高校虛擬實驗室建設問題探討

夏興有 鄒廣平 曲嘉

摘要：文章對目前高校虛擬實驗室的建設情況進行研究討論和剖析，確定建造虛擬實驗室的原則和目的;突出建設特色，推進資源共享;理清虛擬實驗室與實物實驗室之間的關聯;增強虛擬實驗室的學術科研實力，使得虛擬實驗室發展更進一步。

關鍵詞：虛擬實驗室;資源共享;實驗教學

從2012年開始，教育部支持和倡行虛擬實驗室的文件連續出臺，對虛擬仿真實訓實驗系統的構建，虛擬實驗室建設的指導思想、目的、內容和相關問題進行說明。2013年以來，教育部開始建設國家級虛擬仿真實驗教學中心，評出了首批100個國家級虛擬仿真實驗教學中心。在此之前，因為沒有統一標準，各高校建立起來的虛擬實驗室的科研能力也是各有良莠。教育部出臺一系列文件后，高校隨之建立了數百個國家級和省級虛擬仿真實驗教學中心，虛擬仿真實驗教學中心的建設也得到了進一步的發展，在這之后高校也開展了校級虛擬仿真實驗教學中心的建設。

高等學校虛擬仿真實驗教學中心存在多方面的優點，尤其在經費投入、實驗時間、實驗空間、實驗環境等方面具有突出的優勢，這樣就實現了虛擬實驗室和實物實驗室的深度融合。在高校科研教學中，實驗教學能力擴展和補充需要虛擬仿真實驗教學中心作為一個實現平臺，虛擬實驗室在建設方面具有維護成本低和節能環保的優點，在教學科研方面有效率高、學生易于學習和操作等優點。虛擬仿真實驗教學中心的建設不僅能提升實驗教學質量，而且還很好地推動了學生的實踐能力和創新精神，使得實驗教學與信息化相輔相成。

虛擬仿真實驗教學中心是前所未有的模式，在建設和后期管理階段想必會遇到許多新問題。本文討論了針對當前技術條件下虛擬實驗室建設中須引起關注的幾個問題，這些問題對加強促進和優化虛擬實驗室建設，推進虛擬實驗室可持續發展具有重要的參考價值。

一、進一步明確虛擬實驗室的建設原則與目的

現如今，隨著通信技術的進步和信息技術的臻于完善，各高校實驗教學不斷地推進、深化改革，實驗教學形式發生了巨大變化，實驗教學內容的要求也愈來愈高，隨之保障實驗條件和實驗經費壓力也相應變大，這就直接對實驗教學質量、學生創新思維和科研能力的培養產生很大的影響。虛擬實驗室的建設被提上了日程。

虛擬實驗室是利用計算機系統，結合通信和信息技術處理融合創新，完成或完善實驗。實驗者在逼真的環境中進行實驗研究，直觀認知原理、深刻理解實驗背景和在工程中的應用，效果等同實物實驗，有的還優于實物實驗。對于學生來說，虛擬實驗室培養學生主動學習鉆研、自主設計創新的能力。

高等學校虛擬仿真實驗室的建設原則首先是虛實結合，是在需要實的情況下實，需要虛的情況下虛，不能虛實混亂。適合虛擬實驗建設的有以下幾類實驗：第一是危險性大，高污染、高耗能、高輻射和實驗成本高的實驗項目，虛擬實驗時不用擔心安全，可隨意發揮，解決實物實驗室因條件限制而無法開展的問題;第二是現實中由于條件限制難以實現或特別復雜的實驗項目，比如醫學和生物學方面的一些實驗項目，虛擬實驗可增加學生的實踐機會，提高學生參與實驗的積極性 ;第三是不可復制和復制難度大的實驗項目，例如考古等，可以進行虛擬仿真實驗;第四是經典的實驗項目，虛擬實驗可便于學生課前預習，模擬操作，增加他們的了解和認識，為實物實驗做準備，鍛煉了學生的動手能力，對實物實驗項目進行了補充;第五是新技術與新成果轉化成的實驗項目，這類實驗內容新、方法新，受設備條件限制，開設起來有難度，利用相應的實驗軟件，虛擬實驗更及時方便。

二、突出特色，避免千篇一律

虛擬仿真實驗教學項目要出“金項目”，出精品項目，避免“水項目”。在建設虛擬仿真實驗室的過程中，高校要以能體現學校辦學特色、學科優勢和專業特點的虛擬仿真實驗室為重點項目，不追求大而全，要致力于精而專。每個虛擬實驗室都要有特色，每個虛擬實驗室都要成為一個品牌，既要和其他高校虛擬實驗室有共性的地方，更要和其他高校同類實驗室有區別，這樣的虛擬實驗室建設才有價值。

三、推進資源共享，避免重復建設

虛擬實驗室不能一窩蜂地建設，高校應從自身發展水平出發，循序漸進地進行虛擬仿真實驗室建設，特色不明顯的不建，無優勢的不建，虛擬仿真效果不好的不建，更不能出現粗制濫造的情況。虛擬仿真實驗室的建設不僅易于資源信息共享，而且還可促進院校之間的交流、深化學科專業間的合作，相互借鑒，優勢互補，也能避免重復建設和開發，確保高校科研教學資源的高效利用。還可以多方聯合開發，既有利于虛擬實驗信息資源共享，又節約成本，這也能夠實現各具特色的實驗教學內容體系。虛擬實驗室在優化教學資源配置，突出教學資源優勢，實現教學資源共享共建方面推動了高校現代化教學的發展。

四、理清虛擬仿真實驗室與實物實驗室的關系

實物實驗是操作者利用真實的儀器設備進行的實驗，既需要設備還需要有場地作為保障;在實物實驗室中無法完成或者完成有難度的實驗，可以利用計算機通過虛擬實驗技術完成實驗，這是以虛代實的實驗模式。虛擬仿真實驗具有避免風險、節約成本、綠色和環保等優勢，但傳統的實物實驗對實驗者而言更有優勢。對于具體實驗項目，做實物實驗還是虛擬實驗，要根據課程要求和授課對象的特點來決定，要重實驗效果，重學生能力培養。認為虛擬實驗項目可以代替實物實驗項目，因此不去開設實物實驗項目，這個觀點是不正確的。實物實驗相對虛擬實驗更加直觀和更有利于培養學生的動手能力和解決分析問題的能力，所以要以實物實驗為主，能開設實物實驗的必須開設，虛擬實驗可以作為補充，以補充不能完全代替的實物實驗。兩種實驗項目各有所長，虛擬實驗雖然能相對真實地模擬實驗過程，但在具體操作方法和感官方面與真實環境有很大差距。

用虛擬實驗室完全取代傳統實驗室是不合理的，更不能通過虛擬實驗平臺把經典的實物實驗簡單的完成，也不能因實物實驗操作復雜、實驗耗材浪費等而虛擬化。受條件制約，一些實物實驗不能進行，那就需要虛擬實驗代替。雖然虛擬實驗室對實驗教學效果有一定的提升，但是對于一些實驗項目尤其是對專業要求極高的實驗項目，虛擬實驗的實驗結果再好，不是傳統實驗，結果也不能實現共享。虛擬實驗室的建設可以有效地降低傳統實驗室的建設成本，高校也不能因此以虛擬實驗室作為重點。因此在建設過程中一定要把握好虛擬仿真實驗建設原則和傳統實驗室的比例。

五、注重長效機制建設

就一些機制和體制來說，虛擬實驗室的建設和教學是一種前所未有的形式，肯定會出現一些問題。必須建立一套良性、高效、協調的運行機制和管理體制，才能更好的發揮作用，才能調動教師和管理人員的積極性，才能激勵學生積極參與。鑒于和實物實驗室的不同，虛擬實驗室項目的內容系統、講義系統和學生的評價系統也是重中之重。要在虛擬仿真實驗教學中心建立教研人員和管理團隊工作內容的量化方式和合理的考核辦法。虛擬實驗平臺的日常管理和維護也需要制定詳細的規章制度。要保證虛擬實驗室的可持續發展，虛擬仿真實驗室的前階段建設以及接下來的進一步發展，高校經費的投入是實現的前提。

六、豐富虛擬實驗室內涵，提升科學研究能力

在進行虛擬仿真實驗室建設時，根據實驗項目特點，挖掘內涵，豐富內容，為進一步加強虛擬實驗室的科研功能和創新能力，需要建立一批優秀的能夠彰顯虛擬實驗室科研功能的虛擬實驗項目。同時，高校還應該結合科研項目進行虛擬實驗室建設，側重科研功能，兼顧實驗教學，這樣建成的虛擬實驗項目起點高，具有前瞻性和創新性。在師生使用虛擬仿真實驗室進行科研項目的同時把學科最新、最前沿的科研成果精煉轉變為虛擬實驗項目，使得虛擬實驗項目不在拘泥于教學，還能擴大虛擬仿真實驗室的資源。

隨著高等教育信息化的進步，高校虛擬實驗教學中心的建設也順應這一趨勢，實現了高校實驗教學的深化改革，也提升了高校的教學能力和教學質量。相對于傳統實驗室和實驗教學，虛擬實驗室是一種新模式，教學方式更加豐富，表現形式也更加靈活，在提高學生素質、促進實驗技術手段創新等方面將發揮重要作用。虛擬實驗是一種新的教學模式，作為傳統實驗教學模式的完善和補充，它契合了當今高校人才培養的需求。為了更好的服務高校的教學科研能力，虛擬仿真實驗室也會順應時代潮流，實現更進一步的發展。

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編輯/宋宇