李 琰， 張佳琳， 饒 星， 周玉宇， 李 霆

（暨南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，廣州 510632）

0 引言

隨著教育信息化建設(shè)的不斷深入，各大高校也陸續(xù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入新技術(shù)與新手段。其中，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)就是重要舉措，虛擬仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合發(fā)展模式成為落實(shí)高等教育數(shù)字化戰(zhàn)略與新時(shí)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容。

重慶大學(xué)等高校均建設(shè)了校級(jí)虛擬仿真平臺(tái)，秉持著開放式教學(xué)、數(shù)據(jù)引領(lǐng)、資源共享的原則，支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)、泛在式學(xué)習(xí)，支持教師開展虛擬仿真教學(xué)探索，鼓勵(lì)不同學(xué)科之間加強(qiáng)資源合作共享，在很大程度上助推了高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，對(duì)于高質(zhì)量人才培養(yǎng)起到了重要的作用。隨著虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的普及，其建設(shè)水平、教學(xué)應(yīng)用質(zhì)量、共享效率成了關(guān)注重點(diǎn)，但相關(guān)的進(jìn)一步研究較少。本文從虛仿平臺(tái)的設(shè)計(jì)入手，探索了如何構(gòu)建教學(xué)資源豐富、開放共享順暢、互動(dòng)評(píng)價(jià)便捷的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的路徑，并展示了在平臺(tái)運(yùn)行與管理過程中不斷擴(kuò)大輻射范圍、發(fā)展面向未來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的成效，有力地促進(jìn)了高校育人質(zhì)量的提升。

1 建設(shè)背景與現(xiàn)狀

1.1 建設(shè)背景

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)等移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的在線教育呈現(xiàn)出了前所未有的蓬勃發(fā)展趨勢(shì)，高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念也有了一定的轉(zhuǎn)變。2013年，教育部正式啟動(dòng)對(duì)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)［1］，引起了國(guó)內(nèi)高校的積極響應(yīng)。僅2013 ～2015年間，300 個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批［2］，有效地提升了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)奠定了一定的基礎(chǔ)，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的空間限制［3］。

為進(jìn)一步推進(jìn)教育現(xiàn)代化以及高質(zhì)量教育體系建設(shè)，教育部確立了教育數(shù)字化戰(zhàn)略，堅(jiān)持以問題為導(dǎo)向、以目標(biāo)為導(dǎo)向、以效果為導(dǎo)向，推進(jìn)虛擬仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，落實(shí)高等教育的數(shù)字化，全面提升高等院校教學(xué)質(zhì)量。教育部2020年認(rèn)定虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程728 門，其中東部地區(qū)高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程數(shù)量及占比最高，分別為426門及58.65%。我校自2017年以來，大力開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)，共獲得9 門國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程的認(rèn)定，位居廣東省第一。

1.2 建設(shè)必要性

在此背景下，高校逐漸重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)、建設(shè)，依托先進(jìn)的VR 虛擬現(xiàn)實(shí)、分布式存儲(chǔ)技術(shù)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生體驗(yàn)互動(dòng)性好、浸入感強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足。

1.2.1 滿足教學(xué)需求，克服硬件裝備限制

部分高校因?qū)嶒?yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物缺少或者試劑耗材價(jià)格相對(duì)較高等原因，無法保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目足量開出。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)可以充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，真實(shí)地還原出實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景與設(shè)備，學(xué)生能夠在仿真的場(chǎng)景中開展實(shí)驗(yàn)，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，得到實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)［4］。既彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的不足，又滿足了學(xué)生充分實(shí)驗(yàn)的需求，達(dá)成資源共享與教學(xué)互動(dòng)的目的。

1.2.2 豐富教學(xué)內(nèi)容，突破時(shí)空限制

虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)Σ糠治ｋU(xiǎn)的場(chǎng)景或是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，例如微生物培養(yǎng)試驗(yàn)、有害物質(zhì)實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具備一定危險(xiǎn)性，通過虛擬仿真手段，在確保學(xué)生安全的同時(shí)，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。如醫(yī)學(xué)專業(yè)的穿刺、插管等臨床技能的實(shí)際操作，學(xué)生較少機(jī)會(huì)在患者身上實(shí)踐操作，而借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過對(duì)場(chǎng)景、對(duì)象的高度仿真模擬，學(xué)生能夠更好地理解并掌握相關(guān)知識(shí)。

虛仿平臺(tái)打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在時(shí)空上的限制，使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地開展自主實(shí)驗(yàn)，在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)室較長(zhǎng)時(shí)間才能觀察到的一些變化。如微生物的培養(yǎng)鑒定、病毒的培養(yǎng)過程等。尤其是對(duì)于某些細(xì)微、難以被觀測(cè)到的變化而言，虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)多層次、多維度的實(shí)驗(yàn)成果展示。

1.2.3 激發(fā)求知欲，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供全天候的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，隨時(shí)根據(jù)自身的需求來開展實(shí)驗(yàn)，選擇靈活性有所加強(qiáng)，學(xué)生從以往被動(dòng)的按照手冊(cè)操作實(shí)驗(yàn)過渡到更加積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)模式，求知欲被激發(fā)，實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性與積極性有所提高［5］。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供更加立體化的教學(xué)資源與多樣的實(shí)驗(yàn)情境，將抽象轉(zhuǎn)化為具象，將復(fù)雜問題變得簡(jiǎn)單。以醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用，使人的機(jī)體結(jié)構(gòu)、機(jī)能、病理現(xiàn)象以及整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程都變得更加逼真生動(dòng)。通過人機(jī)交互，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的內(nèi)化與遷移有所加強(qiáng)，學(xué)生的思維能力得到鍛煉，這種仿真的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練與拓展練習(xí)，有助于學(xué)生綜合能力提升，支持學(xué)生在傳統(tǒng)技術(shù)手段的基礎(chǔ)上作出創(chuàng)新。

1.3 現(xiàn)狀與問題

隨著高校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，給有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源帶來很大壓力，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程在全國(guó)范圍內(nèi)獲得了較為廣泛的應(yīng)用。為了充分發(fā)揮線上實(shí)驗(yàn)資源的使用效能，各高校開始致力于打造集虛擬仿真教學(xué)資源管理與應(yīng)用于一體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系更加流程化、規(guī)范化、立體化。中國(guó)石油大學(xué)、吉林大學(xué)、華東理工大學(xué)等多個(gè)高校已建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，均實(shí)現(xiàn)師生免費(fèi)開放共享，保障了高校在疫情期間的在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”［6］。西南大學(xué)于2020年4月建設(shè)了“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)”一期工程，完成了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理及資源統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)制定。但目前該校尚缺乏有效的開放共享機(jī)制，導(dǎo)致虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)存在兼容性差、共享率低等問題［7］。

隨著虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校的推廣與發(fā)展，其管理也面臨著一定的問題。高校內(nèi)各學(xué)科的虛仿真項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度不同，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)各異，學(xué)校難以掌握各學(xué)院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展情況，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)困難，校級(jí)管理中存在一定的混亂現(xiàn)象［8］；各學(xué)院的虛仿項(xiàng)目?jī)H面向本學(xué)院使用，開放度不夠、安全性較差，學(xué)校其他單位或兄弟高校的教學(xué)需求難以得到滿足，無法充分發(fā)揮共享效益；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用缺乏規(guī)范的操作流程，沒有建立實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)機(jī)制，難以評(píng)估教學(xué)應(yīng)用效果，不便于教師開展教學(xué)管理［9］。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與建設(shè)

2.1 設(shè)計(jì)思想

為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、提升數(shù)字化應(yīng)用水平，學(xué)校開啟了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。在全校實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程及實(shí)驗(yàn)中心統(tǒng)一管理，獲取實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訪問頻率、虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)量、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過概率、實(shí)驗(yàn)的平均用時(shí)時(shí)長(zhǎng)、平臺(tái)的用戶數(shù)量、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的熱度排行等信息。學(xué)院通過平臺(tái)能夠掌握學(xué)院內(nèi)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)及選課情況，其中包括學(xué)生的平臺(tái)使用頻率與時(shí)間、各班的實(shí)驗(yàn)成績(jī)、虛仿實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的熱度以及本學(xué)院用戶的數(shù)量等信息，實(shí)現(xiàn)了學(xué)院內(nèi)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的統(tǒng)一管理。在教師管理層面，教師能夠更加精準(zhǔn)便捷地對(duì)虛仿項(xiàng)目狀態(tài)進(jìn)行把控，查看所上傳項(xiàng)目的各項(xiàng)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目使用情況統(tǒng)計(jì)、對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行智能批閱并能夠自動(dòng)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤，分析了解學(xué)生知識(shí)掌握的薄弱點(diǎn)。

平臺(tái)圍繞三個(gè)核心，設(shè)計(jì)了校級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)框架（見圖1）。

圖1 校級(jí)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)管理架構(gòu)

（1）全鏈條。實(shí)現(xiàn)“中心-課程-資源-教學(xué)過程”全鏈條管理；制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和管理模式，跟蹤、監(jiān)測(cè)各虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)度和運(yùn)行情況；對(duì)中心實(shí)施宏觀管理。

（2）數(shù)字化。教學(xué)平臺(tái)支持微課、動(dòng)畫、視頻、PPT、電子文檔、虛擬仿真軟件等所有數(shù)字化教學(xué)資源，與實(shí)物裝備一起構(gòu)成完整的教學(xué)生態(tài)，綜合運(yùn)用各種教學(xué)資源，支撐虛實(shí)一體化智慧教學(xué)。

（3）智分析。制定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目配套的考核評(píng)價(jià)體系和考核措施，建立實(shí)驗(yàn)考核數(shù)據(jù)分析及評(píng)價(jià)模型?？芍悄芙y(tǒng)計(jì)分析教學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)，生成相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化管理。

同時(shí)，積極推進(jìn)校級(jí)平臺(tái)與教育部“實(shí)驗(yàn)空間——虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)”（https：／ ／www.ilab-x. com／list）的技術(shù)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)“校-省-國(guó)家”三級(jí)聯(lián)動(dòng)，改進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的統(tǒng)籌管理、資源共享、推廣應(yīng)用的多維度支撐體系。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

基于數(shù)字化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，以學(xué)校為中心建立集中管理的統(tǒng)一入口，實(shí)現(xiàn)各學(xué)院實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分布托管，解決學(xué)校層面的實(shí)驗(yàn)共享管理問題。實(shí)現(xiàn)在線實(shí)驗(yàn)管理與運(yùn)行，具備網(wǎng)站管理、權(quán)限管理、實(shí)驗(yàn)管理、課程管理、用戶管理、成績(jī)管理等功能（見圖2）。設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目配套的考核評(píng)價(jià)體系和考核措施，建立實(shí)驗(yàn)考核數(shù)據(jù)分析及評(píng)價(jià)模型，監(jiān)測(cè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。

圖2 虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)功能架構(gòu)

2.2.1 平臺(tái)門戶網(wǎng)站

門戶網(wǎng)站設(shè)計(jì)符合學(xué)生審美需求，布局合理，首頁(yè)具備輪播圖、平臺(tái)簡(jiǎn)介等，對(duì)外展示平臺(tái)最新官方信息，如國(guó)家級(jí)項(xiàng)目展示（綜合熱度、互動(dòng)頻率和時(shí)間等指標(biāo)）、熱點(diǎn)項(xiàng)目推薦（綜合熱度等指標(biāo)，對(duì)外推薦校級(jí)項(xiàng)目），提供專家展示、特色介紹（對(duì)學(xué)校特色項(xiàng)目或特色教學(xué)進(jìn)行介紹）、專題活動(dòng)、通知公告、新聞資訊、共享排行、個(gè)人中心等模塊。

2.2.2 完善虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，添加詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容說明，幫助學(xué)生更加了解該實(shí)驗(yàn)建立的背景與目的。主要功能包括關(guān)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的視頻簡(jiǎn)介、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引導(dǎo)視頻、對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的詳細(xì)介紹、團(tuán)隊(duì)描述、技術(shù)架構(gòu)、項(xiàng)目評(píng)價(jià)、項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的描述較為詳細(xì)，學(xué)生或用戶通過相關(guān)描述展示能夠快速判斷該項(xiàng)目是否為自己所需要的內(nèi)容，進(jìn)而保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)與分析更加準(zhǔn)確。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心還對(duì)外展示了共享排行指標(biāo)，其中包含的維度指標(biāo)有人氣、共享、互動(dòng)指標(biāo)。這些指標(biāo)反映了該項(xiàng)目的受歡迎程度，對(duì)于教師后續(xù)的其他虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)，具有重要的參考意義。而專業(yè)知識(shí)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和用戶體驗(yàn)3 個(gè)方面的反饋能夠真實(shí)評(píng)估虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量。

2.2.3 數(shù)據(jù)的可視化與統(tǒng)計(jì)分析

在校級(jí)與院級(jí)層面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)做到了對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，能夠直觀展示出虛仿項(xiàng)目的使用情況、項(xiàng)目排名情況、參與項(xiàng)目的通過率以及在線使用人數(shù)等信息。對(duì)項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，能夠更加直觀地反映出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，為決策者提供更多的數(shù)據(jù)支撐。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)面向老師開放了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訪問頻率、數(shù)量以及通過率，學(xué)生實(shí)際所用的時(shí)長(zhǎng)、用戶參與數(shù)、平臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目熱度等各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的使用數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化教師的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理流程，并為教師的教學(xué)管理及評(píng)價(jià)提供參考。

2.2.4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全流程建設(shè)與追蹤

教師在進(jìn)行項(xiàng)目申報(bào)時(shí)，可以對(duì)項(xiàng)目的申報(bào)狀態(tài)進(jìn)行查詢管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的實(shí)時(shí)關(guān)注，設(shè)置項(xiàng)目的匯報(bào)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)項(xiàng)目申報(bào)狀態(tài)有更新時(shí)，自動(dòng)通知教師，對(duì)項(xiàng)目的鏈接及進(jìn)度進(jìn)行匯報(bào)。教師在項(xiàng)目申報(bào)過程中，可對(duì)所提交的資料進(jìn)行管理。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的專家評(píng)審過程中，專家可對(duì)教師提交的項(xiàng)目進(jìn)行審核，根據(jù)項(xiàng)目的完善程度，決定是否通過該項(xiàng)申請(qǐng)。

對(duì)于已上線的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師可以查詢所有用戶的實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況。管理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目評(píng)論，對(duì)用戶所發(fā)出的評(píng)論進(jìn)行審核。教師可以設(shè)置多種類型的課程教學(xué)內(nèi)容。如平臺(tái)有版本更新，可直接在項(xiàng)目管理處進(jìn)行更新。此外，項(xiàng)目管理還包含基礎(chǔ)信息、資料管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、對(duì)接配置功能。

2.2.5 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程管理

在課件管理上，對(duì)于教學(xué)所需要的多種類型內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，能夠支持實(shí)驗(yàn)、視頻等多種類型的內(nèi)容結(jié)合；對(duì)該課程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)，查詢課程趨勢(shì)，了解課程各部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)人數(shù)與得分情況；在實(shí)驗(yàn)課程的批閱環(huán)節(jié)，教師可以對(duì)學(xué)生所提交的作業(yè)及測(cè)試結(jié)果進(jìn)行在線批閱，查看學(xué)生的答題記錄情況；實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的成績(jī)管理，教師可查看學(xué)生在各環(huán)節(jié)的得分情況，綜合學(xué)生的具體表現(xiàn)，對(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行有效的修改；對(duì)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行管理，將學(xué)生添加至指定的班級(jí)，同時(shí)還能夠?qū)虒W(xué)團(tuán)隊(duì)的成員進(jìn)行管理，添加助教對(duì)課程進(jìn)行協(xié)助管理；教師能夠管理習(xí)題庫(kù)，擁有在線導(dǎo)入、導(dǎo)出以及添加的權(quán)限。

2.3 網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要由Web應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻、堡壘機(jī)、操作系統(tǒng)等組成，部署在數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)，屬B／S 模式應(yīng)用系統(tǒng)，具有系統(tǒng)的基本要素，它的系統(tǒng)邊界是網(wǎng)絡(luò)邊界，邊界設(shè)備是防火墻。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下（見圖3）。平臺(tái)目前已經(jīng)通過信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)第2 級(jí)測(cè)試。

圖3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.4 運(yùn)行管理體系

為了保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的持續(xù)運(yùn)行與良性發(fā)展，從經(jīng)費(fèi)、制度、人員等多個(gè)角度為平臺(tái)提供支持，建立完備的激勵(lì)機(jī)制［10］。高質(zhì)量的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)搭建和后續(xù)的運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)都需要足夠的經(jīng)費(fèi)和人力投入，設(shè)立優(yōu)秀項(xiàng)目評(píng)選制度，獎(jiǎng)勵(lì)優(yōu)秀的管理人員、教學(xué)人員。在師資力量建設(shè)方面，高校根據(jù)各專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源數(shù)量，多渠道挖掘師資隊(duì)伍，向相關(guān)教師提供系統(tǒng)性、針對(duì)性地指導(dǎo)［11］，提高教師開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力，鼓勵(lì)教師將新的科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，以此形成專業(yè)布局合理、教學(xué)效果優(yōu)良、開放共享高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行管理體系［12］。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)成效

3.1 建設(shè)成果

學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)（網(wǎng)址：https：／ ／xnfz.jnu.edu.cn／）于2022年3月25日正式上線，涵蓋臨床醫(yī)學(xué)、新聞傳播、計(jì)算機(jī)、生物科學(xué)、中醫(yī)、藥學(xué)、經(jīng)濟(jì)管理等共計(jì)29 個(gè)專業(yè)類別，并根據(jù)教學(xué)需求持續(xù)增加。目前已上線35 門虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程供學(xué)生免費(fèi)使用。

截至2022年11月30日，學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)校級(jí)管理平臺(tái)實(shí)驗(yàn)訪問人數(shù)為383 068 人次（見圖4）。本校師生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有極大興趣，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)學(xué)生活躍人數(shù)為6 867 人，教師活躍人數(shù)達(dá)150 余人。資源優(yōu)化、功能集約、開放高效的教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新活動(dòng)創(chuàng)造了條件，有效補(bǔ)充了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)操作技能的提升。其中，教輔答疑、實(shí)驗(yàn)?zāi)M兩個(gè)系列是學(xué)生使用率較高的教學(xué)配套服務(wù)，多數(shù)學(xué)生表示這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的開放使用對(duì)他們的實(shí)驗(yàn)大有裨益，具有良好的用戶體驗(yàn)感。

圖4 虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 運(yùn)營(yíng)實(shí)效

3.2.1 提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

從學(xué)校層面來說，管理平臺(tái)的建設(shè)有效盤活校內(nèi)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資源，完善了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的線上管理與運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以此為基礎(chǔ)，不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。從學(xué)院層面來說，管理平臺(tái)的應(yīng)用有效改善了虛擬仿真資源管理的現(xiàn)狀，高效完成集約式管理；從教師層面來說，管理平臺(tái)提高了教學(xué)應(yīng)用的效率，避免了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重復(fù)開發(fā)，節(jié)約了時(shí)間與精力，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄來及時(shí)調(diào)整教學(xué)中出現(xiàn)的問題。從學(xué)生層面來說，管理平臺(tái)對(duì)校內(nèi)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目共享，豐富了學(xué)生的虛仿實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驙I(yíng)造出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在情境式教學(xué)中深入學(xué)習(xí)和探索［13］。

3.2.2 顛覆傳統(tǒng)的教與學(xué)理念

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)借助交互式的手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)教學(xué)互動(dòng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的主體地位得到尊重，使學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加適應(yīng)時(shí)代背景，顛覆傳統(tǒng)的滿堂灌式教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情［14］。同時(shí)，平臺(tái)給予學(xué)生的選擇機(jī)會(huì)較多，實(shí)現(xiàn)了差異化教學(xué)，學(xué)生的自我情感與個(gè)性差異得到了保護(hù)與發(fā)展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采用了大量的虛擬模型建構(gòu)技術(shù)，很多項(xiàng)目?jī)?nèi)容能夠以生動(dòng)的形式展現(xiàn)，在音頻、視頻等技術(shù)手段的加持下，為知識(shí)吸收、實(shí)驗(yàn)操作等提供了高階趣味性，學(xué)生更容易沉浸到學(xué)習(xí)過程中，幫助學(xué)生獲得更加真實(shí)的學(xué)習(xí)效果［15］。教師在利用平臺(tái)資源進(jìn)行教學(xué)的過程中，要多重視對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、綜合創(chuàng)新等方面的技能培訓(xùn)，多維度提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

3.2.3 形成虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)范式

基于數(shù)字化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，充分發(fā)揮線上學(xué)習(xí)資源的作用，有助于教學(xué)工作打破時(shí)空限制，應(yīng)用線上線下相結(jié)合的教學(xué)手段，使高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加高效便捷、形式多樣，形成教學(xué)的新思路與新范式。線上資源與線下資源的結(jié)合，打破了以往傳統(tǒng)的資源獲取模式，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)資源共享，教師在課堂教學(xué)中融入更多的國(guó)際前沿學(xué)術(shù)發(fā)展、最新的專業(yè)研究成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)［16］。

3.3 開放共享

目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)支撐了校內(nèi)29 個(gè)學(xué)科的數(shù)字實(shí)驗(yàn)資源向全校師生的開放共享服務(wù)，也為中山大學(xué)等少數(shù)兄弟高校的定向開放服務(wù)。下一步將繼續(xù)做好平臺(tái)宣傳推廣、功能升級(jí)、技術(shù)支持等配套建設(shè)，提升平臺(tái)的受眾覆蓋率和服務(wù)質(zhì)量。加強(qiáng)不同校際的資源共享，既促進(jìn)了教育公平、普及優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、提升教學(xué)質(zhì)量，還能夠營(yíng)造開放、自由的學(xué)術(shù)共享氛圍。定期加強(qiáng)校際交流，以學(xué)科類別劃分教師組別，建立高校協(xié)同機(jī)制，共同商討學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，形成輻射性的影響。同時(shí)結(jié)合校內(nèi)的虛擬仿真教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建跨越式的學(xué)科共享平臺(tái)，提升校內(nèi)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的高效利用，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)方向之間的跨越共享。

4 結(jié)語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在現(xiàn)代教學(xué)中起著越來越重要的作用，在校級(jí)層面建設(shè)基于數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，能夠滿足多種形式的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更好地服務(wù)于高校的立德樹人工作。當(dāng)前平臺(tái)建設(shè)取得了一定的成效，但在資源共享、數(shù)據(jù)運(yùn)用方面存在著較多不足，受到技術(shù)、資金、人員等各類因素的限制，更多的高校僅以校內(nèi)共享為主要模式，今后應(yīng)逐步擴(kuò)大共享范圍。此外，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)運(yùn)行期間，有針對(duì)性地對(duì)平臺(tái)功能進(jìn)行升級(jí)和改進(jìn)，以高效的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)支持教學(xué)決策與管理。同時(shí)，在高校實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)的大背景下，提高軟件應(yīng)用和信息系統(tǒng)的安全性和數(shù)字化的內(nèi)容與質(zhì)量，進(jìn)一步整合資源，發(fā)揮教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，提高人才培養(yǎng)水平。