錢明珠 汪小寶

摘要：社會在發(fā)展，技術(shù)在革新，促使教育教學改革的步伐從未停止，其中課堂教學的改革、教學方式的變革最為突出。尤其到了信息化時代，各種高新技術(shù)的突破，更為教學改革如虎添翼，使以前教學難以突破的教學難點通過技術(shù)手段加以解決。本文以虛擬仿真實驗教學中心的建設(shè)來探討教學改革新策略、管理機制等，以及對虛擬仿真教學平臺建設(shè)若干建議和對未來發(fā)展的展望。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗室;互聯(lián)網(wǎng)+教育;智慧+教育;沉浸式教學;成果導(dǎo)向教育模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）32-0162-03

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的日益成熟，催生出許多新型應(yīng)用，如智能教育、智慧城市、智慧社區(qū)等，尤其是智慧教育。《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》中強調(diào)要把智能教育工作融入教育現(xiàn)代化建設(shè)這個大局之中，以支撐服務(wù)總體實現(xiàn)教育現(xiàn)代化為目標謀劃智能教育更快發(fā)展?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》文件也指出要加快信息化教育變革。教育繼“互聯(lián)網(wǎng)+教育”變革之后，又迎來新一輪“智慧+教育”的變革。新型教育變革首先要建立智能化校園，統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教室、管理與服務(wù)平臺。利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式改革，實現(xiàn)規(guī)?；逃c個性化培養(yǎng)的有機結(jié)合。為了更好實現(xiàn)“數(shù)字教育資源共建共享”和社會構(gòu)建與情境再造的教學效果，同時虛擬實現(xiàn)以及其他支撐技術(shù)不斷成熟，高校虛擬仿真實驗教學成為現(xiàn)代智能教育改革中的一個熱門改革方向。

1高校虛擬仿真實驗室建設(shè)的前景

虛擬仿真實驗室，依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫、三維建模和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，學生在虛擬環(huán)境中開展實驗，實現(xiàn)虛實結(jié)合，促使學生變被動到主動學習，達到教學大綱所要求的教學效果。虛擬仿真教學就是借助虛擬仿真實驗室為載體，將學科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合，實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學過程。

隨著虛擬實現(xiàn)技術(shù)的不斷完善，建設(shè)虛擬仿真實驗室的熱潮不斷在升級，北京大學構(gòu)建了沉浸式虛擬交互式實驗室。清華大學構(gòu)建了形成制造模擬仿真三維虛擬現(xiàn)實實驗室，上海交大也建設(shè)了虛擬現(xiàn)實創(chuàng)新教育實驗中心。各高校都在相繼投入經(jīng)費建設(shè)相關(guān)專業(yè)的虛擬仿真中心，助力現(xiàn)代智能實驗發(fā)展。

目前，計算機類虛擬實驗建設(shè)比較經(jīng)典有西安交通大學的Proteus硬件仿真實驗，清華大學的網(wǎng)絡(luò)安防實驗教學，哈爾濱工業(yè)大學的無人機群組協(xié)同作業(yè)空管平臺等。這些教學平臺按照虛擬實驗教學中心建設(shè)任務(wù)建設(shè)翻，投入使用后虛擬實驗室成為教師、學生獲得知識技能，實驗數(shù)據(jù)的重要場所。在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，虛擬仿真實驗室的建設(shè)將會進一步推動高校教育教學的改革、科研人員主動創(chuàng)新、學生自主實驗的快速變化。

虛擬實驗室環(huán)境下的教學效果十分明顯。學生在實驗過程中能夠打破環(huán)境、實物的壁壘，模擬真實場景進行實驗，興趣感強、效率高，能極大促進實驗教學水平提高，達到教與學的雙贏。

2高校虛擬仿真實驗推動教學策略改革

傳統(tǒng)虛擬實驗室采用純軟件仿真進行系統(tǒng)模擬，存在觀察不直觀、實踐效果不佳等不足?，F(xiàn)代虛擬仿真實驗室結(jié)合更多現(xiàn)代高科技實現(xiàn)虛實結(jié)合，互為補充，為沉浸式教學和沉浸式學習提供可能。沉浸式教學主要是借助于虛擬現(xiàn)實，消除了時間與空間造成的認知阻斷，學生可以回到需要的環(huán)境中，更好地認知和學習。沉浸式學習就是指通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學習者提供一個仿真的學習環(huán)境，借助虛擬學習環(huán)境，學習者通過高度參與互動、演練而提升技能。隨著虛擬仿真實驗室的陸續(xù)建成，沉浸式教學和沉浸式學習逐步成為現(xiàn)代教育教學新方法。

2.1協(xié)調(diào)主體和主導(dǎo)之間的關(guān)系，重點突出科學管理加強環(huán)境建設(shè)

以學生為主體，以社會市場需求為導(dǎo)向，重點培養(yǎng)學生工程從業(yè)能力，著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新應(yīng)用意識。以教師和環(huán)境為主導(dǎo)，以沉浸式教學方法為前提，重點培養(yǎng)教師的管理能力，加強環(huán)境建設(shè)，為學生的沉浸式學習提供堅實保障。加強教師主導(dǎo)對學生主體的引導(dǎo)作用，學生促進教師完善教學管理和設(shè)計，激勵教師不斷探索理論知識和實驗教學的最佳結(jié)合方式，創(chuàng)新實驗教學體系。

2.2加大實踐教學體系設(shè)計力度，更好實現(xiàn)沉浸式教學模式

實踐是理論的延續(xù)和拓展，實踐教學內(nèi)容的安排既要兼顧理論知識的深度，又要兼顧學生的綜合能力，更要適合沉浸式教學的需要，因此，急需加強實踐教學體系設(shè)計。在遵守基本實驗體系的基礎(chǔ)上，增加虛擬仿真實驗內(nèi)容。以“理論教學與實驗教學相輔助，實驗教學與科研創(chuàng)新有機轉(zhuǎn)化，實驗教學與市場需求相融合，實體實驗與沉浸式體驗相結(jié)合”為設(shè)計目標，設(shè)計虛擬仿真實踐教學體系，探尋多層次研究型、開放式實驗教學模式（如圖1）。借助虛擬仿真實驗平臺，打破傳統(tǒng)實驗講授演示格局，引導(dǎo)學生向自主思考、探索方向轉(zhuǎn)變;打破傳統(tǒng)的簡單模擬操作向設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計操作方向轉(zhuǎn)變;打破傳統(tǒng)簡單理論驗證向運用理論方向轉(zhuǎn)變。凸顯沉浸式教學的優(yōu)勢，增加綜合型和創(chuàng)新型實驗的比重。學生按照分組互相合作完成沉浸式研究和學習，獲得直觀、真實的感覺和體會。接下來進行創(chuàng)新型設(shè)計和操作，通過虛實結(jié)合，促進實驗實踐對理論知識深入理解，進一步提高學生綜合應(yīng)用能力。

2.3不斷完善虛擬仿真實驗資源的建設(shè)，加強成果導(dǎo)向教育模式的推進

虛擬仿真實驗資源建設(shè)應(yīng)遵循由基礎(chǔ)理論知識運用到專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)，進而實現(xiàn)綜合創(chuàng)新能力鍛煉的“進階式”發(fā)展思路，圍繞專業(yè)課程及課程群之間的聯(lián)系逐步構(gòu)建。確保虛擬仿真實驗資源建設(shè)遵守“能實不虛，虛為實補”的基本準則，重點加強基礎(chǔ)型虛擬仿真實驗資源建設(shè)、專業(yè)型虛擬仿真實驗資源建設(shè)和綜合型虛擬仿真資源建設(shè)。突出在復(fù)雜性高、專業(yè)性強、危險性大的實體實驗項目中加強建設(shè)。同時注重科研成果轉(zhuǎn)換推動虛擬實驗資源的建設(shè)，并促進成果導(dǎo)向教育模式在虛擬仿真平臺上的應(yīng)用。

3高校虛擬仿真實驗教學推動保障機制的完善

以虛擬仿真實驗教學資源的開放共享和充分使用為目標，系統(tǒng)制定并有效實施保障虛擬仿真實驗教學的教師工作績效考核、實驗教學中心維護與可持續(xù)發(fā)展等政策措施，建立有利于激勵學生學習和提高學生創(chuàng)新能力的教學效果考核、評價和反饋機制。

3.1逐步完善工作績效考核機制

虛擬仿真實驗教學要求高，難度大，資源建設(shè)工作量大，周期長。制定切實可行的績效考評體系和獎勵政策，促進不同專業(yè)教師之間相互交流溝通，共同完成虛擬仿真實驗項目的建設(shè)和完善工作研。對參與工作的教師按其工作情況進行績效考核，并進行相應(yīng)的科研獎勵。遵守多勞多得、多出成果多得，激勵教師創(chuàng)新工作。

3.2逐步完善可持續(xù)發(fā)展的政策措施

按照教育部文件精神，虛擬仿真實驗中心充分體現(xiàn)“虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛”的原則，不能盲目追逐信息化教學和虛擬化建設(shè)，而摒棄傳統(tǒng)成功的教學（實驗）項目。建立健全虛擬仿真建設(shè)項目的審核機制，著力發(fā)展現(xiàn)實實驗不具備或難以完成教學過程課程實現(xiàn)虛擬教學。通過政策扶持，加大虛擬仿真實驗中心的開放力度，推動優(yōu)質(zhì)資源充分利用。虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)和使用是一個長期的過程，為此，需要健全專業(yè)教學和管理隊伍。虛擬仿真實驗室的負責人應(yīng)當兼?zhèn)浣虒W水平與實驗水平，構(gòu)建合理的人才隊伍，制定切實可行的獎勵和鼓勵機制，才能保障虛擬仿真實驗中心長期穩(wěn)定發(fā)展。

3.3逐步完善學生的考評機制

培養(yǎng)社會認可的學生就需要用社會或企業(yè)認可的標準進行考核評價。高校要與企業(yè)合作，聯(lián)合制定學生考評指標，并分配到教學的各個環(huán)節(jié)。實驗環(huán)節(jié)更能體現(xiàn)學生實踐能力，應(yīng)加大實驗環(huán)節(jié)的考核比重，主要根據(jù)學生基礎(chǔ)實驗完成情況和實驗報告撰寫情況以及綜合項目完成情況進行評判。實驗完成情況的評價主要包括：完成度、正確性、花費時間、方法的創(chuàng)新性;實驗報告撰寫情況的評價包括：規(guī)范性和完整性。綜合項目完成情況考核包括：項目報告和項目匯報。逐步建立、完善學生實踐檔案制㈣，根據(jù)學生實踐檔案可以輔助競賽選拔，人才推薦等相關(guān)工作，大大加強學生管理工作。

4高校虛擬仿真實驗教學建議

對于虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)，教育部已經(jīng)出臺多項政策進行指導(dǎo)和規(guī)劃。并制定嚴格的標準“基礎(chǔ)性、先進性、共享性、持續(xù)性、競爭性”。在遵守教育標準同時加強虛擬仿真實驗教學應(yīng)注意以下幾點：1.堅持以本校自身特點為基礎(chǔ)，深入踏實、穩(wěn)步建設(shè)。首先要建設(shè)好自身優(yōu)勢專業(yè)，進而建設(shè)優(yōu)勢專業(yè)的虛擬仿真教學平臺，構(gòu)建優(yōu)勢虛擬教學資源，進一步提高實驗教學水平的提升。2.推動教學資源開放共享，虛擬仿真實驗教學平臺建設(shè)投入大，可以聯(lián)合多?；蚨鄬I(yè)共同建設(shè)、共享使用。3.加強虛擬仿真實驗教學資源庫建設(shè)。在虛擬實驗教學中心指標體系中對實驗教學資源的權(quán)重有明確規(guī)定不低于60%。而沉浸式教學與傳統(tǒng)教學存在一定差異，原有的實驗教學資源存在“兼容性”不足。構(gòu)建虛擬仿真實驗教學資源庫是建設(shè)的核心工作，必須持續(xù)發(fā)展和建設(shè)。4.加強虛擬仿真實驗教學師資隊伍建設(shè)。建設(shè)教學、科研、技術(shù)人員結(jié)合，核心骨干人員相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理的虛擬仿真實驗教學團隊，形成一支教育理念先進，學術(shù)水平高，教學科研能力強，實踐經(jīng)驗豐富，勇于創(chuàng)新的虛擬仿真實驗教學和管理隊伍，為今后引導(dǎo)學生開拓創(chuàng)新提供堅實基礎(chǔ)。

5結(jié)束語

從教育部提出“教育信息化”理念以來，全國各地的高校紛紛響應(yīng)，虛擬仿真實驗中心陸續(xù)建設(shè)。教學方面也取得一定成果，尤其是在真實實驗不具備或難以完成教學實訓中發(fā)揮巨大作用。隨著虛擬仿真實驗教學平臺的逐漸普及，沉浸式教學將成為一種普遍的教學手段，必將引起現(xiàn)代教育教學的一場大變革。