2020年春季學(xué)期虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目使用情況與分析思考

一、背景

新冠疫情期間，國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)運(yùn)營(yíng)工作組——高等教育出版社實(shí)驗(yàn)空間運(yùn)營(yíng)工作組（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)空間”），積極響應(yīng)“停課不停學(xué)”的號(hào)召，落實(shí)教育部應(yīng)對(duì)新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，發(fā)揮在線學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)，面向有在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的高校，免費(fèi)提供一個(gè)學(xué)期的在線智能實(shí)驗(yàn)室服務(wù)，并對(duì)平臺(tái)中已獲國(guó)家認(rèn)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供在線教學(xué)支持及考核管理服務(wù)，有效推進(jìn)了相關(guān)項(xiàng)目資源的開(kāi)放共享，提升了實(shí)際應(yīng)用效能。

2020年上半年，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程在共享應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。除西藏、青海以外，全國(guó)各省、自治區(qū)、直轄市、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)均有高校依托“實(shí)驗(yàn)空間”智能實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)。生物科學(xué)類、化學(xué)類、物理學(xué)類、化工與制藥類、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)類的項(xiàng)目應(yīng)用最為廣泛。“實(shí)驗(yàn)空間”學(xué)生用戶的平均實(shí)驗(yàn)次數(shù)為8次，單個(gè)用戶做實(shí)驗(yàn)次數(shù)最高紀(jì)錄為383次。學(xué)生根據(jù)自己的需要和興趣，跨越不同學(xué)科進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索，滿足了學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求，在培養(yǎng)學(xué)生交叉學(xué)科自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力方面起到了積極的作用。

為進(jìn)一步提升在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性、與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的相容性，厘清虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的發(fā)展與改進(jìn)方向，進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)各類一流課程建設(shè)，“實(shí)驗(yàn)空間”組織開(kāi)展了2020年虛擬仿真實(shí)驗(yàn)問(wèn)卷調(diào)研工作。

二、調(diào)研情況

1.問(wèn)卷設(shè)計(jì)

“實(shí)驗(yàn)空間”組織虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專家，根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)問(wèn)卷，并在開(kāi)展多次試測(cè)后確定了調(diào)查問(wèn)卷。

2.樣本說(shuō)明

問(wèn)卷分為教師卷和學(xué)生卷。自2020年8月3日發(fā)布以來(lái)，截至2020年8月31日回收問(wèn)卷11 215份，獲得有效問(wèn)卷11 199份。其中教師卷有效問(wèn)卷共779份，有效問(wèn)卷百分比為100%;學(xué)生卷有效問(wèn)卷10 420份，有效問(wèn)卷百分比為99.8%。

3.基本結(jié)論

（1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在教學(xué)中受到重視，基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的線上線下混合式教學(xué)模式得到廣泛有效應(yīng)用。

75.10%的教師受訪者表示使用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目已納入教學(xué)計(jì)劃。78.69%的教師受訪者認(rèn)同虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用提高了原有線下實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率和效果。78.01%的學(xué)生受訪者贊同虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目提高了學(xué)習(xí)效率。

受訪者普遍認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠重點(diǎn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練等問(wèn)題。

總體而言，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效用得到教師和學(xué)生的肯定，但仍需提升改進(jìn)。

（2）目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要應(yīng)用于本科階段理論課程和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)。其中專業(yè)課占比最大，工學(xué)、醫(yī)學(xué)和理學(xué)類專業(yè)應(yīng)用最多。

填寫(xiě)調(diào)研問(wèn)卷的學(xué)生均參與過(guò)學(xué)校組織的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。其中98.64%為本科生，本科低年級(jí)（大一/大二）占54.82%，本科高年級(jí)（大三/大四）占43.82%。碩士研究生占1.19%，博士研究生占0.17%。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在理論課（含課內(nèi)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)）中的應(yīng)用最多，達(dá)到70.07%;獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程位列第二，占24.45%;其他教學(xué)環(huán)節(jié)占4.64%。術(shù)科課占比僅為0.84%。

專業(yè)必修課的應(yīng)用達(dá)到76.77%，專業(yè)選修課為15.66%;公共必修課為6.29%，公共選修課為1.28%。

工學(xué)、醫(yī)學(xué)和理學(xué)類專業(yè)使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的占比總和達(dá)到89.33%，其中工學(xué)41.17%，醫(yī)學(xué)27.27%，理學(xué)20.89%。農(nóng)學(xué)占比為3.61%。文科類的應(yīng)用多在經(jīng)管專業(yè)，經(jīng)濟(jì)學(xué)占2.92%，管理學(xué)占1.96%。藝術(shù)學(xué)類、法學(xué)類、教育學(xué)類、文學(xué)類和歷史學(xué)類均不超過(guò)1%，合計(jì)僅占2.18%。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目如何在更高層次的人才培養(yǎng)中發(fā)揮作用，如何為文科類教學(xué)助力，都有待進(jìn)一步研究和探索。

（3）線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)和線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到廣泛應(yīng)用，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目教學(xué)組織形式趨于多樣化。

63.15%的教師受訪者表示在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與慕課或SPOC結(jié)合，認(rèn)為應(yīng)單獨(dú)組織虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師占24.52%。另外，有12.33%的教師選擇其他形式。大部分教師認(rèn)為，一門線上實(shí)驗(yàn)課程根據(jù)實(shí)際情況大約需要1～5個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目做支撐。

36.89%的教師受訪者傾向于采用實(shí)驗(yàn)操作形式開(kāi)展在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)。選擇授課形式的占22.06%，考核形式的占20.41%，答疑形式的占18.30%，其他占比2.34%。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)用優(yōu)勢(shì)凸顯。

91.40%的受訪者表示希望更多地采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)模式。采取線上線下混合式教學(xué)時(shí)，教師一般按照教學(xué)計(jì)劃的要求進(jìn)行操作。如學(xué)校未對(duì)線上線下教學(xué)有明確安排，教師大多根據(jù)自身習(xí)慣和課程需要自行安排，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)多用于預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)階段。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在教學(xué)中配套使用的實(shí)驗(yàn)教材和資源趨于多樣化。自編講義最高，占26.33%。其次是正式出版的實(shí)驗(yàn)教材，占23.41%。最后是本人收集、整理的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，占20.5%。實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目中已包含所需教學(xué)資源占16.56%，數(shù)字實(shí)驗(yàn)教材占10.94%。另有2.26%的受訪者選擇了其他。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目及其配套教學(xué)資源與線上課程、線下課程、線下實(shí)驗(yàn)的靈活結(jié)合應(yīng)用很可能成為未來(lái)教學(xué)組織形式的常態(tài)。

（4）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的內(nèi)容質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。92.89%的受訪者認(rèn)為所使用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目能夠還原真實(shí)場(chǎng)景，但認(rèn)為模型精細(xì)度較好的受訪者只占其中不到一半。7.11%的受訪者認(rèn)為仿真度較差、物體模型粗糙，與真實(shí)場(chǎng)景相差甚遠(yuǎn)。52.95%的受訪者認(rèn)為勉強(qiáng)能夠融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)情境，認(rèn)為能夠深度融入的占39.24%，認(rèn)為完全無(wú)法融入的占7.81%。

信任實(shí)驗(yàn)結(jié)果的受訪者達(dá)到87.61%，認(rèn)為無(wú)法做出準(zhǔn)確判斷的占6.77%，不信任實(shí)驗(yàn)結(jié)果的占5.62%。算法科學(xué)有效是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目質(zhì)量的關(guān)鍵要素，在建設(shè)中應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)。

84.88%的受訪者認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的互動(dòng)形式豐富，15.12%的受訪者認(rèn)為互動(dòng)形式十分單一。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目配套資源的媒體形式較多，但信息反饋的及時(shí)性有待提升。49.90%的受訪者認(rèn)為媒體形式較多，不總能及時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)所需的線索和反饋信息。42.63%的受訪者認(rèn)為媒體形式豐富，一直都能及時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)所需的線索和反饋信息。7.47%的受訪者認(rèn)為媒體形式單一，無(wú)法及時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)所需的線索和反饋信息。

93.83%的項(xiàng)目有實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄和考核評(píng)價(jià)結(jié)果。但支持完全自由練習(xí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄完整且考核評(píng)估功能完善的只占35.94%。無(wú)法自由練習(xí)，無(wú)實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄，有簡(jiǎn)單的考核評(píng)價(jià)結(jié)果的項(xiàng)目占6.16%。

教師受訪者認(rèn)為目前所使用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目最大的不足在于無(wú)法用多種瀏覽器打開(kāi)，不能支持其他移動(dòng)端設(shè)備使用，占比26.79%。其次是實(shí)驗(yàn)不能自主設(shè)計(jì)，占26.31%。同時(shí)，學(xué)生在使用系統(tǒng)時(shí)，教師無(wú)法參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程指導(dǎo)與交流占17.48%，這也是目前線上實(shí)驗(yàn)區(qū)別于線下實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。此外，畫(huà)面不夠清晰，部分圖標(biāo)看不清占12.53%;無(wú)過(guò)程記錄，無(wú)配套考核功能占12.17%;其他占4.72%。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的仿真感觀、實(shí)驗(yàn)方法、交互設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與分析匯總、系統(tǒng)易用性和教學(xué)團(tuán)隊(duì)支持等方面都有較大提升空間，并應(yīng)按照專業(yè)、行業(yè)和技術(shù)的發(fā)展不斷更新迭代。

（5）必須建立健全保障機(jī)制，采用多種措施鼓勵(lì)以學(xué)生為中心的教學(xué)實(shí)踐，持續(xù)不斷地推動(dòng)和改進(jìn)共享應(yīng)用服務(wù)。學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、教師的教學(xué)體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都會(huì)影響師生使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的意愿。

教師受訪者認(rèn)為，開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困難主要在于經(jīng)費(fèi)投入不足、人才匱乏和信息化基礎(chǔ)條件較差。技術(shù)力量、項(xiàng)目種類和數(shù)量也是制約虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展的重要原因。

關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目開(kāi)放共享需要解決的問(wèn)題，教師受訪者最關(guān)注的是校校合作和校企合作以及建立健全研發(fā)、運(yùn)維、管理環(huán)節(jié)的利益分配機(jī)制。48.27%的教師受訪者認(rèn)為本校對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的支持力度一般，認(rèn)為很好的占40.69%，11.04%的受訪者認(rèn)為不太好。

可以與持續(xù)服務(wù)情況作為對(duì)比參考的是：認(rèn)為獲得足夠教學(xué)指導(dǎo)（視頻指導(dǎo)、教學(xué)答疑等）的學(xué)生占58.23%;認(rèn)為獲得足夠技術(shù)支持（系統(tǒng)調(diào)試、操作指導(dǎo)等）的學(xué)生占54.09%。這兩項(xiàng)滿意度與學(xué)校項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)人員保障和經(jīng)費(fèi)支持有較大關(guān)聯(lián)。

可見(jiàn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的共享應(yīng)用不是孤立的教與學(xué)，需要根據(jù)學(xué)校、專業(yè)和課程的情況，做好頂層設(shè)計(jì)、建立工作機(jī)制、調(diào)配團(tuán)隊(duì)人員、提供資金支持。

（6）“實(shí)驗(yàn)空間”的服務(wù)受到教師和學(xué)生的認(rèn)可，功能和服務(wù)需要進(jìn)一步升級(jí)和迭代。

55.07%的受訪者在“實(shí)驗(yàn)空間”平臺(tái)上使用過(guò)1個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。使用過(guò)2個(gè)以上項(xiàng)目的總計(jì)達(dá)到44.94%。其中，使用過(guò)4個(gè)以上項(xiàng)目的占18.23%，使用過(guò)2個(gè)項(xiàng)目的占17.33%，使用過(guò)3個(gè)項(xiàng)目的占6.68%，使用過(guò)4個(gè)項(xiàng)目的占2.70%。

四分之三的學(xué)生受訪者在學(xué)校組織的課程結(jié)束后仍愿意使用“實(shí)驗(yàn)空間”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。65.94%的學(xué)生受訪者表示需要提供實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之外的實(shí)驗(yàn)教材、學(xué)習(xí)材料和輔導(dǎo)服務(wù)。表示無(wú)所謂的占25.12%。表示不需要的占8.94%。“實(shí)驗(yàn)空間”需進(jìn)一步完善功能、豐富網(wǎng)站資源，提升服務(wù)的實(shí)用性、體系性，滿足不斷變化的教學(xué)需求。

三、思考與建議

1.加強(qiáng)項(xiàng)目建設(shè)指導(dǎo)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，是現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)入課堂改變教學(xué)的具體實(shí)踐。經(jīng)過(guò)一個(gè)階段的建設(shè)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)向標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化發(fā)展，確保項(xiàng)目的科學(xué)性、合理性、體系性。通過(guò)《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)指南》的出版發(fā)行、組織相關(guān)培訓(xùn)研討會(huì)議，可為高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)提供依據(jù)和指導(dǎo)，提升虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的質(zhì)量。

2.提高持續(xù)服務(wù)能力

建立健全保障機(jī)制，特別是在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)、經(jīng)費(fèi)支持方面加大力度，采用多種激勵(lì)政策鼓勵(lì)以學(xué)生為中心的教學(xué)實(shí)踐和優(yōu)質(zhì)資源共享。保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的流暢使用，豐富項(xiàng)目相關(guān)資源的內(nèi)容，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)模式，進(jìn)一步完善線上教學(xué)和線上線下混合式教學(xué)服務(wù)體系。

3.升級(jí)“實(shí)驗(yàn)空間”產(chǎn)品服務(wù)

加快建設(shè)和完善智能實(shí)驗(yàn)室服務(wù)，積極探索基于區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的智能學(xué)習(xí)效果記錄、轉(zhuǎn)移、交換、認(rèn)證等有效方式，形成泛在化、智能化學(xué)習(xí)體系，推進(jìn)信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)全過(guò)程，打造教育發(fā)展國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新增長(zhǎng)極。

[責(zé)任編輯：余大品]