就西部省份高校發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)的可行性進(jìn)行探討。

西部高校；虛擬實(shí)驗(yàn)；必要性；可行性

This article aims at the development of virtual universities in Gansu Province and demonstrates the necessity and feasibility. For this, the author conducts a sample survey of experimental teaching in Gansu Province and visits universities, then the author makes statistics and analysis of some experiments factors of development of virtual experiments universities in The West, and discusses the feasibility of virtual experiment.

近年來(lái)，隨著通信、計(jì)算機(jī)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用成為可能。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室，因而產(chǎn)生虛擬實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)為科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展帶來(lái)新的思路。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)概念

關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)的定義，研究者從不同的角度和程度上有各種描述。

1）從基本組成形式來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)是由實(shí)驗(yàn)所依賴的模擬程序、實(shí)驗(yàn)單元、工具和參考資料組成的一個(gè)創(chuàng)造和引導(dǎo)模擬實(shí)驗(yàn)的交互環(huán)境，即實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，用戶可以通過(guò)增加新的物體、建立新的實(shí)驗(yàn)并把它們轉(zhuǎn)化成超文本文件來(lái)擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)室[1]。

2）從實(shí)現(xiàn)原理和工具來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)是以數(shù)學(xué)理論、相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及與其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，采用“面向?qū)ο蟆彼枷雱?chuàng)建的能夠?qū)崟r(shí)操作的、非實(shí)在的實(shí)驗(yàn)空間，在此環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[2]。

3）從實(shí)驗(yàn)的效果來(lái)看，虛擬實(shí)驗(yàn)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果[3]。

上述各種觀點(diǎn)，雖然表述不同，但在關(guān)于虛擬實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的看法上，并沒(méi)有大的差異。當(dāng)然，過(guò)多地糾纏于虛擬實(shí)驗(yàn)的概念定義的描述，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的意義，如何支持虛擬實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，開發(fā)、設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)以及將其科學(xué)合理地應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展，才是研究虛擬實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。

2 研究現(xiàn)狀

虛擬實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)以后，因其良好的應(yīng)用前景，各國(guó)均投入大量的資金和人力進(jìn)行研究。美國(guó)作為虛擬實(shí)驗(yàn)研究開展最早的國(guó)家，在該領(lǐng)域已經(jīng)取得一些進(jìn)展，其中代表性研究成果有伊利諾伊大學(xué)的Nmrscope系統(tǒng)，俄勒岡大學(xué)物理系主辦的VLAB物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站，麻省理工學(xué)院的WebLab在線設(shè)備檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室等。其他發(fā)達(dá)國(guó)家也在虛擬實(shí)驗(yàn)的研究和應(yīng)用方面取得一些成果，典型代表如德國(guó)Ruhr大學(xué)開發(fā)的Vclab實(shí)驗(yàn)室[4]，新加坡國(guó)力大學(xué)電子工程系開發(fā)的用于工程教育的虛擬實(shí)驗(yàn)室，澳大利亞RMIT大學(xué)的John Ball和Kate Patrick設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)等。

與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)的研究起步比較晚，在研究進(jìn)展及技術(shù)上有一定的差距。但隨著近年來(lái)政府相關(guān)投入的增加和研究者的重視，虛擬實(shí)驗(yàn)在我國(guó)已經(jīng)得到快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的典型虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有華中科技大學(xué)的液壓回路性能和液壓元件裝拆虛擬實(shí)驗(yàn)[5]，北京大學(xué)的基于WWW支持大計(jì)算量和交互式的網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室的基本結(jié)構(gòu)（3WNVLAB）[6]，北京師范大學(xué)研制的Evlab系統(tǒng)，北京東方仿真控制技術(shù)有限公司開發(fā)的化工原理仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，等等。

3 西部高校開展虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)的必要性

西部12個(gè)省份，70%的國(guó)土面積上生活著全國(guó)大約30%的人口。2007年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，西部在全國(guó)的高等教育格局中處于相對(duì)弱勢(shì)地位，擁有的高校數(shù)僅占全國(guó)高校總數(shù)的24.4%，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室占14.9%，一級(jí)學(xué)科國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科占11%，中國(guó)科學(xué)院院士占7%，中國(guó)工程院院士占10%，博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)占17.2%?，F(xiàn)任蘭州大學(xué)校長(zhǎng)周緒紅在一次采訪中表示，西部地區(qū)的高等教育有“六少”：重點(diǎn)高校少、直屬高校少、重點(diǎn)學(xué)科少、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室少、研究生（論壇）學(xué)位授權(quán)點(diǎn)少、招生名額少。

3.1 甘肅省高校概況介紹

甘肅省有專科層次以上普通高校30余所，其中“211工程大學(xué)”1所，省部共建大學(xué)1所，普通本科院校12所，其他皆為專科院校和高職院校。僅以甘肅省高校為例，教學(xué)儀器缺額為4.4億元，圖書缺額為98萬(wàn)冊(cè)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)用房缺額為175萬(wàn)平方米。省財(cái)政每年可用于高校的基建投入僅有1 000萬(wàn)元左右，省屬院校建設(shè)主要依靠銀行貸款，總負(fù)債已高達(dá)49億元，每年支付利息需3億多元，且息滾息，對(duì)本來(lái)就投入不足的省屬高校無(wú)疑是雪上加霜。曾有政協(xié)委員在政協(xié)甘肅省九屆五次會(huì)議召開的“教育發(fā)展專題聯(lián)組座談會(huì)”上，做過(guò)一份關(guān)于“巨額債務(wù)困擾甘肅高校正常發(fā)展”的調(diào)查報(bào)告[7]，報(bào)告中指出，甘肅省30余所普通高校，負(fù)債49億元，年利息近4億元，高校資金短缺，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，已成為影響高校穩(wěn)定的重要因素，成為高校擴(kuò)招后教育教學(xué)質(zhì)量不能完全保證的重要誘因，成為制約高等教育持續(xù)健康發(fā)展的主要瓶頸。

3.2 甘肅省高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查分析

為了深入了解甘肅省高校目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，筆者設(shè)計(jì)了《甘肅省高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查》問(wèn)卷，對(duì)甘肅省高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行抽樣調(diào)查。調(diào)查范圍涉及甘肅省辦學(xué)條件較好的7所院校（見(jiàn)表1），它們從不同的層面上代表了甘肅省的高等教育。調(diào)查對(duì)象分為在校大學(xué)生（包括研究生）和任課教師，涉及學(xué)科多達(dá)54個(gè)，其中理工科類占88.89%。調(diào)查共發(fā)放學(xué)生問(wèn)卷325份，收回有效問(wèn)卷269份，問(wèn)卷有效收回率為82.76%；發(fā)放任課教師問(wèn)卷160份，收回有效問(wèn)卷104份，問(wèn)卷有效收回率為65%。根據(jù)艾爾·巴比的“問(wèn)卷回收率至少要有50%才是足夠的”[8]這一說(shuō)法，可見(jiàn)本調(diào)查問(wèn)卷有效回收率滿足要求。

問(wèn)卷從實(shí)驗(yàn)設(shè)備能否滿足授課、學(xué)習(xí)、科研需求，實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在哪些方面不足，實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)情況，假設(shè)實(shí)驗(yàn)課開展比較差的原因等幾個(gè)維度進(jìn)行了調(diào)查。

1）從實(shí)驗(yàn)設(shè)備的滿足度統(tǒng)計(jì)分析看，不管是學(xué)生還是教師，從學(xué)習(xí)、授課及科研角度都認(rèn)為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的滿足度不夠。其中，59.1%的學(xué)生認(rèn)為無(wú)法滿足其學(xué)習(xí)需求，51.0%的任課教師認(rèn)為不能滿足授課需求，61.5%的教師認(rèn)為不能滿足科研工作。

2）從實(shí)驗(yàn)設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查分析看，教師和學(xué)生都認(rèn)為經(jīng)常使用的設(shè)備比較缺乏，分別占調(diào)查組中的46.2%和33.8%，占總調(diào)查人數(shù)中的37.2%，比重最大；同時(shí)有46.1%的學(xué)生、51.9%的教師認(rèn)為比較昂貴的設(shè)備不足，占總調(diào)查人數(shù)的47.7%?？梢?jiàn)，由于高校資金不足，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入上有限，致使經(jīng)常使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和比較昂貴的設(shè)備明顯不足。

表1 調(diào)查院校表

3）從實(shí)驗(yàn)課的開展情況來(lái)看，只有3.4%的調(diào)查者反映實(shí)驗(yàn)課沒(méi)有開設(shè)，由此推斷，甘肅省高校實(shí)驗(yàn)課開設(shè)基本正常，那么在實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的情況下，實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)效果如何呢？從學(xué)習(xí)者的角度分析來(lái)看，60.6%的學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。

4）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳的原因探索的統(tǒng)計(jì)分析，表明導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳的直接原因之一是硬件問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足、種類不全以及經(jīng)常使用的和比較昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏等直接影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，所占比重高達(dá)49.8%。而另一個(gè)原因是教學(xué)制度及教學(xué)進(jìn)度的問(wèn)題，理論課程太緊，忽略了實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課次數(shù)太少，課時(shí)數(shù)太少等也成為影響教學(xué)效果的重要原因，其所占比重為46.1%。

因此，不難看出甘肅省各高校雖然基本上都開設(shè)了實(shí)驗(yàn)課，但由于硬件建設(shè)及教學(xué)制度等原因，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到教學(xué)的要求。

3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式落后

實(shí)驗(yàn)教學(xué)最基本的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法、科學(xué)思維方法和學(xué)科的基本研究方法。然而實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織形式和教學(xué)模式的僵化滯后嚴(yán)重阻礙實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和對(duì)表1中7所高校走訪的結(jié)果來(lái)看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)（除研究生實(shí)驗(yàn)課程）的組織形式和教學(xué)模式普遍存在下面幾個(gè)問(wèn)題。

1）理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為主角。在走訪中有85.3%的教務(wù)管理教師和71.7%的任課教師認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)存在嚴(yán)重問(wèn)題。首先，在設(shè)置實(shí)驗(yàn)課時(shí)，學(xué)校主要考慮什么理論課程需要實(shí)驗(yàn)，就開設(shè)什么實(shí)驗(yàn)課程，而不是在宏觀上為某門學(xué)科制定具體明確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃。這樣的排課制度造成各實(shí)驗(yàn)課之間缺乏聯(lián)系，綜合性實(shí)驗(yàn)課更是無(wú)法開設(shè)，不利于學(xué)生處理問(wèn)題能力的培養(yǎng)。其次，理論課沒(méi)有講到，實(shí)驗(yàn)課就不能先做，實(shí)驗(yàn)只起到驗(yàn)證理論的作用，變成理論教學(xué)的輔助手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)更重要的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所掌握的知識(shí)分析、解決問(wèn)題的能力，而驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是最低層次的實(shí)驗(yàn)。

2）教學(xué)內(nèi)容滯后，脫離實(shí)踐。由于實(shí)驗(yàn)室不對(duì)外開放，內(nèi)部封閉，再加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備在沒(méi)有資金支持下不能及時(shí)更新，學(xué)科發(fā)展的新思想、新技術(shù)、新方法不能被及時(shí)吸收到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容更新非常緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代發(fā)展的步伐。實(shí)驗(yàn)課只是對(duì)課本知識(shí)的重復(fù)、理論的驗(yàn)證，缺少實(shí)際問(wèn)題的解決。學(xué)生只關(guān)心如何完成學(xué)習(xí)任務(wù)，很少思考如何利用所學(xué)的知識(shí)解釋生活中的實(shí)際現(xiàn)象，解決實(shí)際問(wèn)題。

3）忽視實(shí)驗(yàn)的主體。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織形式機(jī)械模仿課堂教學(xué)，基本上就是按班級(jí)進(jìn)行教學(xué)安排，由于同一類型的設(shè)備數(shù)量固定，這樣的安排導(dǎo)致班級(jí)人數(shù)多的設(shè)備不夠，人數(shù)少的設(shè)備閑置。雖然教學(xué)班一直是教學(xué)管理的有效載體，但它卻往往是教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)忽視學(xué)生個(gè)體差異的前提。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生沒(méi)有任何發(fā)言權(quán)和選擇權(quán)，教師安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)之前教師先對(duì)本實(shí)驗(yàn)的目的、原理、實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行講解，然后演示實(shí)驗(yàn)[9]。學(xué)生只要照著現(xiàn)成的步驟，按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可。并且在統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)室便關(guān)門，學(xué)生再?zèng)]有接觸實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。這種僵化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式漠視學(xué)生能力差異和個(gè)性的發(fā)展，并且很大程度上抑制了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，更不利于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和探索精神的培養(yǎng)。

4）實(shí)驗(yàn)室設(shè)備隱性浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是高等院校除基建外投資最大的基礎(chǔ)建設(shè)，理應(yīng)在人才培養(yǎng)中發(fā)揮與之相稱的作用。然而，筆者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室的利用不容樂(lè)觀，存在隱性浪費(fèi)，這些投資巨大的實(shí)驗(yàn)設(shè)備學(xué)生只能在固定的實(shí)驗(yàn)課堂上使用，實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后便關(guān)門大吉。更有甚者，有些實(shí)驗(yàn)室因?yàn)闆](méi)有相應(yīng)課程的安排而閑置一個(gè)學(xué)年，學(xué)生不允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，更無(wú)權(quán)使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備。還有些單位花大資金為某項(xiàng)目購(gòu)買了儀器，在項(xiàng)目結(jié)束后便擱置一旁，直至淘汰報(bào)廢。

3.4 發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)走出困境的有效途徑

在目前高校資金短缺，實(shí)驗(yàn)教學(xué)形同虛設(shè)的情況下，發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)走出困境的有效途徑。虛擬實(shí)驗(yàn)盡管不能完全取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，但因其與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)將克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的多方面困難。

1）走出資金困境。虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備都是通過(guò)軟件虛擬化的，除了開發(fā)實(shí)驗(yàn)軟件和架設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的費(fèi)用外，相比大規(guī)模地購(gòu)置真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、增加實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所以及大面積地更新?lián)Q代所需要的費(fèi)用，虛擬實(shí)驗(yàn)耗資較小，并且減少了設(shè)備的損壞，也更易于更新?lián)Q代。尤其對(duì)大型精密儀器的虛擬，不但節(jié)省了資金，而且學(xué)生也將有機(jī)會(huì)接觸應(yīng)用到。

2）突破時(shí)空的限制。虛擬實(shí)驗(yàn)可以突破時(shí)空的限制，這有三方面的涵義。①傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中由于受到實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的限制，學(xué)生基本上除了在實(shí)驗(yàn)課堂上規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)外，就再?zèng)]有機(jī)會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室了。虛擬實(shí)驗(yàn)則不受時(shí)間和空間限制，只需在任一有網(wǎng)絡(luò)的地方便可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，選擇性地做實(shí)驗(yàn)，并可反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)。②虛擬實(shí)驗(yàn)可以模擬大到天體運(yùn)行、小到原子結(jié)構(gòu)等真實(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)或很難實(shí)現(xiàn)的情況。比如，學(xué)生可以置身于虛擬的宇宙中，觀察天體的運(yùn)動(dòng)軌跡和相互關(guān)系；學(xué)生也可以進(jìn)入原子世界，觀察原子的組成結(jié)構(gòu)。③有些需要長(zhǎng)時(shí)間才能觀察到變化過(guò)程的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬，可以在短暫的時(shí)間內(nèi)展示給學(xué)生觀察，如種子的發(fā)芽過(guò)程、蜜蜂的工作規(guī)律等。

3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的新穎和實(shí)驗(yàn)方法的先進(jìn)。虛擬實(shí)驗(yàn)本身不僅基于各種先進(jìn)技術(shù)，更重要的是它是在先進(jìn)教學(xué)理念的指導(dǎo)下建設(shè)的。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，成為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容快速更新的前提，加之更新升級(jí)成本較低，使得先進(jìn)的教學(xué)理念可以很容易地設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，并且虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍抡媸澜绲谝涣鞯膬x器設(shè)備，為實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性提供設(shè)備基礎(chǔ)。

4）學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體。在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生能夠根據(jù)自己的情況，自主地選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自我控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在學(xué)習(xí)之前，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理等進(jìn)行熟悉和理解，也可以在實(shí)驗(yàn)后對(duì)沒(méi)有觀察清楚和不理解的地方反復(fù)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，學(xué)生還可以在教學(xué)內(nèi)容之外，對(duì)感興趣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究，嘗試實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中自始至終處于主體地位，充分激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)習(xí)效率的同時(shí)，更有利于發(fā)散思維、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力的鍛煉。

因此，虛擬實(shí)驗(yàn)不僅可以有效解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的各種問(wèn)題，還從深度和廣度上使實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到提升。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)必將有力地推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容、方法和教學(xué)模式的變革，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向，是現(xiàn)代化教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必然趨勢(shì)。

4 西部高校發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)的可行性

4.1 可行性基礎(chǔ)之先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

1）計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為虛擬實(shí)驗(yàn)提供了可靠的硬件基礎(chǔ)。隨著我國(guó)教育信息化的大力推行，校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和計(jì)算機(jī)的普及給虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并對(duì)其產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。2002年，隨著“西部大學(xué)校園計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程”項(xiàng)目的啟動(dòng)，在國(guó)家的大力支持下，西部各高校相繼建立了校園網(wǎng)，校園主干帶寬幾乎都達(dá)到1 000 Mbps，桌面帶寬也達(dá)到100 Mbps。近年來(lái)，部分高校計(jì)劃或正在實(shí)施校園網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，千兆校園網(wǎng)絡(luò)為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2）先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)為虛擬實(shí)驗(yàn)提供技術(shù)支持。近年來(lái)，比較流行的虛擬實(shí)驗(yàn)開發(fā)技術(shù)主要有VRML、JAVAJava Applet、Quick Time VR以及3DMAX等各種Web技術(shù)，以及圖形圖像處理、視音頻技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，為虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)提供了技術(shù)保障。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展為虛擬實(shí)驗(yàn)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。世界一流的數(shù)據(jù)庫(kù)公司開發(fā)的大中型數(shù)據(jù)庫(kù)，比如Oracle、SQL Server、DB2、Sybase、Informix等可以滿足不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)訪問(wèn)需求，成為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)龐大的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)和高速訪問(wèn)的支撐[10]。

4.2 可行性基礎(chǔ)之學(xué)科、人才保障

高校本身就是人才云集的地方，僅以甘肅為例，雖處落后的大西北，但不乏歷史久遠(yuǎn)的百年學(xué)府（蘭州大學(xué)、西北師范大學(xué)、蘭州理工大學(xué)），在百年辦學(xué)期間，已經(jīng)形成比較穩(wěn)固且門類、層次齊全（博士、碩士、本科、?？聘呗毜龋┑膶W(xué)科，并且在各個(gè)學(xué)科都有雄厚的師資力量，其中不乏兩院院士、國(guó)內(nèi)學(xué)科帶頭人、長(zhǎng)江學(xué)者等在學(xué)術(shù)上有領(lǐng)導(dǎo)地位的人才。完善的學(xué)科背景和雄厚的師資力量為虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)提供了強(qiáng)大的學(xué)術(shù)保障。

4.3 可行性基礎(chǔ)之成功的經(jīng)驗(yàn)和大量理論研究的開展

本文前面已經(jīng)介紹了國(guó)內(nèi)外很多典型的虛擬實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用的成功案例。在此，筆者從文獻(xiàn)檢索的角度，通過(guò)CNKI檢索對(duì)國(guó)內(nèi)虛擬實(shí)驗(yàn)研究的現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以“虛擬實(shí)驗(yàn)”為關(guān)鍵詞，2005～2009年為時(shí)間段進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，在題名包含“虛擬實(shí)驗(yàn)”的期刊論文和碩、博士學(xué)位論文研究中，檢索到665篇，并按年度檢索了這5年間的研究情況。結(jié)果表明，文章的篇數(shù)穩(wěn)步上升，人們對(duì)“虛擬實(shí)驗(yàn)”的關(guān)注度逐年提升。這些研究成果也是發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)的奠基石，為虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)指引了方向。

5 總結(jié)

虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)不僅為西部省份高校解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題指明了道路，還是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的迫切要求，也是院校現(xiàn)代化建設(shè)的必然趨勢(shì)和提高教學(xué)效益的有效途徑。虛擬實(shí)驗(yàn)的建設(shè)不僅可以節(jié)約在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的投入，更重要的是可以完善高?，F(xiàn)有的教學(xué)體系，提高高校的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新精神。

[1]虛擬實(shí)驗(yàn)[EB/OL].http://aglorihtmbciotnay.org/rviurtal_laboroaty/2008.

[2]單美賢,李藝.虛擬實(shí)驗(yàn)原理與教學(xué)應(yīng)用[M].北京:教育科學(xué)出版社,2005.

[3]汪詩(shī)林,吳泉源.開展虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2000,22(2):33-35,39.

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[6]崔光佐,程旭,楊芙清.基于WWW的網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[EB/OL].http://221.208.174.58:888/sourced/10/03/01/03/08/30567.html.

[7]賈治堂.不堪重負(fù)，甘肅一高?！瓣P(guān)門”[EB/OL].http://www.gszx.gov.cn/www/ContentsDisp.asp?id=3049&ClassId=45.

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[10]白娟.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其設(shè)計(jì)研究[D].西安:陜西師范大學(xué),2005.

TP391.9

A

1671-489X(2012)15-0006-04

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.15.006

Study of Necessity and Feasibility on Developmental Strategies of Virtual Experiments in Colleges and Universities of West//Yang Yong1, Dong Xiaohui2

Author’s address 1 Information Center of Wuxi Institute of Technology, Wuxi, Jiangsu, China 214121

2 Network Education Institute of Northwest Normal University, Lanzhou, China 730070

作者：楊勇，西北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科畢業(yè)，江南大學(xué)碩士在讀，主要從事虛擬實(shí)驗(yàn)、信息資源的研究。