虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展模式探索＊

華康民

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450046）

1 前言

虛擬仿真實驗教學(xué)項目為中國虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容，但從當(dāng)前情況看，在建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)項目的過程中，存在的現(xiàn)狀問題還較多，如缺失原創(chuàng)性、缺失標(biāo)準(zhǔn)、開放共享有所不足、一些項目質(zhì)量有待提高等。所以，若想保障虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)效果，則應(yīng)先解決其中所存在的問題。基于此，本文以虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)現(xiàn)狀分析為出發(fā)點，而后探討了虛擬仿真實驗教學(xué)項目的發(fā)展模式。

2 虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)現(xiàn)狀

2.1 缺失原創(chuàng)性

對于虛擬仿真實驗教學(xué)中心而言，虛擬仿真實驗教學(xué)項目的實際數(shù)量日益增多，但從真實情況來看，不少項目均從市場中直接購置，而未能依靠學(xué)校自身的力量進(jìn)行自主研發(fā)，多數(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)項目也不具備自主知識產(chǎn)權(quán)。上述問題的制約和影響，導(dǎo)致虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)效果并不理想，也直接阻礙虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)腳步，不利于高校的創(chuàng)新性發(fā)展[1]。

2.2 缺失標(biāo)準(zhǔn)

在建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)項目過程中，還缺失相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，其資源所具備的兼容性還相對較差，開發(fā)的困難程度也較大。管理平臺運轉(zhuǎn)流程、系統(tǒng)架構(gòu)以及功能模塊等方面還存在著明顯的差異性，難以做到良好對接，受上述問題的影響，虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)質(zhì)量相對較差。

2.3 開放共享有所不足

受共享機(jī)制缺失完善性、知識產(chǎn)權(quán)歸屬缺失明確性、管理平臺對接方面存在明顯障礙等問題的影響，許多虛擬仿真實驗教學(xué)項目的共享范圍被明顯限制，不具備新的共享途徑，導(dǎo)致項目建設(shè)期間開放共享不足，甚至誘發(fā)更為消極的問題。

2.4 一些項目質(zhì)量待提高

在建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)項目時，雖強調(diào)教學(xué)體系要具備健全性、完整性，卻難以避免一些資源被重復(fù)建設(shè)，并且建設(shè)運用較為低效、項目質(zhì)量不高，最終難以保障項目建設(shè)的質(zhì)量。

3 虛擬仿真實驗教學(xué)項目的發(fā)展模式探索

3.1 以學(xué)生為核心，科學(xué)合理選題

對于高校而言，在建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)項目的過程中，應(yīng)做到以學(xué)生為核心，科學(xué)合理地選題。利用任務(wù)驅(qū)動、問題指引等教學(xué)模式時，在選題方面應(yīng)始終遵循下列原則：①凸顯學(xué)生的主體地位，了解人才培養(yǎng)的迫切需求，切實激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)階段的主動性和熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造意識、創(chuàng)新能力，開展知識講述等相關(guān)工作，不斷提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。②具備可行性。設(shè)計方案應(yīng)具備合理性，知識體系應(yīng)具備完善性，技術(shù)措施應(yīng)具備先進(jìn)性，各項開發(fā)流程內(nèi)容則應(yīng)具備可靠性，這樣才更有利于保障虛擬仿真教學(xué)項目的建設(shè)成效。③具備必要性。根據(jù)社會的迫切需求以及學(xué)科前沿要求，大力支撐不可逆的相應(yīng)操作、極端環(huán)境、消耗及成本均較高或規(guī)模較大的訓(xùn)練等方面的實驗操作。④注重虛實融合。開設(shè)融合于實際的實驗課程、虛擬仿真實驗項目，在實驗場地、教學(xué)方案、課程安排以及師資力量等諸多層面，建立良好的虛實融合的虛擬仿真實驗教學(xué)體系。

3.2 利用優(yōu)勢學(xué)科，研發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源

在中國數(shù)字化工程技術(shù)研究機(jī)構(gòu)的支撐之下，高校能夠自主研發(fā)虛擬仿真實驗教學(xué)項目資源。教學(xué)中心要借助于優(yōu)勢學(xué)科，根據(jù)專業(yè)的主要特征大力改革虛擬仿真實驗教學(xué)的主要方式。在重視建設(shè)基礎(chǔ)虛擬仿真實驗項目的過程中，也應(yīng)重視成果轉(zhuǎn)化，將科研成果積極轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容。在實驗教學(xué)期間應(yīng)引進(jìn)新型的科研技術(shù)以及相應(yīng)方式，這樣才能明顯提升研發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源的水平，與此同時也利于保障實驗教學(xué)工作的質(zhì)量。

在建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)資源的過程中，應(yīng)凸顯出教育特色及教學(xué)之優(yōu)勢，舉例來說，以Z-Space為基礎(chǔ)的虛擬仿真實驗教學(xué)項目，運用數(shù)字化工程技術(shù)研究機(jī)構(gòu)最新的研究成果，開發(fā)研制出了以Z-Space為基礎(chǔ)的虛擬仿真實驗教學(xué)項目。對于學(xué)生來說，借助于此實驗項目可投身至信息化狀態(tài)下的技能訓(xùn)練中，使信息素養(yǎng)及教學(xué)水平等方面獲得系統(tǒng)性進(jìn)步。

再舉例來說，行為及心理虛擬仿真實驗教學(xué)機(jī)構(gòu)基于學(xué)生的行為、心理實驗室、心理健康實驗室等平臺的成果，結(jié)合行為、心理系統(tǒng)、以往實驗過程中的行為觀察系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、行為及心理系統(tǒng)呈現(xiàn)出社會心理學(xué)情境，充分探析學(xué)生在此情境中的行為以及心理方面的變化及反應(yīng)。借助于行為觀察分析系統(tǒng)，對人機(jī)交互活動情況加以分析，進(jìn)而構(gòu)建出虛擬的心理實驗教學(xué)項目。

3.3 保證安全穩(wěn)定，構(gòu)建運作管理平臺

高校借助信息化設(shè)置專項基金，構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)之運作管理平臺，滿足高校中各個學(xué)院和實驗教學(xué)中心運用、構(gòu)建以及管理虛擬仿真實驗教學(xué)項目的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及迫切要求，集中管理多學(xué)科的實驗教學(xué)項目，還應(yīng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有效拓展相關(guān)的教學(xué)實驗。

運作管理平臺應(yīng)基于高校的中心機(jī)房，利用聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)等，確保管理平臺良好運作。管理平臺需具備應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，在信息過濾、查殺病毒以及防范惡意攻擊等諸多層面均具備較高的管理能力。從數(shù)據(jù)安全層面來分析，管理平臺運用了機(jī)密數(shù)據(jù)保障、網(wǎng)絡(luò)傳輸加密等安全屏障，重要的數(shù)據(jù)也運用了加密技術(shù)，而對于關(guān)鍵組件來說，則運用了混淆加密技術(shù)，可保障許可驗證、密碼等重要參數(shù)在傳輸之前、傳輸之后均保持加密格式[2]。利用于源代碼審查這一制度，嚴(yán)格審查關(guān)鍵版本所發(fā)布的各項代碼等，如此則能夠杜絕“私設(shè)后門”情況發(fā)生。

運作管理平臺具備輔助虛擬仿真實驗教學(xué)的相關(guān)功能，如涵蓋實驗準(zhǔn)備、課程管理、教學(xué)安排、實驗庫保障以及結(jié)果評價等方面的管理內(nèi)容，能夠為虛擬仿真實驗教學(xué)項目的比較評價、充分共享、互認(rèn)學(xué)分等方面鋪墊好一定的基礎(chǔ)。為適用于各種場合以及運用終端，運作管理平臺還應(yīng)具備顯著的兼容性，能安裝各種系統(tǒng)，可在智能手機(jī)、電腦以及PC機(jī)上良好運行。而在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，學(xué)生可不受時間、空間或地點的限制，有效地實施虛擬實驗的各項操作。

3.4 注重校企合作，強化技術(shù)支撐

在建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)項目過程中，重視運用新型技術(shù)，運用虛擬現(xiàn)實、三維建模以及人機(jī)交互等良好的技術(shù)手段來構(gòu)建。高校要注重校企之間的良好合作，切實凸顯出高校所具備的學(xué)習(xí)優(yōu)勢、企業(yè)自身所具備的技術(shù)優(yōu)勢，共建實驗教學(xué)項目。

實驗教學(xué)中心還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的特征總體布局實驗教學(xué)資源，嚴(yán)格把控實驗教學(xué)項目的主要內(nèi)容，認(rèn)真撰寫好課程腳本。在此過程中，學(xué)校還在學(xué)術(shù)、專業(yè)方面進(jìn)行有效指導(dǎo)。和高校合作的現(xiàn)代企業(yè)需善于借助現(xiàn)代技術(shù)開展好圖像采集、平臺運作維護(hù)、產(chǎn)品開發(fā)和開放共享等方面的工作。

建設(shè)好實驗教學(xué)項目后，企業(yè)還具備經(jīng)營產(chǎn)品的權(quán)利，高校具備著作權(quán)、免費運用的權(quán)利。舉例來說，生物學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心利用現(xiàn)代企業(yè)在三維建模、虛擬現(xiàn)實等諸多方面所具備的優(yōu)勢，結(jié)合野外實習(xí)期間所產(chǎn)生的教育成果，展現(xiàn)各個細(xì)節(jié)及路線的動植物實景，并且高校善于借助自身所具備的技術(shù)優(yōu)勢，建立虛擬仿真技術(shù)分析研究小組，并針對技能培養(yǎng)的各項要求及需求，強化研究體感交互、三維建模等方面的技術(shù)，開發(fā)地理以及化學(xué)等專業(yè)的實驗教學(xué)項目。

4 總結(jié)

總而言之，通過建設(shè)虛擬仿真實驗教學(xué)項目，促進(jìn)中國高校改革及創(chuàng)新實驗教學(xué)模式，也利于優(yōu)化及完善實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)，總體性提高高校實驗教學(xué)的資源效益。實驗教學(xué)項目和視頻公開課、資源共享課間彼此支撐、互相補充，此實驗教學(xué)項目具備十分廣闊的運用前景，也能夠為其他課程教育平臺的建設(shè)提供根據(jù)和有益經(jīng)驗[3]。因此，探索虛擬仿真實驗教學(xué)項目的發(fā)展模式尤為必要，這樣才更利于凸顯建設(shè)此實驗教學(xué)項目所具備的價值。