高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究

胡今鴻， 李鴻飛， 黃 濤(. 哈爾濱工程大學 實驗室與資產管理處， 黑龍江 哈爾濱 5000；2. 華中師范大學 a. 信息化工作辦公室， b. 華中師范大學 實驗室與設備管理處， 湖北 武漢 430079)

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·處長論壇·

高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究

胡今鴻1， 李鴻飛2a， 黃 濤2b
(1. 哈爾濱工程大學 實驗室與資產管理處， 黑龍江 哈爾濱 150001；2. 華中師范大學 a. 信息化工作辦公室， b. 華中師范大學 實驗室與設備管理處， 湖北 武漢 430079)

胡今鴻李鴻飛

對首批國家級虛擬仿真實驗教學中心和部分開展了虛擬仿真實驗教學的高校進行調查研究，分析了虛擬仿真實驗教學資源開放共享的意義和目前各高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享的現狀，指出了存在的問題和困難；以推進虛擬仿真實驗教學資源開放共享為目的，研究、提出了頂層、政策、應用三層平臺組織架構的管理體制和以保障機制、評價機制、激勵機制、交流協作機制為主體的運行機制，并對后續研究工作進行了展望。

虛擬仿真； 實驗教學； 共享開放

0 引 言

在不斷深化教育教學改革，全面提高高等教育質量的背景下，教育信息化在培養學生創新精神和實踐能力方面的作用不斷凸顯，教育部從2013年起開展了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，并首批評審出100個國家級虛擬仿真實驗教學中心。虛擬仿真實驗教學中心建設尤其強調優質資源的開放共享，鼓勵各高校建設能體現自身學科優勢和專業特色的虛擬仿真實驗教學資源，并建立互補互利、優勝劣汰的開放共享機制。從各高校開展虛擬仿真實驗教學中心建設的情況來看，資源的開放共享仍處于起步和探索階段，面臨著許多問題和困難，比如技術標準和規范的缺乏、自主知識產權的欠缺、資源的重復建設等，尤其是在制度層面，亟待建立起有利于資源開放共享的管理體制和運行機制。本文以首批國家級虛擬仿真實驗教學中心和178所高校反饋的《虛擬仿真實驗教學資源開放共享研究調研問卷》為樣本，以文獻檢索、交流研討、現場考察和問卷調查所形成的資料和數據為依據，對如何建立促進全國高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享的機制和制度進行了研究。

1 虛擬仿真實驗教學資源開放共享情況分析

1.1 資源開放共享的指導思想

教育部在《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》(教高司函[2013]94號)文件中指出，虛擬仿真實驗教學中心建設工作必須堅持“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”，其核心工作就是共享優質實驗教學資源，要求高校建立一種機制，在建成和擁有一批優質的實驗教學資源后，引導大家選擇使用，使用后支付相應的費用，補償產品開發和服務支出外，產生合理的利潤，形成良性循環，最終產生良好的社會和經濟效益，使資源共享可持續[1]。同時鼓勵校企合作，探索校企共建共管的新模式和新途徑，以虛擬仿真實驗教學資源的充分使用和更大范圍開放共享為目標，建立可持續發展的虛擬仿真實驗教學服務支撐體系[2]。在國家級虛擬仿真實驗教學中心建設引領下，各地方如湖北、湖南、四川、黑龍江、云南等省份也開展了省級虛擬仿真實驗教學中心建設，同樣強調虛擬仿真實驗教學資源的開放共享，重點構建區域開放共享機制和政策環境。如湖北省教育廳除按照國家級虛擬仿真實驗教學中心的建設任務、內容和遴選要求進行評審，還著重強調了“共享性”，要求虛擬仿真實驗教學平臺運行高效、學生受益面廣、使用效益好，資源開放共享程度高。

1.2 各高校資源建設及使用狀況

(1) 資源類型。虛擬仿真實驗建立的關鍵是采用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，根據實驗教學需求設計出用于實驗的虛擬實驗場景、虛擬環境、虛擬儀器設備、實驗線路或回路、實驗元器件或構件庫、判別實驗效果的判別標準等。按照不同的應用技術、依托平臺、使用方式以及學科屬性等，虛擬仿真實驗教學資源可分為不同類型[3]。如按應用技術可以分為基于多媒體計算機的虛擬實驗、基于網絡的分布式協同實驗、基于虛擬現實技術的沉浸式實驗、基于教育游戲軟件的個性化自主實驗、基于遙控技術的遠程交互實驗等；按平臺特征可以分為移動實驗室(M-Lab)、網絡實驗室(W-Lab)、虛擬仿真實驗室(V-Lab)、虛擬仿真實驗環境(VEE)等；按使用方式可分為基于軟件共享的虛擬仿真實驗教學資源、 基于儀器共享的虛擬仿真實驗教學資源和基于遠程控制的虛擬仿真實驗教學資源。

(2) 開放共享形式。用戶在使用虛擬仿真實驗教學資源時通過虛擬化的操作界面向仿真軟件或虛擬場景、環境輸人數據或指令，經過計算機和軟件的實時仿真，將仿真結果輸送到顯示終端或裝置反饋給用戶，而不同的反饋方式則決定了資源開放共享的不同形式。對于軟件共享類型的虛擬實驗資源，通過構建開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺，加強資源的有序整合和有效對接，實現資源的交叉訪問、檢索、在線學習、在線操作、在線測試、自主創新、組合創新等，實現虛擬仿真實驗教學資源最大化的利用與輻射；對于儀器共享類型的虛擬仿真實驗教學資源，可以參考開放性實驗室或大型儀器資源的校際開放共享，通過虛擬仿真實驗教學管理平臺公布資源的適用范圍、使用說明、技術參數、開放時段、收費標準等信息，并提供在線預約、審批和統計功能。對于遠程控制類型的虛擬仿真實驗教學資源，使用者通過網絡使用專用客戶端軟件遠程控制大型精密儀器設備，進行數據運算、分析測試等實驗活動，達到與直接現場操作大型精密儀器設備同樣的效果。這一類型資源本身既以實體資源的形式可開展校內或區域的開放共享，同時也以虛擬資源的形式在網絡環境下運行[4-6]。

(3) 資源供需情況。通過對調研問卷的數據統計發現，63.46%的高校有專項的實驗教學信息化建設經費，多數為每年50至100萬，高達78.48%的高校有支持和培育虛擬仿真實驗教學中心的計劃和投入。虛擬仿真實驗教學資源的主要來源有市場購買、自行開發、校企合作開發以及共享其他高?；蛏鐣Y源，其中以共享其他高?；蛏鐣Y源為主要來源的高校尚不足11.53%，有42.30%的高校表示現有虛擬仿真實驗教學資源的開放共享不夠，更有76.92的高校認為現有虛擬仿真實驗教學資源的質量有待提高。多數學校對理學、電子信息、化學化工、工程制造等學科的虛擬仿真實驗教學資源有著迫切需求(見表1)。

1.3 資源開放共享面臨的問題與困難

許多高校已經充分認識到資源的開放共享對于加強虛擬仿真實驗教學中心建設、深化實驗教學改革、提高人才培養質量的重要意義，部分高校也在資源自主研發及宣傳推廣、管理信息系統建設、開放共享機制創新等方面做出了一些有益探索，但從全局來看，虛擬仿真實驗教學資源的充分開放共享與有效利用依然存在著許多制約因素[7]。

表1 各學科類別虛擬仿真實驗教學資源供需情況

(1) 資源的規模和覆蓋面有待提高。開放共享的前提是各高校建設的虛擬仿真實驗教學資源已經形成了覆蓋學科門類齊全、高質量的資源庫，然而目前多數高校的虛擬仿真實驗教學主要在工科和經管類學科開展，其他學科類別的虛擬仿真實驗教學資源略顯缺乏。首批100個國家級虛擬仿真實驗教學中心有超過60%屬于工科。如表1所示，各高校開展了虛擬仿真實驗教學的學科集中在理工類學科和經管學科。

(2) 資源的自主研究與創新尚顯不足。調研問卷顯示，超過50%的高校認為當前虛擬仿真實驗教學資源的主要來源是“市場購買”。從首批100個國家級虛擬仿真實驗教學中心的資源統計數據來看，各高校自行研發，具有自主知識產權的虛擬仿真實驗教學資源相對較少，大量資源屬于市場購置的商業軟件，而其中多數都有使用授權數量的限制。

(3) 缺乏協調與協作。資源存在重復建設和質量不高的情況。在缺乏資源評價體系和協作機制的現狀下，高校為滿足自身實驗教學的需求和虛擬仿真實驗教學中心申報的需要，力求虛擬仿真實驗教學體系的完整，在資源建設上“寧濫勿缺”，不可避免的導致了部分資源的重復建設，其中也不乏質量不高、應用低效的狀況。調研問卷顯示，超過70%的高校都認為本?，F有虛擬仿真實驗教學資源數量不足、質量有待提高，55.76%的高校認為虛擬仿真實驗教學資源開放共享最需要解決的問題是建立管理和協調機構。

(4) 缺乏統一的技術標準和規范要求。目前在虛擬仿真實驗教學資源和管理平臺建設上，各高校還處于各自為戰的階段，沒有統一的技術標準和規范，資源的兼容性不強，二次開發難度較大，管理平臺的系統架構、數據庫支持以及功能模塊、運轉流程都各有特點，相互對接存在障礙。調研問卷顯示，76.92%的高校沒有建設校級層面的虛擬仿真實驗教學資源管理信息系統，38%的高校認為虛擬仿真實驗教學資源開放共享最需要解決的問題是建立資源開發和開放統一標準。

(5) 人員與經費保障有待加強。對外開放共享意味著在資源建設和管理平臺搭建上需要更多的前期經費投入。調研問卷顯示，近2年用于實驗教學信息化建設的經費投入50萬以下的高校占15.38%,50至100萬的占40.38%,100至至200萬的占13.46%，其余高校沒有該項經費，而且在有限的實驗教學信息化經費當中，虛擬仿真實驗教學資源建設經費所占比例多數高校都在30%以下。因此，高校在回答“開展虛擬仿真實驗教學工作的主要困難是什么？”的問題時，選擇比例最高的選項(69.23%)就是“經費投入不足”。另一方面，對外開放共享對于資源的不斷更新完善、平臺的日常運行管理和技術支持、實驗教學過程的跟蹤都提出了更高的要求，也勢必大大增加實驗教師、實驗技術和管理人員工作量，如何充分調動實驗人員積極性也是必須解決的問題。而教師對開展虛仿實驗教學的積極性選擇“非常積極”的僅占3.84%，90%以上選擇“積極”或“一般”。

2 建立科學的管理體系

在推進虛擬仿真實驗教學資源開放共享上，國家、地方、高校、行業企業各自發揮其職能與力量，如何將之組合成為一個高效的系統實現管理目標和任務，需要認真梳理現實需求與困難，通過多級平臺的有機整合和相互支撐，發揮協同作用，建立起一套科學的資源組織架構和開放共享管理體系[8]。

2.1 頂層管理平臺的引領

依托全國高校實驗室工作研究會、實驗教學指導委員會、實驗室建設指導委員會，組織相關高校、科研院所、企業專家持續開展虛擬仿真實驗教學資源建設和開放共享機制的研究，制定資源技術標準、管理信息系統對接方案以及開放共享管理規范。將虛擬仿真實驗教學資源作為高校儀器設備優質資源的重要組成部分，在高校儀器設備優質資源共享系統管理中心(CERS管理中心)增設虛擬仿真實驗教學資源管理辦公室，促進高校與企業、高校之間交流合作，協調不同責任主體承擔任務和利益分配，推進虛擬仿真實驗教學資源開放共享?；贑ERS網絡平臺建設虛擬仿真實驗教學資源信息系統，實現信息發布、校級平臺對接、資源整合與準入、資源信息數據庫、綜合考核評價等功能，推動全國高校建成符合開放共享服務要求的校級信息平臺，并通過國家級實驗教學示范中心網站、中央電化教育館資源平臺進行信息發布和資源同步推送，消除資源孤島，形成多層次的共享服務體系。

2.2 區域政策平臺的保障

地方教育行政部門一方面加強本區域國家級和省級虛擬仿真實驗教學中心的建設指導和經費支持，不斷豐富虛擬仿真實驗教學資源，另一方面逐步構建推進資源開放共享的長效機制和政策環境。具有行業屬性的高校聯盟應當根據行業發展狀況和企業用人需求，持續優化和完善資源，實現專業實驗與科學研究、工程實際、社會應用相結合，確保資源開放共享的常態化和可持續化。實驗教學示范中心學科組通過交流、研討與協作，逐步完善適用于本學科的虛擬仿真實驗教學資源建設標準和虛實結合的實驗教學體系，進一步提升資源的標準性、兼容性與易用性，同時合作建立具有學科專業特色的虛擬仿真實驗教學資源庫，在開放共享過程中形成資源相互競爭、優勝劣汰的良性發展循環。

2.3 基礎應用平臺的支撐

高校作為虛擬仿真實驗教學資源的建設主體和使用主體，以虛擬仿真實驗教學中心建設為抓手，優勢學科和教學科研成果為依托，以高水平企業的開發實力和支持服務能力為支撐，系統制定并有效實施虛擬仿真實驗教學的教師工作績效考核、教學效果評價與反饋、經費使用管理、實驗教學中心維護與可持續發展等政策措施，不斷建設開發高質量虛擬仿真實驗教學資源。同時建立有利于開放共享的校級虛擬仿真實驗教學資源管理平臺，滿足校內各院系建設、發布、管理、使用虛擬實驗教學資源的需求，提供完善的虛擬實驗教學輔助功能，完成實驗預習與準備、開課管理、實驗庫維護、教學安排、實驗過程智能監控和在線指導、結果評價、成績統計查詢、教學效果統計分析等實驗教學全過程管理。此外，通過統一標準的接口開發，使校級平臺與CERS頂層平臺無縫對接，實現跨校、跨區域、跨學科的虛擬仿真實驗教學資源開放共享[9]。

3 完善運行機制

3.1 保障機制

(1) 經費和人員保障。要建設高質量的虛擬仿真實驗教學資源，資金投入是物質基礎，教師和開發人員是智力基礎，在開放共享過程中，伴隨著資源的不斷建設、更新、升級，大量的經費支持和人員保障都不可或缺。要繼續加大投入，補齊虛擬仿真實驗教學資源相對于傳統實體實驗教學資源的短板，提高建設質量，還要建立相應的經費保障和人員激勵長效機制，同時吸納和利用社會資源，加強校企合作，積極利用企業的資金優勢、開發實力、支持服務能力，共同致力于虛擬仿真實驗教學資源建設和開放共享。

(2) 政策制度保障。教育部在開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設的文件中，對于工作指導思想、建設任務和內容進行了詳細說明，在評審指標體系中對于資源開放共享也有專門要求。除了宏觀指導，在具體實施方面還可以出臺專門的政策措施，進一步提高各高校加強虛擬仿真實驗教學資源建設和開放共享的積極性。高校也要建立有利于虛擬仿真實驗教學資源開放共享的制度保障體系，強化資源建設過程和結果審核，加強資源開放運行管理和開放共享效果考核評估，不斷提升資源建設和使用效益。

(3) 知識產權保護。虛擬仿真實驗教學資源是一種典型的智力勞動成果，雖具有鮮明的共享性特征，但若對資源進行無限制傳播與使用將嚴重侵犯知識產權權利人的合法權益。對于資源的開放共享，要嚴格遵守《著作權法》、《互聯網著作權行政保護辦法》、《計算機軟件保護條例》、《信息網絡傳播權保護條例》等法律規定，這既是遵紀守法的基本要求，也體現了對資源開發者心血、創意的認可與尊重。因此，在資源開放共享工作中，應切實保護資源開發者的合法權益，明確資源開發者、資源提供者、資源使用者的權責劃分，促使其形成協調、有序發展的良好局面[10]。在技術層面上，可采用數字版權管理(DRM)，通過數字水印、數據加密、內容封裝、移動代理、權限描述、數字簽名等技術手段對虛擬仿真實驗教學資源數字版權的描述、認證、交易、保護、監控、跟蹤以及版權持有者相互關系進行全方位管理[11]。此外，資源管理信息系統和服務器，應具有網絡防病毒、網絡傳輸加密、信息過濾、機密數據保護和入侵檢測等安全防護措施。

3.2 評價機制

(1) 資源準入。虛擬仿真實驗教學資源在數量上正處于爆發增長階段，部分資源的適用范圍與內容存在重疊，資源的質量也參差不齊。而低水平資源會對資源庫形成污染，降低用戶使用開放共享資源的積極性。因此，建立資源準入機制勢在必行，通過建立資源評審標準和專家委員會，明確資源的質量要求和遴選流程，提高開放共享體系當中資源整體水平。

(2) 資源及管理信息系統建設標準。高校在購置或開發虛擬仿真實驗教學資源時，由于理念不同以及學科專業差異，資源的工作環境、體系結構、編程語言、開發方法不盡相同，各高校乃至校內各專業的實驗教學建設大都自成體系，各自為政，形成了“信息孤島”。因此要逐步建立國家層面的虛擬仿真實驗教學資源及管理信息系統建設標準，引導高校在資源和平臺建設上注重規范性、兼容性、可擴展性和開放性，在虛擬實驗教學過程中遵循統一規范，為教學評價、資源對比和學分互認等工作奠定基礎[12]。

(3) 用戶評價。用戶評價是用戶在使用虛擬仿真實驗教學資源后對資源的質量、使用價值、優缺點等通過資源反饋接口或信息管理平臺所發表的意見，其主要目的在于使資源接受用戶檢驗，加強口碑積累，讓優秀資源脫穎而出，同時能夠加強資源開發者于用戶之間的互動，有利于資源的持續改進與完善。同時，用戶評價也是資源二次開發的重要依據，開發者可以根據用戶的真實感受和意見修正存在的缺陷，推進內容升級，不斷提升資源質量。

(4) 資源排行。建立虛擬仿真實驗教學資源使用定期統計和發布制度。對于開放共享資源的使用率和好評率定期進行統計，并在CERS頂層平臺采用排行榜形式進行定時發布，通過排行榜激勵開發者不斷更新和完善資源。對使用率和好評度高的資源給予獎勵，對使用率和好評度低的資源實行逐步淘汰。

3.3 激勵機制

(1) 用戶貢獻模式(免費資源)。用戶貢獻(也稱為用戶原創內容，User Generated Content)是指用戶將自己原創的內容通過互聯網平臺進行展示或者提供給其他用戶，其用戶激勵主要體現在內容交換上。對于免費的虛擬仿真實驗教學資源，各高校既是資源使用的受益者，也是資源的開發的責任承擔者。依托積分或虛擬貨幣獎罰制度，發布優質共享資源者能夠獲得積分或虛擬貨幣獎勵用于“購買”其它共享資源，對于發布惡評資源，如劣質的、侵權的或惡意的非法資源的用戶的將扣除積分或虛擬貨幣。這個制度設定，能夠鼓勵高校樂于開放共享免費資源，并有效保證共享資源的質量。

(2) 利益分配模式(收費資源)。虛擬仿真實驗教學資源的建設既包含了大量的經費投入，也凝聚著資源開發者的心血與才智，是有價值的。因此采用付費方式使用資源也在情理之中。應當建立對資源投入的實物資本、資金資本、知識資本等的評價與利益分享機制，確保資源持續更新與不斷豐富。尤其在校企合作過程中，對各種有形和無形資本價值進行評估，模擬股份制運作，做到誰投入誰受益，多投入多受益。在厘清資源產權利益邊界的基礎上，建立合理的責任分擔與利益分配機制。

(3) 利益補償機制。為了避免資源建設和共享中可能出現的問題，如吝于建設投入、開放共享不充分、參與度不高等，必須建立有效的利益補償機制。對于用戶使用付費資源的，通過建立虛擬仿真實驗教學資源開放共享基金予以補貼。另一方面，根據虛擬仿真實驗教學網絡化、泛在化的特點，對于參與虛擬仿真實驗教學的教師和實驗技術與管理人員，對其額外付出的工作量要予以認定，提高參與虛擬仿真實驗教學與管理的積極性[13]。

(4) 獎懲機制。每年由虛擬仿真實驗工作委員會組織專家對各高校虛擬仿真實驗教學資源建設和開放共享情況進行審核評估，對于優質資源開發者進行后獎勵。定期對各級虛擬仿真實驗教學中心開放共享情況進行檢查，對開放共享范圍廣、受眾多、效果好的中心給予經費支持或表彰。對開放效果差的中心，提出整改要求。

3.4 交流協作機制

(1) 協作開發與管理運營。發揮高校、科研院所的學術優勢和企業的資金與技術優勢，根據資源和信息管理系統建設標準，共同開發資源，不斷提升虛擬仿真實驗教學資源的數量與質量。另一方面，探索生產與運營相對獨立的運行機制，各方各司其職，高校、科研院所負責內容生產，提供智力支持，企業以市場化方式負責課程資源的管理、運營與服務。

(2) 學分互認。以實驗教學示范中心學科組或高校聯盟為試點，逐步推進優質虛擬仿真實驗教學資源的學分互認，規范學分互認機制，實現資源優勢互補。對于本校實驗教學大綱要求的實驗課程，學生具有充分的自主選擇權，可以選擇不同高校的虛擬仿真實驗教學資源，完成相關課程后所得學分可以轉化為本校學分。通過學分互認，資源的開放共享范圍將更加廣泛，優質資源也更容易在學生這一直接用戶的使用與評價當中脫穎而出。

(3) 交流學習與培訓。針對各高校實際需求開展虛擬仿真實驗室建設、資源開發、實驗教學和管理相關培訓。同時充分發揮“國家級虛擬仿真實驗教學中心”示范輻射作用，深入開展交流合作，相互學習借鑒虛擬仿真實驗教學改革成果，使虛擬仿真實驗教學中心成為虛擬仿真實驗教學理念、內容、方法、手段、模式交流與開放共享的重要平臺。

4 結 語

虛擬仿真實驗教學資源開放共享是國家級虛擬仿真實驗教學中心建設的核心任務，也是高校優化虛擬仿真實驗教學資源結構，提升資源使用效益的必然要求。隨著虛擬仿真實驗教學中心建設工作的不斷深入，資源開放共享的重要性將日益凸顯。通過開放共享機制研究，提升虛擬仿真實驗教學中心建設成效，推進高校實驗教學信息化更好更快發展，也要在建設過程中發現問題，深入思考，積極探索，不斷推進開放共享機制的優化與創新。

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On the Opening and Sharing Mechanism of Virtual Simulation Experiment Teaching Resource

HUJinhong1，LIHongfei2a，HUANGTao2b
(1. Department of Laboratory and Asset Management，Harbin Engineering University,Harbin 150001，China;2a. Office of Informatization Work b. Department of Laboratory and Equipment Management，Central China Normal University，Wuhan 430079，China)

This paper is based on investigation of the first batch of national virtual simulation experiment teaching centers and part of the universities and colleges which have began virtual simulation experiment teaching, analyzing the significance of the opening and sharing of the teaching resource as well as problems and difficulties which still exist. The authors propose three-platform managing system (top platform, policy platform and application platform) and operating mechanism (guarantee mechanism, evaluation mechanism, motivation mechanism and communication and coordination mechanism). Finally, the future research work is forecasted.

virtual simulation; experiment teaching; the opening

2014-11-10

教育部 “高等學校虛擬仿真實驗教學資源開放共享研究”(教高司函〔2014〕18號)

胡今鴻(1961-)，女，黑龍江哈爾濱人，研究員。實驗室與資產管理處處長，2013-2017年教育部實驗室建設指導委員會秘書長，主要從事高校實驗室建設與管理。

Tel.：0451-82589012；E-mail:hujinhong@hrbeu.edu.cn

李鴻飛(1969-)，男，湖北襄陽人，博士，教授，信息化辦公室主任，主要研究方向為組織治理、高校實驗室建設與管理、高校教育信息化與智慧校園。

Tel.:13349860989; E-mail:hfli@mail.ccnu.edu.cn

TP 335.0; G 482.0

A

1006-7167(2015)02-0140-05