2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心分析

王 森， 李 平

(1.浙江理工大學 實驗室與設備管理處，浙江 杭州 310018；2．教育部 高教司 實驗室處，北京 100816)

?

·專題研討——虛擬仿真實驗(32)·

2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心分析

王 森1，2， 李 平2

(1.浙江理工大學 實驗室與設備管理處，浙江 杭州 310018；2．教育部 高教司 實驗室處，北京 100816)

國家級虛擬仿真實驗教學中心是高等教育信息化的重要組成部分，也是實驗教學示范中心建設工作的重要內容。根據《教育信息化十年發展規劃(2011-2020)》的安排，教育部連續2年對國家級虛擬仿真實驗教學中心進行了評審，2年共有200個國家級虛擬仿真中心獲得立項，為實驗教學注入了新的活力。2014年教育部委托中國高等教育學會負責申報材料受理、資格審查和遴選等工作。為更好地幫助各高校做好2015年的申報工作，本文結合評審重點指標體系對2014年的遴選情況進行了分析，并提出一些合理化的建議。

國家級； 虛擬仿真實驗教學中心； 分析報告

0 引 言

2014年8月教育部辦公廳印發了《關于開展2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》(教高司函〔2014〕30號)[1]，委托中國高等教育學會(以下簡稱學會)負責申報材料受理、資格審查和遴選等工作。截至2014年12月18日，學會在高教司的具體指導下，順利、平穩、圓滿的完成了全部評審工作，為加強對高等學校申報工作的指導，實驗室處對2014年國家級虛擬仿真實驗中心從學術的角度進行了分析與總結，希望能對各高校國家級虛擬仿真實驗教學中心的申報與建設工作有所幫助。

1 申報情況

截止2014年11月1日，學會共收到31個省、市、新疆生產建設兵團和中國人民解放軍總參謀部推薦197所高校國家級虛擬仿真實驗教學中心的材料，此次申報呈現以下三個特點：①院校類型全。申報的高校涉及財經、理工、民族、農林、師范、體育、醫學、藝術、政法、綜合全部院校類型，有教育部直署院校，也有地方院校和軍隊院校；②地域分布廣。31個省、自治區、直轄市，新疆生產建設兵團，解放軍系統都參與了申報；③學科門類齊全。申報的197個中心涵蓋了除哲學、歷史學外的11個學科門類，有相當一部分屬于交叉學科，如工學與農學的結合、理學與工學的結合，幾乎所有的虛擬仿真實驗教學中心都是信息科學與其他學科的交叉融合的產物[2]。

2 結果分析

申報的197個中心經過資格審查、網絡評審和會議評審三個環節，最終清華大學數字化制造系統虛擬仿真實驗教學中心等100個虛擬仿真實驗教學中心獲得國家級虛擬仿真實驗教學中心稱號[3]，立項比例為50.8%。

2.1 區域分布

100個國家級虛擬仿真實驗教學中心覆蓋了全國27個省(自治區、直轄市)以及軍隊院校(見表1)。

表1 2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心申報數與獲批數對照表

可以看出，全部申報的虛擬中心都獲得立項的只有江蘇省(10)，立項比例超過50%的為北京(17)、山東(9)、上海(8)、陜西(6)、四川(5)、浙江(4)、黑龍江(4)。未獲得立項的省份有海南、西藏、青海、寧夏、新疆、新疆生產建設兵團，總體立項情況與2013年相似。

東部地區11個省份共有國家級虛擬仿真實驗教學中心56個，中部地區8個省份共有19個，西部地區12個省份共有21個，軍隊院校有4個。

由此可見：①傳統教育強省虛擬仿真實驗教學水平處于領先地位；②東部地區高校的虛擬仿真實驗教學整體實力相對較強，京津地區和長三角地區優勢尤為明顯；③優質實驗教學資源集中的地區虛擬仿真實驗教學資源也較豐富。

2.2 學科分布

高校實驗教學中心建設主要為學科專業建設發展服務，以學科大類分，理工類68個，農林醫藥類19個，人文社科類13個。

由此可見：①理工類學科長期以來重視實驗實踐教學，實驗教學與信息技術融合度較高；②理工農醫類占立項總數的87%,該類虛擬中心集中了大批虛擬仿真實驗教學資源；③理工類專業更適合從事虛擬仿真實驗教學，也是未來重點發展的方向。

2.3 學校屬性

2014年申報的197個虛擬仿真實驗教學中心，其中教育部直屬高校共有50個，地方高校125個，通過評審分別立項45個和43個，立項比例分別為90%和34%，教育部直屬院校的立項比例遠遠高于地方院校。

由此可見：①教育部直屬高校在虛擬仿真實驗教學仍然處于領先地位，起到了示范輻射的作用；②教育部直屬院校與地方院校中心數量上接近1∶1，體現了教育部直屬院校與地方院校協調均衡發展的理念。

3 存在的主要問題

虛擬仿真實驗教學中心評審指標體系是專家評審時的主要依據，我們對照指標體系對2014年申報的虛擬中心存在的主要問題進行了梳理和總結(見表2)。

4 申報建議

4.1 提高對虛擬仿真實驗教學的認識

申報文件明確指出，虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、多媒體、人交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在虛擬幻境中開展實驗，達到教育大綱所需要的教學效果。可以看出信息化技術特征、高度仿真的實驗環境和對象以及滿足本科教學要求這三個方面構成了國家級虛擬仿真實驗教學中心的本質[4]。

表2 2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心存在的主要問題

雖然申報文件已對虛擬仿真實驗教學本質特征進行了清晰的描述，但由于部分中心未吃透文件精神，導致申報材料因不符合虛擬仿真實驗教學的本質特征而未通過專家評審。

如某運動技能虛擬中心，申報書的重點都在講述已有課件功能以及相關參數的描述，與運動機能相關的30多個實驗項目和虛擬仿真實驗教學也毫無關系，對如何創造高度仿真的實驗環境和學生如何通過實驗獲得能力提高幾乎沒有提及，因此專家的評分較低。

又如某農業信息虛擬中心基本上是購買的商業虛擬儀器仿真軟件，自主開發或與企業聯合開發幾乎沒有，同樣不符合虛擬仿真實驗教學中心本質特征。再如某井下虛擬仿真實驗中心，專家在評審時明確指出“虛擬仿真教學軟件以演示為主，學生參與程度不夠，靈活性差。申請書中的實驗裝備截圖有一副來自**省教育廳網站”。

申報單位應加強對申報文件學習，建議學校在申報材料中用事實說明本中心確具備這三個本質特征。

4.2 重視虛擬仿真實驗教學資源建設

虛擬仿真實驗教學中心建設的重點就是虛擬仿真實驗教學資源的建設，也就是虛擬仿真實驗項目建設，占遴選指標體系的60%。申報文件中明確指出：虛擬仿真實驗教學中心建設應充分體現虛實結合、相互補充、能實不虛的原則，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能。在涉及高危或極端的環境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時，提供可靠、安全和經濟的實驗項目[5]。

清華大學數字化制造虛擬中心的焊接機器人編程與操作實驗項目,學生利用弧焊機器人工作站的操作和編程控制器學習并實踐弧焊機器人的“示教—再現”編程和操作。在實驗過程中，首先，老師為學生講解焊接工藝參數對焊縫最終成型的影響，并幫助學生在加工中體會如何根據加工制造的對象來確定合理的焊接工藝參數。其次，利用仿真軟件，對焊接程序進行離線編程及仿真，使學生了解數字化建模的過程。最后，在老師指導下學生獨立完成三維空間焊縫的軌跡編程及機器人自動焊接過程。學生在實驗過程中既了解焊接機器人離線仿真編程技術，又得到了實踐的鍛煉，是典型的虛擬仿真實驗教學項目。

因此，實驗教學資源的質量和數量直接影響著評審的結果。從評審的情況來看，虛擬中心實驗資源建設方面主要存在以下幾個問題：

(1)對“虛實結合、能實不虛”的原則把握不到位。為保證學生必要的實踐動手能力的培養，文件強調了“虛實結合、能實不虛”的原則，但部分高校明顯違背了這一原則。如某中西醫結合醫學實驗中心將中醫學中的“望、聞、問、切”和脈象診斷等中醫學傳統的診療手段通過視頻學習等技術手段實現，并解釋說可使學生在短期內初步掌握中醫四診綜合技能，這明顯違背了“虛實結合，能實不虛”的原則，這樣的實驗只能算是簡單的視頻教學。

如某化學類虛擬中心，由于受資源所限將原本需要學生動手完成的化學實驗全部變成三維虛擬仿真軟件等軟件，申報書指出：由于設備昂貴、精密、易損壞，且儀器臺件數太少，所以在實際教學中無法保證每個學生動手進行實際操作，更加談不上熟練掌握，很難達到滿意的教學效果。我們認為通過虛擬仿真技術，如三維虛擬仿真軟件，學生可通過在線學習，反復安全地演練大型儀器設備的使用，了解儀器的應用范圍，掌握儀器的測試原理和操作規程。但是要解決復雜化學問題，完全達到教學目標，既需要軟件的演示，也需要動手操作精密、昂貴的儀器設備(如核磁共振、場發射掃描電鏡等)，更需要多項實驗技術協同工作的綜合性實驗實訓場所(大型實驗室、化工廠)來切身體驗。

又如某農業虛擬中心將智能花園監測平臺作為一個虛擬仿真實驗平臺進行申報，申報書中稱該平臺除了完成對模擬花園的實時監測和智能控制外，還可以通過瀏覽器遠程登錄服務器網站，實現實時查看對模擬花園的監測數據及遠程控制。我們認為該中心只是簡單的將視頻監控簡單到搬到申報書中，此類項目既不是實驗教學項目，更加不屬于虛擬仿真實驗項目的范疇。

(2)部分中心虛擬實驗項目數偏少且不成體系。從申報材料來看，一些學校只是在原有的實驗名稱前加了虛擬兩個字，但是真正屬于虛擬仿真實驗的卻偏少。一些虛擬中心只是建設了網站平臺，網站平臺上能開展的虛擬實驗幾乎沒有，這都是不符合申報要求。如某大學物理虛擬中心申報書對中心的儀器設備進行了詳細的介紹，中心網站和相關軟件截圖以及中心制度等占了相當大的篇幅，羅列出的實驗項目大部分也不屬于虛擬實驗項目，僅有的幾個虛擬仿真實驗項目對其功能與效果只用簡單的幾行文字進行了介紹。據不完全統計，網絡評審排名靠后的虛擬中心實驗項目相對也偏少，平均在8～10個。我們認為虛擬仿真實驗教學資源(羅列實驗項目、功能及效果等)是申報書的重中之中，申報的中心應該重點對虛擬仿真實驗項目進行介紹，將中心已經開展的虛擬實驗項目按照一定的規律進行歸類，比如按照從簡單到復雜、從單一到大型將虛擬項目進行匯總。對每一個實驗項目可以采用圖文并茂的方式加以展示，重點介紹項目的實驗內容和功效，以及與實體實驗的結合度以及差別。讓專家能清晰的看到該虛擬實驗項目具備虛擬仿真教學的三個基本要素，以及實驗過程中對學生實踐能力培養起到的效果。

(3)滿足本課教學的程度不夠，科研比重偏大。雖然申報文件對科研項目和科研成果的數量進行了限制，但是大部分高校在“教研科研主要成果(科研成果限填5項)”這一欄里所填寫的內容還是科研項目以及科研成果還是占了大部分篇幅，對中心成員在教學研究和教學成果方面的闡述偏少。虛擬仿真實驗教學中心的根本任務應該還是滿足本科教學需要[5]，因此建議此部分內容應該重點填寫中心成員在各類教改項目、教研項目、教學成果、實驗成果進行詳細的介紹。

有些中心科研實力很強，但是與本科教學結合度不高，如某軌道交通虛擬中心依托四個國家級的科研平臺，虛擬仿真實驗項目都是由科研平臺項目轉化而來，專家在網絡評審時明確指出“科研平臺很強大，參與教學尤其是本科教學不足，可以開設的實驗課程和本科教學要融合”。

科研成果轉化為虛擬仿真實驗教學內容情況是評價指標體系中建設內容中重要的指標，因此建議在介紹實驗項目時，應該讓專家能清晰看到科研項目如何轉化為虛擬實驗項目，實驗項目與本科實驗教學的結合點在哪里，可以列舉一到兩個實例，讓評審專家能一目了然的看到科研成果如何轉化到實驗教學。

(4)突出以校為主，校企合作模式。《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》對校企合作加強實踐育人提出了新的標準和要求。大學由于受資金、技術、人才等多因數限制，無法完成全部虛擬仿真實驗開發，因此由高校提供內容，依托企業技術力量合作開發虛擬仿真實驗項目是一條必由之路[6]。但在合作過程中要把握“校企合作、以校為主”的原則，企業根據學校教學內容為高校提供個性化的產品和服務。

通過分析，今年有很多中心的虛擬實驗項目都是采取直接從企業購置軟件模式組建實驗平臺，缺乏自主知識產權。經管文法類的虛擬中心的虛擬實驗項目大部分都是從企業購買，沒有自主的知識產權。如某經管類虛擬中心，將證券模擬交易作為虛擬仿真實驗，專家在評審時指出“要進一步突破簡單交易模擬的層面，要繼續通過合作開發、數據挖掘等形式對不斷發展的主流和尖端業務進行虛擬仿真，讓學生真正從實驗教學中獲益”。與之相反，上海財經大學全球金融戰略模擬系統、證券風險監控系統、指期貨模擬交易系統國債模擬招標系統等系統都是由中心教師自主開發，擁有自主知識產權，再由相關企業負責市場推廣。

4.3 搭建虛擬仿真實驗教學的管理和共享平臺

評審指標體系就平臺建設標準提出如下三點要求①可通過配置、連接、和使用虛擬仿真實驗儀器設備進行實驗；②根據平臺提供的設備自由搭建合理典型實驗項目；③具有信息發布、數據收集分析、互動交流、成績評定、成果展示等功能。網絡評審時，真正具備三項功能的平臺并不多。

某農業大學提供的網址登錄的網站為實體實驗教學中心網站，沒有在線實驗項目，沒有成績評定環節，也無法實現遠程共享，達不到虛擬仿真實驗的要求。又如某中心網站有登錄的入口，但是需要憑借內部賬號才能登錄，專家在線評審時無法實際操作，因為建議中心網站的登錄界面有相關說明，或者在評審期間提供測試賬號。還有一些中心網站根本無法打開，直接影響了專家評審。再如某化學實驗中心在申報書中指出“中心教學平臺逐步完善后將形成功能和項目兩大模塊。功能模塊具有網上選課、信息發布、互動交流和成果展示等功能”，直接影響專家的評分，中心在介紹中心平臺時，應側重中心平臺建設的現狀，已經達到什么水平，而不是未來的發展規劃。

4.4 加強虛擬仿真實驗教學和管理隊伍建設

關于虛擬仿真實驗教學中心的隊伍問題，教育部實驗室處李平處長曾撰文指出：“虛擬仿真實驗教學中心的隊伍與示范中心的隊伍是一體的，但對它的結構、水平和經驗有新的要求，要能夠勝任虛擬仿真實驗教學的需求。”[7]

評審中主要發現以下幾個問題：①實驗隊伍中信息技術背景的人員偏少。如某建筑環境中心33個骨干教師中沒有一位具有計算機或者信息技術背景的人員，相關的研發過程以及與企業對接存在較大的難度。②真正從事實驗教學的人員偏少，如空天電子虛擬中心實驗隊伍中，正高職稱的比例達到了57%，專家評審時指出“有多少是與實驗教學相關的？”；③專兼職搭配不合理。如某地方醫學虛擬中心，中心人員名單達到100多人，專職從事虛擬實驗教學的人數為40人，甚至將實踐教學管理科副科長都列在隊伍人員名單中，非常不合理。構建“水平

4.5 進一步推進虛擬中心的資源共享

張大良司長在2014年評審工作會議上指出:“國家級虛擬仿真實驗教學中心要在優質實驗教學資源的開放共享上繼續探索，創新開放共享的模式和機制，為其他高校做出表率”。推進優質實驗教學資源的共享，是高校人才培養的內在需求，也是提高高等教育國際競爭力的必然要求。要成為國家級虛擬仿真實驗教學中心，就不能僅僅做好自己的實驗教學工作，而是更要發揮示范輻射作用[8]。通過評審我們發現，一些高校實驗資源的共享范圍還僅僅停留在校內。一些中心在申報書“資源共享”這一欄里只是簡單的幾筆帶過，對未來進一步的共享計劃與安排也沒有提出明確的措施與手段。我們建議高校應該進一步厘清中心可以共享的資源，比如虛擬實驗項目、師資、大型設備等；進一步拓寬共享的渠道與范圍，比如校內共享、校校共享、校企共享等；進一步探索共享的機制與模式，比如構建區域共享平臺、有償服務機制等[8-10]。對未來共享的計劃與安排要有實質性的措施，以及時間安排。

5 結 語

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》指出：“信息技術對教育發展具有革命行動影響，必須予以高度重視”[11-12]。國家級虛擬仿真實驗教學中心的建設工作正是在這一大背景下推出的，是國家關于人才培養工作上的一個重大舉措，也是落實《教育信息化十年發展規劃(2011-2020)》的重要手段之一[13-14]。各高校個地方教育主管部門要高度重視虛擬仿真實驗教學中心的申報與建設工作[15]，以上分析希望能對高校申報虛擬中心起到積極的作用，也希望批評指正。

[1] 中華人民共和國教育部．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〔2014〕30號)[Z].2014．

[2] 郗俊強．云計算中的數據管理關鍵技術及其應用[J]．無線互聯科技,2011(8)：3-4

[3] 中華人民共和國教育部．教育部辦公廳關于批準清華大學數字化制造系統虛擬仿真實驗教學中心等100個國家級虛擬仿真實驗教學中心的通知(教高廳函[2015]3號)[Z] ．2015．

[4] 李 平，毛昌杰，徐 進．開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設提高高校實驗教學信息化水平[J] ．實驗室研究與探索，2013，32(11)：5-8．

[5] 中華人民共和國教育部．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〔2014〕30號)[Z].2014．8．

[6] 徐 進．2013年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作及2014年申報建議[J] ．實驗室研究與探索，2014，33(8)：2-5.

[7] 李 平，毛昌杰，徐 進．開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設提高高校實驗教學信息化水平[J] ．實驗室研究與探索，2013，32(11)：5-8．

[8] 王 森．實驗教學示范中心資源共享機制的研究與實踐[J]．實驗技術與管理，2013， 30(1)： 134-136．

[9] 鄭興福,胡 凱．國家級實驗教學示范中心建設實踐與發展探析[J]．實驗技術與管理,2009,26(4)217-211．

[10] 初漢芳,李 鋒．高校實驗教學示范中心管理模式[J]．實驗室科學,2010,13(6)：13-141

[11] 中華人民共和國教育部．教育信息化十年發展規(2011-2020年)(教技[2012]5號)[Z].2012.3.

[12] 國家中長期教育改革和發展規劃綱要工作小組辦公室．國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)[Z]．2010．

[13] 中華人民共和國教育部．教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見[Z]．2012．

[14] 國務院．國務院關于印發《中國制造2025》的通知(國發〔2015〕28號)[Z].2015.

[15] 中華人民共和國教育部.中國工程教育質量年報(2013年)[EB/OL].[2014-11-13].http://www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/201411/t20141113_178168.html.

·名人名言·

我們應該不虛度一生，應該能夠說，“我已經做了我能做的事。”

——居里夫人

The 2014 Year’s Analysis Report on the National Virtual Simulation Experiment Teaching Centers

WANGSen1，2，LIPing2

(1. Lab and Facility Management Division, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China；2. Department of Higher Education, Ministry of Education, Beijing 100816, China)

The national virtual simulation experiment teaching center is an important component of the informationization in higher education and an important part of the construction of experimental teaching demonstration center. According to the “Ten-year Plan of Education Informatization(2011—2020)”, the Ministry of Education evaluated all the national virtual simulation experiment teaching centers, and 200 of them had been funded. This action added new energy into the experiment teaching. The China Association of Higher Education was commissioned by the Ministry of Education to take charge of receiving, pre-qualification and selection of the application materials. Based on the analysis of last year’s work, the authors put forward several suggestions which might be helpful to this year’s application.

national level; virtual simulation experiment teaching center; analysis report

2015-10-20

全國教育信息技術研究“十二五”規劃2014年度青年課題(146242049)；浙江省高等教育學會一般項目(YB201411)

王 森(1976-)，男，江蘇泰州人，副研究員，設備處處長助理，主要研究方向：實驗室建設與管理。

Tel.：0571-86843277；E-mail：14011962@qq.com

G 642.0

A

1006-7167(2016)04-0082-05