辛　穎，李耀翔，狄海廷，楊慧敏

(東北林業(yè)大學 工程技術(shù)學院，哈爾濱 150040 )

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森林工程國家虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐

辛穎，李耀翔*，狄海廷，楊慧敏

(東北林業(yè)大學 工程技術(shù)學院，哈爾濱 150040 )

摘要：虛擬仿真實驗教學是信息技術(shù)與學科專業(yè)融合的產(chǎn)物，是高等教育信息化的重要組成部分。森林工程國家虛擬仿真實驗教學中心以建設信息化實驗教學資源與項目為重點，開發(fā)和建設仿真實驗系統(tǒng)，構(gòu)建虛擬仿真實驗教學平臺，改革實驗教學管理隊伍和管理體系，進一步推進了森林工程國家級實驗教學示范中心的建設。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實驗；森林工程；實踐

引文格式：辛穎，李耀翔，狄海廷，等.森林工程國家虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].森林工程，2016，32(1)：94-96.

0引言

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化的重要組成部分，是信息技術(shù)與專業(yè)相融合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為實驗教學示范中心建設必不可少的內(nèi)容。為貫徹落實《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》(教高〔2012〕4號)精神[1]，根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》[2]，教育部在2013年啟動開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作。同年，森林工程虛擬仿真實驗教學中心被評為國家級虛擬仿真實驗教學中心，成為全國首批建設的百所虛擬仿真實驗教學中心之一。[3]

1虛擬仿真實驗現(xiàn)狀分析

虛擬仿真實驗是信息時代教育改革發(fā)展的必然要求，信息化技術(shù)特征、高度仿真的實驗環(huán)境和對象以及滿足本科教學要求這3個方面構(gòu)成了虛擬仿真實驗教學中心的本質(zhì)特征。在全國高等院校中，很多學校就虛擬仿真實驗室進行了初期的建設與探索。

2011年，教育部科技發(fā)展中心對全國高校網(wǎng)絡實驗室建設情況的抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，建立網(wǎng)絡工程類實驗室的高校占65%以上[4]。然而，每年高校中實際應用超過600學時的網(wǎng)絡實驗室僅有27%，嚴重浪費了實驗教學資源。其中，72.4%的高校曾開放過網(wǎng)絡實驗教學資源，但由于運行機制和管理體制的不完善，大大限制了優(yōu)質(zhì)教學資源的持續(xù)性和共享性，形成了教學資源的不均衡現(xiàn)象[5]。因此，目前專業(yè)實踐教學改革迫切需要創(chuàng)建一個功能齊全、具有較高現(xiàn)代化程度和較強的仿真性，以及能夠集教學、科研、服務于一體的實訓平臺，并以此改進與完善專業(yè)實踐教學。

虛擬仿真實驗教學中心建設的主要任務是實現(xiàn)不具備實現(xiàn)條件或真實實驗難以完成的教學功能，主要在涉及高危或極端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，以及高成本或高消耗的綜合訓練等情況時，提供經(jīng)濟、可靠和安全的實驗項目。由于森林工程類專業(yè)的特殊性，許多實驗實習受到自然條件及生態(tài)條件的限制，如木材生產(chǎn)作業(yè)的高危險性、森林采伐的不可逆性以及采伐對生態(tài)環(huán)境的破壞性等，所以建設森林工程仿真虛擬仿真實驗教學中心對促進森林工程建設、提高學生的動手實踐能力具有重要的現(xiàn)實意義。

2森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心建設的主要內(nèi)容

2.1實驗中心實驗教學資源建設

在虛擬仿真實驗中心建設過程中，注重發(fā)揮森林工程國家級特色專業(yè)的優(yōu)勢，以培養(yǎng)學生綜合設計能力和創(chuàng)新能力為出發(fā)點，充分整合信息化的實驗教學資源，建設與應用森林經(jīng)營、木材生產(chǎn)、林產(chǎn)品物流和包裝的軟件和儀器共享虛擬實驗，豐富教學內(nèi)容，拓展學生的實踐領域，學生可以放心地在虛擬實驗環(huán)境做各種危險的實驗，實現(xiàn)綠色實驗教學[6]。完成森林可視化經(jīng)營虛擬仿真實驗系統(tǒng)、木材生產(chǎn)規(guī)劃虛擬實驗系統(tǒng)、森林作業(yè)模擬仿真系統(tǒng)、原條量材造材與原木自動選材模擬仿真系統(tǒng)、原木優(yōu)化制材虛擬仿真實驗系統(tǒng)、木材企業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃與模擬經(jīng)營(ERP沙盤)、木材倉儲與進出口模擬仿真系統(tǒng)、架空索道虛擬實驗系統(tǒng)、包裝工藝過程虛擬仿真系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)建模與虛擬仿真實驗系統(tǒng)的建設與開發(fā)。

2.2教學管理和共享平臺建設

依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、人機交互、網(wǎng)絡通訊和多媒體等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境，創(chuàng)建具有前瞻性、兼容性和擴展性的實驗共享平臺，實現(xiàn)校內(nèi)外及更廣范圍內(nèi)的實驗教學資源共享。完成木材生產(chǎn)虛擬仿真實驗教學平臺、林區(qū)建設與規(guī)劃虛擬仿真實驗教學平臺、木材物流虛擬實驗平臺和林產(chǎn)品包裝虛擬仿真實驗教學平臺和虛擬仿真系統(tǒng)管理平臺的建設，全方位、立體化真實再現(xiàn)森林工程學科實踐實訓場景，克服了由于木材生產(chǎn)作業(yè)的高危險性、森林采伐的不可逆性以及采伐對生態(tài)環(huán)境的破壞性等因素造成的傳統(tǒng)方式難以滿足實踐實訓需求，有效解決了野外實驗實訓的受限性，借助虛擬仿真技術(shù)讓小課堂變成了大型實踐實訓基地。

2.3教學管理隊伍與管理體系建設

通過對實驗教學隊伍建設進行科學的規(guī)劃，從制度建設、職稱提升和人員編制等方面實行了有效的改革，培養(yǎng)和造就一支結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)高、人員相對穩(wěn)定的實驗教學隊伍。對于有應用前景的實驗項目，中心匹配一定經(jīng)費，并在實驗條件及資源方面提供保障；同等情況下，在實驗教學中有突出貢獻的教師，職稱晉升優(yōu)先。從制度上引導和激勵了教師積極投入實驗教學，實驗教學效果得到了顯著提升[7]。通過采取以上措施，森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心已經(jīng)建設了一支教學、科研和技術(shù)人員相結(jié)合，結(jié)構(gòu)合理，實踐與創(chuàng)新能力強的虛擬仿真實驗教學團隊。虛擬仿真實驗教學中心擁有完善的管理體系，教師隊伍實行制度化管理，設備運行規(guī)范化管理[8-9]。

3解決的關(guān)鍵問題

森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心在建設中著重解決了以下問題。

(1)在建設過程中，突破了支撐森林工程虛擬仿真實驗教學的很多關(guān)鍵技術(shù)，如高度仿真的森工虛擬實驗場景與對象構(gòu)建、虛擬實驗的可視化設計軟件工具與環(huán)境集成等。包含了實驗方案的設計——實施——效果評價——方案整改——再評價的整個環(huán)節(jié)，在優(yōu)化實驗方案的同時使學生更好地對所學的理論知識進行深刻體驗。

(2)以“生產(chǎn)場景、業(yè)務流程、社會需求、實踐能力”為線索進行虛擬仿真教學資源的構(gòu)建、整合、優(yōu)化與共享。梳理影響森工生產(chǎn)活動的因素與環(huán)節(jié)，構(gòu)建森工企業(yè)生產(chǎn)活動虛擬仿真實驗系統(tǒng)，開發(fā)相應實驗項目，培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。

(3)以森工企業(yè)崗位能力鏈要求構(gòu)建實驗教學平臺和虛擬仿真系統(tǒng)管理平臺，將森林工程生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)與能力要求落實到實驗課程與項目中，采用讓學生分角色模擬的方法，以角色所需的能力鏈作為具體抓手，實現(xiàn)實驗課程內(nèi)容的優(yōu)化。

4取得效果

森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心結(jié)合學科、專業(yè)特點及企業(yè)需求，與合作企業(yè)共同研制開發(fā)了森工規(guī)劃虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)、原條自動選材及優(yōu)化造材模擬仿真實驗系統(tǒng)、室內(nèi)索道模擬仿真系統(tǒng)、自動化立體倉儲系統(tǒng)、森林可視化經(jīng)營系統(tǒng)、森林作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)，原木優(yōu)化制材虛擬仿真系統(tǒng)、ERP沙盤虛擬仿真系統(tǒng)、林產(chǎn)品加工虛擬仿真系統(tǒng)、林產(chǎn)品包裝運輸虛擬仿真系統(tǒng)。通過虛擬仿真實驗，為學生真實再現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的實驗場景，為學生全面掌握專業(yè)知識、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)奠定了強有力的基礎。

虛擬仿真實驗教學中心在實驗教學體系、實驗教學內(nèi)容、實驗課程設置、學生自主性實驗、創(chuàng)新性實驗教學、實驗教學隊伍建設、實驗室建設和管理等方面取得了顯著成效[10-12]，獲得師生、同行的廣泛好評。同時，虛擬仿真實驗教學中心的教學體系及其管理模式對專業(yè)課程的改革和其它實驗課程的建設起到了較好的促進作用。森林工程虛擬仿真實驗教學中心的教學資源面向全校師生開放，校內(nèi)的學生可以通過登陸校園網(wǎng)進行自主學習。由于森林工程虛擬仿真實驗教學中心在建設過程中采用校企合作的形式來完成，虛擬仿真實驗教學中心定期對企業(yè)相關(guān)人員進行培訓，從而達到校企共享。

5結(jié)束語

森林工程虛擬仿真實驗教學中心在建設過程中本著“能實不虛、虛實結(jié)合、相互補充”的原則，以建設和應用虛擬仿真資源平臺為主旨，以優(yōu)化森林工程虛擬仿真實驗項目、構(gòu)建虛實結(jié)合的現(xiàn)代化實驗實訓基地為目的，以培養(yǎng)學生綜合設計和創(chuàng)新能力為出發(fā)點，致力于研發(fā)綜合型、創(chuàng)新型虛擬仿真實驗項目，著重培養(yǎng)一支高素質(zhì)、結(jié)構(gòu)合理和人員相對穩(wěn)定的實驗教學隊伍，著力改善傳統(tǒng)實驗實訓成本高、效率低、資源消耗大且不可逆和環(huán)境污染嚴重等弊端，進一步推進了森林工程專業(yè)實驗室建設和實驗教學改革與創(chuàng)新。

【參考文獻】

[1]張大良.加強研究機構(gòu)建設 提高高教研究水平[J].中國高教研究，2012(2)：3-5.

[2]廖達炎.試論教育信息化發(fā)展趨勢及著力點[J].中國教育信息化，2012(12)：23-25.

[3]薛偉，耿志偉，汪洪濤.面向林業(yè)重點工程建設的森林工程人才培養(yǎng)體系的研究[J].森林工程，2014，30(1)：190-193.

[4]張曉寧.國家級實驗教學示范中心建設狀況[J].實驗室研究與探索，2009，28(10)：85-161.

[5]周俊穎.工學結(jié)合視角的高職物流管理專業(yè)實踐教學探究[J].中國管理信息化，2012，15(21)：91-92.

[6]盛佺.虛擬實驗系統(tǒng)的算法設計及模式應用[D].北京：北京郵電大學，2006.

[7]劉超，龔彥華.實驗教學示范中心的建設與管理[J].實驗室研究與探索，2011，30(6)：264-266.

[8]張旭，王益民，馬文權(quán)，等.高校實驗教學隊伍的發(fā)展變化及特點[J].實驗室研究與探索，2010，29(2)：160-162.

[9]肖生苓，王立海，張佩劍，等.森林工程國家級實驗教學示范中心建設與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29(5)：151-154.

[10]陳意軍，郭兆南，廖毅.智能網(wǎng)絡化實驗教學平臺的構(gòu)建與實現(xiàn)[J].湖南工程學院學報，2008，18(4)：96-98.

[11]林偉君.實驗室隊伍建設的實踐與探討[J].陰山學刊，2010，24(4)：90-92.

Construction and Practice of the National Virtual SimulationExperiment Teaching Center of Forest Engineering

Xin Ying，Li Yaoxiang*，Di Haiting，Yang Huimin

(College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：Virtual simulation experiment teaching is the product of information technology and integration of disciplines，which is an important part of educational informatization.The national virtual simulation experiment teaching center of Forest Engineering focused on the construction of information-based experimental teaching resources and projects.The virtual simulation experiment system was developed and constructed，the platforms of virtual simulation experiment teaching were established，and the teaching staff and management system of experiment teaching were reformed，which further improved the construction of national experimental teaching demonstration center of Forest Engineering.

Keywords：virtual reality and simulation；experiment；forest engineering；practice

*通信作者：李耀翔，博士，教授。研究方向：森林作業(yè)與環(huán)境。 E-mail：896964923@qq.com

作者簡介：第一辛穎，博士，副教授。研究方向：森工作業(yè)與安全。

基金項目：黑龍江省高等教育教學研究項目(JG2014010598)

收稿日期：2015-10-25

中圖分類號：S13

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)01-0094-03