高校虛擬仿真實驗教學中心建設探討

張澤 呂新 侯彤瑜 王海江 王江麗

[摘 要] 隨著科學技術的不斷發展，信息化時代的來臨為學校教育提供了嶄新的思路，如何推動教育信息化、智能化發展，促進虛擬仿真技術在高校實驗教學中的應用，成為社會進步的重要研究課題。通過建設完善虛擬仿真實驗教學中心的必要性展開，論述在當前時代背景下建設虛擬仿真實驗教學中心所面臨的問題，并就這些問題提出具有操作價值的解決方案，希望能為虛擬仿真技術和互聯網技術在當前時代背景下與高校教育的融合，提供指導意見。

[關鍵詞] 信息化改革;高校教育;虛擬仿真技術;實驗教學

[基金項目] 2020年度石河子大學教育教學改革項目“新農科背景下虛擬仿真實驗教學實踐與評價研究”（2020JG012）;2019年度石河子大學教育教學改革重點項目“新農科背景下智慧農業新思維提升農科人才培養質量的模式研究與實踐”（2019JG003）

[作者簡介] 張 澤（1983—），男，河北保定人，博士，石河子大學農學院農學系主任，副教授，主要從事農業信息化研究;呂 新（1964—），男，河北保定人，博士，石河子大學農學院農學系教授，主要從事農業信息化研究;侯彤瑜（1988—），男，山西介休人，博士，石河子大學農學院講師，主要從事農業信息化研究。

[中圖分類號] G642.423? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）15-0080-04? ? [收稿日期] 2021-01-26

一、引言

目前我國的教學面臨著信息化、智能化、現代化的改革挑戰，虛擬仿真實驗教學中心的概念于此時出現，在提高高校教學能力，培養學生的專業知識素養，促進學生全面綜合發展等方面，有著十分重大的意義。為了提高國家整體教育水平，幫助實驗課程更好地發揮其作用，建設完善虛擬仿真實驗教學中心工作迫在眉睫。

二、關于虛擬仿真實驗教學中心建設的要求

信息化教育改革推動著虛擬仿真實驗教學中心建設的穩步發展，雖然我國虛擬仿真技術應用于高校實驗教學的工作仍處于摸索階段，但是虛擬仿真技術在各行各業的應用得到了社會的廣泛認可，目前國家對高校虛擬仿真實驗教學中心建設主要有如下要求：（1）能夠順利整合各類實驗教學資源，通過建設工作的推進為實驗教學建成學科優勢，實現高校實驗教學模式改革。虛擬仿真實驗教學中心不僅能夠滿足相關實驗的具體教學目標，使學生在學習過程中學會各項基本操作步驟，而且能夠提高人才培養質量，讓學生在虛擬仿真實驗學習中體會到學習的樂趣，提高學生的動手能力和實踐意識，為學生形成不斷學習、不斷進步的理念助力。（2）能夠引導信息化技術在行業的規范應用。虛擬仿真實驗教學中心的建設是為了響應時代的需求，因此其工作要以滿足時代的要求為主要動力和方向。

三、促進虛擬仿真實驗教學中心建設的作用

在高等教育領域，虛擬仿真實驗教學中心的建設成為信息化教育應用的重要表現之一。對于高等教育本身而言，虛擬仿真技術與實驗教學的結合是其教學內容現代化改革的重要途徑，教學無法實現信息化，教育就無法實現智能化。虛擬仿真實驗教學中心的建成是信息化教育的重要實踐，對于提高教育質量、促進教學模式改革有較為顯著的參考價值[1]。對于社會發展而言，素質教育提出讓學生個性化、全面化發展，要求提高學生在學習過程中的主觀能動性，幫助學生培養創新意識和時代思維的概念，其主要目的是為了適應社會的需要。當今社會不僅要求學生有足夠的知識儲備和學習基礎，更要求學生有適應時代的思維和卓越的創新精神。高校教育作為學生接觸社會前的最后一道教育，應該格外注重對學生綜合素養和實驗實踐能力的培養，以實現學生從學校到社會的順利過渡，幫助學生能夠更好地利用所學習的文化知識為社會經濟體系創造經濟收益，滿足國家現代化建設的需求。虛擬仿真實驗教學中心的建成可以幫助學生更好地適應時代發展趨勢，培養學生的大局觀和時代思維，促進學生形成良好的動手能力和實踐能力，為學生的未來發展保駕護航。除此之外，虛擬仿真實驗教學中心利用3D模擬仿真技術、多媒體信息技術、互聯網技術等高科技技術實現將學生代入真實實驗操作環境中的目的。在傳統實驗教學過程中，教師可能會遇到無法為學生提供實驗操作平臺的問題，特別是對于一些工程類實驗而言，實際現場危險性較高、環境比較極端，如果帶領學生進入實際操作環境可能會導致學生安全無法得到保障、實驗教學成本過高、實驗無法反復操作、實驗結果不可逆等情況，且一些錯誤操作可能帶來的后果因為客觀原因同樣無法為學生演示，實驗教學因此遭遇瓶頸，而如果不帶領學生進入實際操作環境，學生的實驗操作能力和專業素養又無法得到保障。應用虛擬仿真實驗教學中心建設能夠很好地解決這一問題，在虛擬仿真環境開展實驗，一方面能夠讓學生身臨其境地學習操作步驟，另一方面可以讓實驗教學過程更加經濟、高效。

四、虛擬仿真實驗教學中心建設面臨的困境

（一）配套資源不充足

虛擬仿真實驗教學中心建設工作已經進行了一段時間，并取得了一定的科技成果，其相關理念的應用為不少高校帶來了實驗教學的創新思路。但看似擁有一片廣闊的發展前景，配置資源不充足的問題卻依然阻礙著實際工作進程。在師資力量方面，因為虛擬仿真實驗教學的概念是在近幾年才被提出的，不少教師對相關軟件的應用并不熟練，部分教師存在無法將實際操作與軟件操作結合的問題，導致虛擬仿真實驗教學無法大范圍開展。虛擬仿真實驗教學中心的建成需要充足的師資力量，且因為相應技術的不斷完善，教學過程也在不斷優化，這要求進行虛擬仿真實驗教學的教師擁有優秀的學習能力，目前我國對于這類教師的儲備不夠充分。同時，虛擬仿真實驗教學中心的建設需要大量的教學教師和設備、軟件維護人員，高校對人才的儲備不足是虛擬仿真實驗中心建設存在困難的主要源頭之一。在器材設備方面，要實現虛擬仿真技術與實驗教學的全面融合，需要不同的設備、軟件以適應不同實驗的需求，目前因為資金和技術的問題，很難有高校能夠全面建設虛擬仿真實驗教學中心。在配套教材方面，我國對于虛擬仿真技術應用于實驗教學的理論研究并不充分，許多模擬仿真軟件來自企業，缺乏配套的使用教學教材，在實際教學過程中教師只能自行學習后制作相應的操作指導材料，供學生學習使用。這類指導材料未經研究檢驗，不能保障其準確性，學生學習過程可能會受到錯誤觀念的引導，影響虛擬仿真實驗教學的具體效果[2]。

（二）存在錯誤觀念

有些人認為原有的實驗室設備能夠滿足高校學生的實驗教學工作，虛擬仿真實驗教學模式理論研究不足、技術應用存在漏洞，目前并不適合運用于高校教學中。在這樣的錯誤觀念影響下，不少教師產生不愿意為學生進行虛擬仿真實驗教學的思想，限制虛擬仿真實驗教學方式的推廣和傳播，導致高校這項建設工作遭遇瓶頸。

（三）缺乏理論依據

虛擬仿真實驗教學中心建設作為新時代發展的重要工作之一，已經得到社會部分教育研究者的重視，因為缺乏國家政策的引導和相應資金的投入，關于建設工作如何順利開展、虛擬仿真實驗教學模式如何改革、虛擬仿真應用教育領域的技術如何創新等問題的研究，依舊缺乏理論依據。一方面研究的限制阻礙了虛擬仿真技術的發展，使得不少實驗難以利用該技術展開研究;另一方面應用模式的思考缺失也導致部分學生對虛擬仿真實驗教學模式認識不足，妨礙高校虛擬仿真實驗教學中心的全面建設。

五、完善虛擬仿真實驗教學中心建設的策略

（一）補充相關教學資源

對于設備設施資源，學校應該充分結合現有實驗室資源和虛擬仿真實驗教學資源，一些能夠利用實驗室資源進行的操作，實驗教師應盡可能利用實驗室完成教學任務，一方面可以更為直觀地讓學生切身感受實驗過程的現象和可能出現的問題;另一方面也可以節省資金，將其運用于更需要進行虛擬仿真實驗教學的工作中，以實現對這類實驗設備設施的購買和升級。在虛擬仿真實驗教學中心建設過程中，學校管理者應該注意到該技術運用于教學中主要是為了解決部分實驗現場危險性高、操作結果不可逆的問題，虛擬仿真技術本身處于發展階段，對于虛擬仿真實驗教學中心的建設不能立足于改變所有實驗的教學模式，一些能夠在實驗室中進行的實驗很難也不需要利用虛擬仿真技術進行改革。學校管理者為建設教學中心只需要關注特殊實驗，充分利用資源完善這類實驗的設備設施，及時更新器材以適應社會最新發展要求，做到秉軸持鈞。對于人才資源，一方面，學校應該更新招聘觀念，為了滿足虛擬仿真實驗教學中心建設的工作需要，在選擇新入職員工時可以在考量綜合素養和教育知識能力的同時，參考其對相關軟件的掌握情況，評價其虛擬仿真實驗教學能力，將這一項的考量結果加入綜合評價中予以擇優錄取。另一方面，高校管理者應同樣注意對教職員工綜合能力的培養，高校教師作為學生走入社會、適應發展、實現人生理想和個人價值的領路人，應該認識到自己在學生成才過程中的重要作用。高校教師對社會的認知、對學習的態度很有可能會影響學生的未來發展，因此學校應該注意要求教師養成不斷發展、終身學習的良好理念，同時適應社會需求，對信息化技術與教育領域的研究貢獻實踐力量。

（二）更新教學思想觀念

對于虛擬仿真實驗教學中心建設工作而言，實現技術應用于教學改革的工作難點在于讓教師和學校及時認識到推行理論的重要性，傳統教學模式經歷了數十年、數百年乃至數千年的發展傳承，教育者已經形成了教學習慣，要想改變其教學觀念、適應信息化的需求、在工作過程中學習和推廣虛擬仿真技術并不容易，因而消除教師在教學過程中的不良觀念，鼓勵學校進行虛擬仿真實驗教學中心建設不可操之過急，應該充分理解學校與教師在工作過程中存在的保守心態，利用相應措施慢慢引導學校與教師加入建設工作中。同時，部分高校在建設虛擬仿真實驗教學中心的過程中試圖一蹴而就，這樣的思想同樣是略有偏頗的，目前我國相關技術和理論仍在研究階段，很多未經檢驗的應用操作成果如果貿然引進可能會影響學校的正常發展，對于建設工作態度積極，對教育改革過程認真響應是好事，可是過于急躁、冒進莽撞會影響虛擬仿真實驗教學中心建設的順利進行，最終適得其反[3]。對此，國家和社會應該注意規范高校建設理念，鼓勵其著眼于現在，制定前期、中期、末期的教學中心建設可行性規劃，在建設工作中以遵守發展規劃、適應科技發展為原則，實現虛擬仿真技術和實驗教學的順利結合。

（三）建立知識共享平臺

虛擬仿真實驗教學中心建設需要立足于平臺，沒有平臺的虛擬仿真實驗教學無法滿足正常實驗教學的需要，對于知識共享平臺的建立，需要學校和社會兩方面努力。對于社會而言，應該鼓勵與實驗操作相關的企業積極貢獻自己的技術應用軟件，很多企業尤其是工程管理類、工業生產類企業為了實現自身的發展需要，完成車間、工廠、技術研究過程的現代化管理，引進多種先進應用軟件用于技術研發和操作管控，這些軟件中有許多虛擬仿真應用軟件。高校實驗的目的是為了實現學生由在校生向社會人的轉變，培養學生的操作能力、動手能力和學習能力，學校積極應用企業已經投入生產的軟件，能夠更好地實現實驗教學目的。通過實驗教學，學生能夠順利在工作中掌握實際生產所需要的技術，學生的實驗過程由此更具實際意義。同時，高校師生擁有較強的理論知識能力和研究能力，企業積極貢獻已經投入生產的虛擬仿真軟件供高校教學使用，高校教師或學生在使用過程中產生的實際問題和解決方案對于完善軟件與生產過程具有重要作用。對于社會而言，建立共享平臺是一個互惠互利的過程。對于學校而言，應該注意購買和引進較為成熟的知識平臺體系，可以與其他優秀高校交流溝通，共同引入統一軟件體系，建設交流平臺，由各個學校統一管理使用和維護，這樣能夠節約虛擬仿真實驗教學中心建設所需的資源，降低建設成本。在共享過程中，教師進行虛擬仿真實驗教學過程中產生的問題能被快速解決，有利于體系的傳播和推廣。

（四）發揮政策引導作用

虛擬仿真實驗教學中心的建設對于為國家培養全面、特殊人才有積極作用，實現建設過程的快速發展離不開國家政策的宏觀調控。一方面，國家具體政策的提出能夠規范建設工作的進行過程，避免虛擬仿真技術應用于教育領域時不道德、違法行為的發生;另一方面，政策也是引導虛擬仿真實驗教學中心建設的最佳途徑，為了促進虛擬仿真技術融入高校教學，國家應強化資金投入和監管制度，對于一些條件艱苦的高校給予一定的政策支持，幫助其儲備充足的師資力量和設備資源，同時國家可以加大資金投入，鼓勵研究部門和各大高校就如何建設虛擬仿真實驗教學中心展開研究，積極籌備、制作、完善能運用于實際生產或者教學過程的虛擬仿真操作軟件，為虛擬仿真實驗教學中心的建設提供物質基礎和參考依據。高校也應該積極響應國家政策的號召，制定相應規章制度，鼓勵教師、學生就本校建設工作展開研究和實踐。比如高校可為開設的虛擬仿真實驗課程設置特殊的評價方式，鼓勵參與實驗教學的學生用匿名的方式對相應課程進行評價，設置獎懲機制，在虛擬仿真實驗教學過程中取得優秀成果的教師給予獎勵，幫助教學過程不夠完善的教師及時反思，為提高虛擬仿真實驗教學水平努力。

（五）引進先進經驗成果

我國虛擬仿真實驗中心建設雖然擁有開闊的前景，但是技術應用、理論研究、實踐方法、傳播方式等領域的問題常常出現，為了解決上述問題，建設高效、現代、智能的虛擬仿真實驗教學中心，需要引進國外或者借鑒優秀建設高校的先進經驗和科技成果。在引進和借鑒的過程中應該注意兩個方面：一是應當注意引進效果較為顯著的優秀經驗成果，在國外對虛擬仿真實驗教學應用的研究過程中，存在一些不能適應生產、教學發展需求的產品，在引進過程中應該注意所引進設備、軟件等產品的可用性，避免投入的浪費。二是應該注意對所引進設備、理論根據本土特點進行改變，針對不同學校、社會背景、教育需求和學生特點采取不同的教學方式。虛擬仿真實驗建設更應該注意適應國家、學校的特殊需求，不然將很難發揮教學模式改革和成果引入的特殊作用。

六、結語

我國關于建設虛擬仿真實驗教學中心的工作已經全面開啟，教育工作者應該充分認識到這次改革的意義在于促進高校學生的全面發展，引導信息化教育的改革過程，強化實驗教學的示范和引導作用。虛擬仿真實驗教學中心建設工作的最終受益人是學生，學生是社會未來的希望，現代化建設的棟梁之材，因而虛擬仿真實驗教學中心建設工作應該得到更廣泛的關注和支持。

參考文獻

[1]蘇冠元，韓曉敏，康博強.虛擬仿真實驗教學在實驗教學示范中心的應用[J].現代信息科技，2020，4（13）：194-195+198.

[2]歐陽普勇.虛擬仿真實驗中心教學改革研究與實踐[J].現代鹽化工，2020，47（6）：133-135.

[3]馮文果.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J].信息與電腦（理論版），2020，32（16）：252-254.

Discussion on the Construction of Virtual Simulation Experiment Teaching Center

ZHANG Ze， Lü Xin， HOU Tong-yu， WANG Hai-jiang， WANG Jiang-li

（College of Agriculture， Shihezi University， Shihezi， Xinjiang 832003， China）

Abstract： With the continuous development of science and technology， the advent of the information age provides new ideas for school education. How to promote the development of education informatization and intelligence， and promote the application of virtual simulation technology in experiment teaching in colleges and universities has become an important research topic for social progress. This paper discusses the necessity of building and improving the virtual simulation experiment teaching center and the problems faced in the construction of the virtual simulation experiment teaching center under the background of times. This paper puts forward some practical solutions to these problems， hoping to provide guidance for the integration of virtual simulation technology and Internet technology with college education.

Key words： informatization reform; higher education; virtual simulation technology; experiment teaching