吉東風(fēng) 李海燕 成何珍 吳震 張煒 周建國(guó)

[摘 要] 從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，介紹了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)及成效，并對(duì)今后虛擬仿真中心工作提出了一些建議和思考。

[關(guān)鍵詞] 國(guó)家級(jí)虛擬仿真示范中心;建設(shè)經(jīng)驗(yàn);建議和思考

一、引言

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)以建設(shè)世界一流農(nóng)業(yè)大學(xué)為辦學(xué)目標(biāo)，以“育人為本、德育為先、弘揚(yáng)學(xué)術(shù)、服務(wù)社會(huì)”為辦學(xué)理念，聚焦拔尖創(chuàng)新和復(fù)合應(yīng)用兩類人才，培養(yǎng)具有“世界眼光、中國(guó)情懷、南農(nóng)特色”、能解決人類健康和生存的重大科學(xué)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題、可推動(dòng)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、具有責(zé)任和使命擔(dān)當(dāng)?shù)母咚刭|(zhì)優(yōu)秀人才。而實(shí)現(xiàn)上述人才培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目等條件建設(shè)功不可沒(méi)。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)情況

我校“農(nóng)業(yè)生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”始建于2003年，2005年評(píng)為省級(jí)“生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，2014年入選首批國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。中心秉持“農(nóng)科教結(jié)合，虛實(shí)互補(bǔ)，綠色共享”的建設(shè)理念，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為實(shí)體實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充，以現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向，以信息化教學(xué)資源建設(shè)為重點(diǎn)，突出農(nóng)業(yè)生物學(xué)的特色，注重實(shí)驗(yàn)的高度虛擬仿真，提高學(xué)生的認(rèn)知和實(shí)踐操作能力。目前，中心已建成農(nóng)業(yè)生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息管理平臺(tái)和相關(guān)虛擬仿真教學(xué)資源。管理平臺(tái)和虛擬教學(xué)資源是由本中心自主設(shè)計(jì)，通過(guò)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬解決了真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中成本高、周期長(zhǎng)、資源消耗大、污染嚴(yán)重、可視性差、操作困難等實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，學(xué)生通過(guò)該虛擬平臺(tái)可進(jìn)行動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)、現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作、自主學(xué)習(xí)，與實(shí)體教學(xué)互為補(bǔ)充，極大地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。中心秉持以學(xué)生為中心的理念，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了完整的“三層次”進(jìn)階式“虛實(shí)互補(bǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)成果

經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，我校在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面取得了豐碩的成果。

（一）自主研制，建設(shè)具有影響力的示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

農(nóng)業(yè)生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心堅(jiān)持自主研發(fā)，依托傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)，創(chuàng)新性地研發(fā)了一批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，涵蓋植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)。從2013年至今先后獲得江蘇省高等學(xué)校一類優(yōu)秀多媒體課件，全國(guó)多媒體課件大賽高教理科組二等獎(jiǎng)，全國(guó)高等學(xué)校自制儀器大賽三等獎(jiǎng)，第一屆生物食品類虛擬仿真教學(xué)軟件比賽一等獎(jiǎng)等多個(gè)省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。同時(shí)，作為“江蘇省生命科學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)”和“全國(guó)生物與食品類虛擬仿真教學(xué)資源共享聯(lián)盟”的牽頭單位，自主設(shè)計(jì)研發(fā)的首個(gè)面向全國(guó)高校生物類虛擬仿真微信公眾號(hào)“生物共享聯(lián)盟”正式上線發(fā)布，獲得國(guó)內(nèi)高校廣泛關(guān)注，《國(guó)際在線》《中國(guó)報(bào)道》和《金陵晚報(bào)》等媒體相繼報(bào)道。

（二）構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合、虛實(shí)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

作為國(guó)內(nèi)首批生物類國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，深入研究生物學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)需求，系統(tǒng)構(gòu)建“三層次、五平臺(tái)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。經(jīng)過(guò)四年多的建設(shè)與應(yīng)用，構(gòu)建了完整的“三層次”進(jìn)階式“虛實(shí)互補(bǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。學(xué)院以虛擬仿真中心為依托，在國(guó)內(nèi)同行高校中率先開(kāi)展“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)+真實(shí)實(shí)驗(yàn)”“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)+校外現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐”“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)+課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”三結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式，獲得廣泛認(rèn)可和好評(píng)。2017年《“虛實(shí)互補(bǔ)”的農(nóng)業(yè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐》獲得江蘇省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)成果特等獎(jiǎng)。

（三）進(jìn)入良性循環(huán)，硬件資源建設(shè)水平大幅提升

在學(xué)校的大力支持下，中心在原有基礎(chǔ)上加強(qiáng)了可擴(kuò)展高性能計(jì)算平臺(tái)及省級(jí)共享平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，購(gòu)置了計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)、高性能計(jì)算集群管理軟件、WEB服務(wù)器、智能黑板、云智能一體機(jī)、信息發(fā)布系統(tǒng)、手持式自定位三維激光成像系統(tǒng)等系列設(shè)備，以滿足平臺(tái)建設(shè)需求。該共享平臺(tái)能滿足10000人以上的并發(fā)需求，滿足全省范圍內(nèi)高校師生的高并發(fā)的訪問(wèn)需求，并具備FTP下載功能和視頻點(diǎn)播等高吞吐性能。此外，本硬件系統(tǒng)還可以在原有集群基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)擴(kuò)展（諸如需要形成高性能計(jì)算功能或高性能圖形處理功能），具有很高的硬件兼容性與可擴(kuò)展性?，F(xiàn)有的3D成像設(shè)備可以掃描物件獲取三維模型，使用配套移動(dòng)工作站可以將生成的模型進(jìn)行二次編輯及高精建模等工作，目前已用于虛擬仿真3D互動(dòng)、虛擬仿真資源建設(shè)三維建模工作及教學(xué)教具3D打印工作。

（四）制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建立共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高校間優(yōu)質(zhì)資源整合共享

中心在硬件建設(shè)及優(yōu)質(zhì)仿真資源建設(shè)的同時(shí)，深入研究虛擬仿真資源的管理及共享應(yīng)用機(jī)制，著力促進(jìn)高校間優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的整合共享。我校先后與浙江大學(xué)、南京師范大學(xué)、蘭州大學(xué)、西藏農(nóng)牧學(xué)院、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)等院校簽訂了共建共享協(xié)議，極大地提高虛擬仿真資源的利用率和受益面。牽頭組織成立“全國(guó)生物與食品類虛擬仿真資源共享聯(lián)盟”，制訂的虛擬仿真資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范及建立共享機(jī)制，得到同行高校及專家認(rèn)可，奠定了行業(yè)領(lǐng)先地位和影響力。

四、建議與思考

1.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的本質(zhì)特征，是信息化技術(shù)特征、高度仿真和滿足教學(xué)要求。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)工作與一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心不同，重點(diǎn)要把握好虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理隊(duì)伍、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理體系等。

3.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主要作用是在涉及高危或極端環(huán)境、不可及或不可逆操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況下，提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能。

4.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的主要困難是急需培養(yǎng)與建立復(fù)合型師資隊(duì)伍，以實(shí)現(xiàn)軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)、專業(yè)教學(xué)及組織管理等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的隊(duì)伍與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的隊(duì)伍是一體的，但對(duì)它的結(jié)構(gòu)、水平和經(jīng)驗(yàn)有新要求，要能夠勝任虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

5.保持頭腦清醒，切勿本末倒置。各高校在加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的同時(shí)，勿忘目前現(xiàn)存的各校級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心等，仍是高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)、保證教學(xué)工作正常進(jìn)行的根基。繼續(xù)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研、實(shí)、虛等深度融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)仍是今后高校管理者應(yīng)重視的課題。

6.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的延伸，它只能是拓展、輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目不能取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。

五、結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)是高校推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源結(jié)構(gòu)、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要舉措。我校在近幾年的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的過(guò)程中，積極探索，深入研究。注重創(chuàng)新型師資隊(duì)伍培養(yǎng)，強(qiáng)化與軟件公司合作，以國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為基礎(chǔ)，構(gòu)建虛擬仿真共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建成了一批國(guó)家級(jí)虛擬仿真項(xiàng)目、省級(jí)虛擬仿真項(xiàng)目和校級(jí)虛擬仿真項(xiàng)目，使我校在虛仿建設(shè)方面向前邁進(jìn)了一大步，促進(jìn)了學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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