森林工程國家虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐

辛　穎，李耀翔，狄海廷，楊慧敏

(東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040 )

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森林工程國家虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐

辛穎，李耀翔*，狄海廷，楊慧敏

(東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040 )

摘要：虛擬仿真實驗教學是信息技術與學科專業融合的產物，是高等教育信息化的重要組成部分。森林工程國家虛擬仿真實驗教學中心以建設信息化實驗教學資源與項目為重點，開發和建設仿真實驗系統，構建虛擬仿真實驗教學平臺，改革實驗教學管理隊伍和管理體系，進一步推進了森林工程國家級實驗教學示范中心的建設。

關鍵詞：虛擬仿真；實驗；森林工程；實踐

引文格式：辛穎，李耀翔，狄海廷，等.森林工程國家虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].森林工程，2016，32(1)：94-96.

0引言

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化的重要組成部分，是信息技術與專業相融合的產物，已經成為實驗教學示范中心建設必不可少的內容。為貫徹落實《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》(教高〔2012〕4號)精神[1]，根據《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》[2]，教育部在2013年啟動開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作。同年，森林工程虛擬仿真實驗教學中心被評為國家級虛擬仿真實驗教學中心，成為全國首批建設的百所虛擬仿真實驗教學中心之一。[3]

1虛擬仿真實驗現狀分析

虛擬仿真實驗是信息時代教育改革發展的必然要求，信息化技術特征、高度仿真的實驗環境和對象以及滿足本科教學要求這3個方面構成了虛擬仿真實驗教學中心的本質特征。在全國高等院校中，很多學校就虛擬仿真實驗室進行了初期的建設與探索。

2011年，教育部科技發展中心對全國高校網絡實驗室建設情況的抽樣調查數據顯示，建立網絡工程類實驗室的高校占65%以上[4]。然而，每年高校中實際應用超過600學時的網絡實驗室僅有27%，嚴重浪費了實驗教學資源。其中，72.4%的高校曾開放過網絡實驗教學資源，但由于運行機制和管理體制的不完善，大大限制了優質教學資源的持續性和共享性，形成了教學資源的不均衡現象[5]。因此，目前專業實踐教學改革迫切需要創建一個功能齊全、具有較高現代化程度和較強的仿真性，以及能夠集教學、科研、服務于一體的實訓平臺，并以此改進與完善專業實踐教學。

虛擬仿真實驗教學中心建設的主要任務是實現不具備實現條件或真實實驗難以完成的教學功能，主要在涉及高危或極端的環境、不可及或不可逆的操作，以及高成本或高消耗的綜合訓練等情況時，提供經濟、可靠和安全的實驗項目。由于森林工程類專業的特殊性，許多實驗實習受到自然條件及生態條件的限制，如木材生產作業的高危險性、森林采伐的不可逆性以及采伐對生態環境的破壞性等，所以建設森林工程仿真虛擬仿真實驗教學中心對促進森林工程建設、提高學生的動手實踐能力具有重要的現實意義。

2森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心建設的主要內容

2.1實驗中心實驗教學資源建設

在虛擬仿真實驗中心建設過程中，注重發揮森林工程國家級特色專業的優勢，以培養學生綜合設計能力和創新能力為出發點，充分整合信息化的實驗教學資源，建設與應用森林經營、木材生產、林產品物流和包裝的軟件和儀器共享虛擬實驗，豐富教學內容，拓展學生的實踐領域，學生可以放心地在虛擬實驗環境做各種危險的實驗，實現綠色實驗教學[6]。完成森林可視化經營虛擬仿真實驗系統、木材生產規劃虛擬實驗系統、森林作業模擬仿真系統、原條量材造材與原木自動選材模擬仿真系統、原木優化制材虛擬仿真實驗系統、木材企業生產規劃與模擬經營(ERP沙盤)、木材倉儲與進出口模擬仿真系統、架空索道虛擬實驗系統、包裝工藝過程虛擬仿真系統和生產系統建模與虛擬仿真實驗系統的建設與開發。

2.2教學管理和共享平臺建設

依托虛擬現實技術、數據庫、人機交互、網絡通訊和多媒體等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境，創建具有前瞻性、兼容性和擴展性的實驗共享平臺，實現校內外及更廣范圍內的實驗教學資源共享。完成木材生產虛擬仿真實驗教學平臺、林區建設與規劃虛擬仿真實驗教學平臺、木材物流虛擬實驗平臺和林產品包裝虛擬仿真實驗教學平臺和虛擬仿真系統管理平臺的建設，全方位、立體化真實再現森林工程學科實踐實訓場景，克服了由于木材生產作業的高危險性、森林采伐的不可逆性以及采伐對生態環境的破壞性等因素造成的傳統方式難以滿足實踐實訓需求，有效解決了野外實驗實訓的受限性，借助虛擬仿真技術讓小課堂變成了大型實踐實訓基地。

2.3教學管理隊伍與管理體系建設

通過對實驗教學隊伍建設進行科學的規劃，從制度建設、職稱提升和人員編制等方面實行了有效的改革，培養和造就一支結構合理、素質高、人員相對穩定的實驗教學隊伍。對于有應用前景的實驗項目，中心匹配一定經費，并在實驗條件及資源方面提供保障；同等情況下，在實驗教學中有突出貢獻的教師，職稱晉升優先。從制度上引導和激勵了教師積極投入實驗教學，實驗教學效果得到了顯著提升[7]。通過采取以上措施，森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心已經建設了一支教學、科研和技術人員相結合，結構合理，實踐與創新能力強的虛擬仿真實驗教學團隊。虛擬仿真實驗教學中心擁有完善的管理體系，教師隊伍實行制度化管理，設備運行規范化管理[8-9]。

3解決的關鍵問題

森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心在建設中著重解決了以下問題。

(1)在建設過程中，突破了支撐森林工程虛擬仿真實驗教學的很多關鍵技術，如高度仿真的森工虛擬實驗場景與對象構建、虛擬實驗的可視化設計軟件工具與環境集成等。包含了實驗方案的設計——實施——效果評價——方案整改——再評價的整個環節，在優化實驗方案的同時使學生更好地對所學的理論知識進行深刻體驗。

(2)以“生產場景、業務流程、社會需求、實踐能力”為線索進行虛擬仿真教學資源的構建、整合、優化與共享。梳理影響森工生產活動的因素與環節，構建森工企業生產活動虛擬仿真實驗系統，開發相應實驗項目，培養學生的綜合能力和創新能力。

(3)以森工企業崗位能力鏈要求構建實驗教學平臺和虛擬仿真系統管理平臺，將森林工程生產的各環節與能力要求落實到實驗課程與項目中，采用讓學生分角色模擬的方法，以角色所需的能力鏈作為具體抓手，實現實驗課程內容的優化。

4取得效果

森林工程國家級虛擬仿真實驗教學中心結合學科、專業特點及企業需求，與合作企業共同研制開發了森工規劃虛擬仿真實驗教學系統、原條自動選材及優化造材模擬仿真實驗系統、室內索道模擬仿真系統、自動化立體倉儲系統、森林可視化經營系統、森林作業虛擬仿真系統，原木優化制材虛擬仿真系統、ERP沙盤虛擬仿真系統、林產品加工虛擬仿真系統、林產品包裝運輸虛擬仿真系統。通過虛擬仿真實驗，為學生真實再現真實實驗不具備或難以完成的實驗場景，為學生全面掌握專業知識、創新創業能力培養奠定了強有力的基礎。

虛擬仿真實驗教學中心在實驗教學體系、實驗教學內容、實驗課程設置、學生自主性實驗、創新性實驗教學、實驗教學隊伍建設、實驗室建設和管理等方面取得了顯著成效[10-12]，獲得師生、同行的廣泛好評。同時，虛擬仿真實驗教學中心的教學體系及其管理模式對專業課程的改革和其它實驗課程的建設起到了較好的促進作用。森林工程虛擬仿真實驗教學中心的教學資源面向全校師生開放，校內的學生可以通過登陸校園網進行自主學習。由于森林工程虛擬仿真實驗教學中心在建設過程中采用校企合作的形式來完成，虛擬仿真實驗教學中心定期對企業相關人員進行培訓，從而達到校企共享。

5結束語

森林工程虛擬仿真實驗教學中心在建設過程中本著“能實不虛、虛實結合、相互補充”的原則，以建設和應用虛擬仿真資源平臺為主旨，以優化森林工程虛擬仿真實驗項目、構建虛實結合的現代化實驗實訓基地為目的，以培養學生綜合設計和創新能力為出發點，致力于研發綜合型、創新型虛擬仿真實驗項目，著重培養一支高素質、結構合理和人員相對穩定的實驗教學隊伍，著力改善傳統實驗實訓成本高、效率低、資源消耗大且不可逆和環境污染嚴重等弊端，進一步推進了森林工程專業實驗室建設和實驗教學改革與創新。

【參考文獻】

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Construction and Practice of the National Virtual SimulationExperiment Teaching Center of Forest Engineering

Xin Ying，Li Yaoxiang*，Di Haiting，Yang Huimin

(College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：Virtual simulation experiment teaching is the product of information technology and integration of disciplines，which is an important part of educational informatization.The national virtual simulation experiment teaching center of Forest Engineering focused on the construction of information-based experimental teaching resources and projects.The virtual simulation experiment system was developed and constructed，the platforms of virtual simulation experiment teaching were established，and the teaching staff and management system of experiment teaching were reformed，which further improved the construction of national experimental teaching demonstration center of Forest Engineering.

Keywords：virtual reality and simulation；experiment；forest engineering；practice

*通信作者：李耀翔，博士，教授。研究方向：森林作業與環境。 E-mail：896964923@qq.com

作者簡介：第一辛穎，博士，副教授。研究方向：森工作業與安全。

基金項目：黑龍江省高等教育教學研究項目(JG2014010598)

收稿日期：2015-10-25

中圖分類號：S13

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)01-0094-03