劉喬斐，楊松杰

（安康學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物科技學(xué)院，陜西安康 725000）

0 引言

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室（Virtual Lab）自1989年由美國佛吉尼亞大學(xué)威廉·沃爾夫教授首次提出以來，在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展[1]。目前，美國、英國、加拿大、澳大利亞、西班牙、新西蘭和印度等國多所高校已建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，致力于構(gòu)建覆蓋全國的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[2]。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，教育信息化受到黨中央、國務(wù)院的高度重視?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出教育信息化是改革教育理念和模式的深刻變革，是促進(jìn)教育公平、提高教育質(zhì)量的有效手段，是建設(shè)學(xué)習(xí)型社會(huì)的必由之路[3]。教育部高等教育司于2013—2015年連續(xù)發(fā)文，要求每年建立百所國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。截止2016年全國已建立300所國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。在部屬高校的帶動(dòng)下，各地方院校也積極開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室概述

1.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)涵

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是依托虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、多媒體、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，用于構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景[4]。在虛擬實(shí)驗(yàn)條件下，學(xué)生可自主開展虛擬實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)對(duì)象，改變控制因子，觀察不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行結(jié)果診斷分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等過程，以滿足教學(xué)大綱的要求。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展離不開虛擬仿真資源的開發(fā)。虛擬仿真資源指可以被利用的各種顯在的或隱在的條件和要素，一般包括仿真模型、仿真數(shù)據(jù)、仿真軟件和仿真平臺(tái)等4部分，涉及一切可以利用的基礎(chǔ)設(shè)施和軟件設(shè)備[5]。

1.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)

（1）高仿真性和智能化。在虛擬實(shí)驗(yàn)情境中，由虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室提供的一切器材都具有高仿真性并且具有智能化設(shè)置功能，學(xué)生可以像現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境一樣開展模擬實(shí)驗(yàn)，自主操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（2）直觀性和開放性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可通過動(dòng)畫演示的方式對(duì)一些抽象概念進(jìn)行形象展示，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)抽象概念的理解，促進(jìn)教學(xué)效果的提高，并且能夠打破時(shí)間和空間限制，用戶可隨時(shí)登陸界面進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[6]。

（3）安全性和抗干擾性。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中一些具有毒副作用或危險(xiǎn)性較高的實(shí)驗(yàn)難以開展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩朔焕蛩亻_展模擬實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解[6]。另外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還可以避免由于儀器故障、接觸不良等因素導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)無法按時(shí)開展的情況，具備一定的抗干擾性。

（4）經(jīng)濟(jì)性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以有效避免儀器老化、損壞、折舊等問題，能夠滿足用戶反復(fù)使用的要求，因此可節(jié)約教學(xué)經(jīng)費(fèi)，降低實(shí)驗(yàn)成本[6]。

2 地方本科院校農(nóng)學(xué)專業(yè)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的必要性

地方本科院校是我國高等教育大眾化的主力軍，約占全國本科院校的90%。建設(shè)高等教育強(qiáng)國，必須做強(qiáng)地方本科院校。潘懋元先生將地方本科院校界定為以行業(yè)性為主導(dǎo)，以專業(yè)性為主線，以應(yīng)用型為主體，以本科為主流，以實(shí)踐性為主載，培養(yǎng)面向社會(huì)一線的應(yīng)用型高級(jí)專門人才[7]。隨著創(chuàng)新型國家的號(hào)召和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的發(fā)展，許多高校大力推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育建設(shè)工作，一些地方本科院校提出了具有行業(yè)特色的應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。對(duì)于理工農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是復(fù)習(xí)、鞏固、加深和拓展理論知識(shí)的重要途徑，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)踐綜合能力和創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。我國多數(shù)地方本科院校面臨辦學(xué)經(jīng)費(fèi)緊張、師資力量缺乏、實(shí)驗(yàn)條件不足等問題，無法滿足學(xué)生所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，極大影響了人才培養(yǎng)的質(zhì)量[8]。

農(nóng)學(xué)是最悠久的本科專業(yè)之一，農(nóng)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程在其課程體系中占據(jù)非常重要的地位。農(nóng)學(xué)類作物生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)課具有很強(qiáng)的季節(jié)性、地域性、綜合性和持續(xù)性的特點(diǎn)，研究對(duì)象為復(fù)雜的生物有機(jī)體，要求具有充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間和復(fù)雜多元的實(shí)驗(yàn)條件。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于時(shí)間、空間和資源的限制，難以滿足長時(shí)間、大尺度、復(fù)雜性的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)需求。農(nóng)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)亟需利用現(xiàn)代教育信息技術(shù)開展相應(yīng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，與農(nóng)作物實(shí)物、生態(tài)實(shí)景等相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，相互補(bǔ)充，彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，改善農(nóng)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。因此，在地方本科院校農(nóng)學(xué)專業(yè)中開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室非常有必要。

3 地方本科院校農(nóng)學(xué)專業(yè)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的路徑分析

安康學(xué)院坐落于秦巴山區(qū)腹地陜西省南部城市安康市，前身是安康師范?？茖W(xué)校，2006年經(jīng)教育部批準(zhǔn)升為本科院校。作為新建地方本科院校，安康學(xué)院有辦學(xué)經(jīng)費(fèi)緊張、底子薄、社會(huì)認(rèn)可度不高、師資力量薄弱、學(xué)生生源質(zhì)量不高等問題。學(xué)校確立以“服務(wù)‘三農(nóng)’、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展”為辦學(xué)方針，實(shí)施適應(yīng)于秦巴區(qū)域特色的應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。農(nóng)學(xué)專業(yè)是安康學(xué)院重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)之一，于2017年10月入選陜西省省級(jí)一流專業(yè)建設(shè)名單。由于山區(qū)地理位置的限制和學(xué)?？傮w辦學(xué)現(xiàn)狀的影響，安康學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)在發(fā)展過程中遇到很多問題，其中，最突出的問題是學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于學(xué)科發(fā)展需求。隨著省一流專業(yè)建設(shè)工作的推進(jìn)，安康學(xué)院亟需開展農(nóng)學(xué)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作，提高農(nóng)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量。安康學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)路徑可以從4個(gè)方面展開。

3.1 緊跟教育信息化發(fā)展政策，拓寬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路

教育部相關(guān)文件要求本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須以學(xué)生為本，樹立傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)和協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)能力為核心，建立有利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[9]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、重點(diǎn)突出、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，要充分反映出安康學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)科需求和特點(diǎn)，要有必要的人員保障，以全面提高學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)精神為宗旨，以共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，以建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為重點(diǎn)，分年度分批建設(shè)[9]。同時(shí)鼓勵(lì)高水平教師積極投入到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作和教學(xué)中，推行理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)深度融合、密切交流，建立全面嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾硪?guī)章制度，保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的可行性、高效性和可持續(xù)性。

3.2 虛實(shí)結(jié)合，整合實(shí)驗(yàn)資源，完善現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)該充分體現(xiàn)“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則，完善現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合起來，既讓學(xué)生參與實(shí)際操作，又能彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件無法滿足的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。虛實(shí)結(jié)合能夠提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索能力和創(chuàng)新思維。比如在《作物栽培學(xué)》的魔芋高產(chǎn)栽培技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中，由于魔芋的生產(chǎn)周期長且其適生區(qū)位于中高山地區(qū)，從時(shí)間、人身安全和教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面考慮，教師都不可能帶領(lǐng)學(xué)生到基地開展實(shí)驗(yàn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室就可以克服以上困難。學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中通過動(dòng)畫演示和虛擬場(chǎng)景，可以很直觀地了解魔芋栽培全過程，觀察不同立地條件下魔芋生長動(dòng)態(tài)和病蟲害發(fā)生現(xiàn)象，加深對(duì)魔芋相關(guān)知識(shí)的理解。

3.3 推進(jìn)校企合作，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件的研發(fā)

由于信息專業(yè)技術(shù)人員的缺失和軟件研發(fā)技術(shù)力量的限制，高等院校很難獨(dú)立開發(fā)完整的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，因此，需要借助企業(yè)的力量聯(lián)合開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需要學(xué)科專業(yè)人員和軟件技術(shù)人員密切合作，借助企業(yè)的軟件開發(fā)能力、售后服務(wù)能力，將軟件資源的開發(fā)、更新、維護(hù)和服務(wù)等事項(xiàng)交給企業(yè)承擔(dān)，實(shí)現(xiàn)校企高度融合，促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的良好發(fā)展[10]。此外，學(xué)校應(yīng)鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和教師積極參加國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作會(huì)議，加強(qiáng)與其他高校的合作與交流，引進(jìn)外校優(yōu)質(zhì)成熟的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件。結(jié)合安康學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)特色和實(shí)驗(yàn)室情況，通過與企業(yè)合作聯(lián)合開發(fā)符合實(shí)際需求、特色鮮明的適合安康學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)發(fā)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件。

3.4 加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理服務(wù)，提高農(nóng)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量

我國高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)一般形成校長統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，主管院長和實(shí)驗(yàn)室主任兩級(jí)管理，教師參與和監(jiān)督的管理模式[9]。高校應(yīng)從機(jī)構(gòu)設(shè)置、經(jīng)費(fèi)保障、制度建設(shè)和信息管理等方面考慮，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理服務(wù)工作。安康學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)的發(fā)展目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)秦巴山區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)特色的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。良好的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)平臺(tái)可以有效促進(jìn)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。因此，為了全面提高農(nóng)學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，安康學(xué)院應(yīng)逐步形成以學(xué)生為根本，以教學(xué)實(shí)驗(yàn)為主體，不斷提高實(shí)驗(yàn)室教師的整體水平，加快推進(jìn)農(nóng)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理服務(wù)水平，建立完善實(shí)驗(yàn)室管理體制和保障機(jī)制，鼓勵(lì)教師對(duì)外學(xué)習(xí)和交流，為農(nóng)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)做好服務(wù)工作。

4 結(jié)束語

人才培養(yǎng)是高等學(xué)校的根本任務(wù)。農(nóng)學(xué)作為安康學(xué)院重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)之一，承擔(dān)著培養(yǎng)適應(yīng)秦巴區(qū)域特色的應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的任務(wù)。農(nóng)學(xué)是綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)直接影響農(nóng)學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此，加快構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，提高農(nóng)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)整體水平，對(duì)安康學(xué)院農(nóng)學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高具有重要意義。