高校虛擬仿真實驗教學的思考

亞春林

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?虛擬仿真實驗教學是高校實現實驗教學深化改革和教育教學信息化的重要內容，也是教育部推進教育教學質量建設、打造“金課”的重要組成部分。虛擬仿真實驗教學有利于提高實驗教學效果，激發學生的學習興趣，開發學生的創新潛能，滿足社會對高質量人才的需求。主要從高校虛擬仿真實驗教學的必要性、意義、面臨的問題及建議等方面進行分析，以期對高校虛擬仿真實驗教學提供借鑒。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬仿真;實驗教學;信息化;建議

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號] ?2096-0603（2022）25-0040-03

近年來，我國信息化技術發展迅速，如何將信息化技術運用于高校實驗教學，推進高校教育教學改革，已成為高校實驗教學發展的新方向。高校正在開展的虛擬仿真實驗教學，就是利用現代仿真技術把網絡和多媒體等先進技術融為一體，通過模擬真實的場景，再現和塑造現實社會活動，使學生有良好的學習體驗，從而加深對專業知識的理解和掌握，加強理論與實踐教學的融合，使學生在虛擬中親身體驗，在仿真中深刻感知。因此，在高校中全面開展虛擬仿真實驗教學，是進一步推進我國高等院校教育教學質量變革的重要內容，對高校培養社會急需的應用型人才意義重大。

一、虛擬仿真實驗教學的必要性

（一）實現新學科建設的必然選擇

虛擬仿真教學手段把虛擬技術和仿真技術進行有效的融合，然后把該技術服務于實驗教學，各學科運用該技術為實驗教學提供綜合性仿真演練，從而進一步促進學科融合，實現了教學資源的共享，有效地促進學科建設。

（二）助力實驗教學改革的必然要求

借助虛擬仿真技術，為實驗教學情景設計、展示和教學實施提供了全新的平臺，推動實驗教育教學改革，創新人才培養方式。

（三）落實立德樹人的重要途徑

虛擬仿真實驗教學對傳統實驗教學進行轉型升級，加強了教育的多元化支撐，學生通過虛擬仿真實驗建立自主探究的學習精神，添加人文情懷和思政元素，培養具有社會責任感、歷史使命感的人才，落實立德樹人的理念。

（四）推進實驗教學信息化的必然趨勢

將虛擬仿真技術運用于實驗教學，既能夠解決實驗教學的困難，又能拓展實踐領域，提高實驗技術的含金量，是實現實驗教學信息化發展的必然趨勢。

（五）提升學生開拓創新能力的重要渠道

學生能力的提升依賴良好的教學平臺，虛擬仿真實驗教學平臺不僅為學生傳授理論知識，還可以把理論知識應用到仿真訓練中，通過創設業務崗位和管理流程，規范操作方法和體驗運作場景，提高學生的業務感知能力和創新能力。

二、虛擬仿真實驗教學的意義

（一）對傳統實驗教學的拓延

虛擬仿真實驗教學憑借其操作性、交互性較強的特點，進一步拓展了教學空間，彌補了線下教學的不足，更加彰顯了實驗教學的重要性，拓展、延伸了傳統實驗教學的方法。

（二）強化師生職業技能

虛擬仿真教學可以進一步加強專業建設，可開展師資培訓、學科研討、學科共建等活動，進而提高教師的業務能力和學生的實訓技能，開闊師生視野。

（三）豐富實驗教學手段和方法

傳統的實驗教學方法單一且靈活性較差，演示性實驗和驗證性實驗居多，預期實驗效果不明顯。由于互聯網技術的大量使用，在虛擬仿真實驗教學中，可借助該技術以翻轉課堂的形式進行反復演練，讓學生更好地學習和融會貫通，運用更多的實驗教學手段和方法引導學生開展創新型實驗和探索型實驗的研究。

（四）提高實驗教學資源效率，節約投資

虛擬仿真實驗教學借助云平臺及虛擬化的仿真技術，打破了傳統以實驗室作為單元的實驗邊界，通過動態調整和按需分配，充分盤活存量的實驗教學資源，擴充了實驗教學空間，建立高效、節能的實驗室，避免重復投資，節約有限的資金。

（五）深化教育創新，促進校企合作

為全面深化高校教學創新和實驗教育教學改革，虛擬仿真中開展與相關企業的深度合作，發揮企業實務優勢，提高學生的業務技能，既利于打造校企合作的長效機制，不斷拓寬合作領域，又使雙方能夠實現優勢互補、合作雙贏。

三、虛擬仿真實驗教學面臨的問題

（一）實驗教學創新意識不強

受傳統應試教育的影響，學生的學習過程從一開始就是被動接受知識，缺乏自我學習能力，容易形成思維定式，導致創新意識不強。

（二）實驗教學應用理念滯后

虛擬仿真技術是通過計算機軟件模擬出真實的工作和學習場境，在視覺、感官等方面與真實環境相一致，學生在實驗學習中有身臨其境的感受，沉浸其中，提高想象力和創造力。但在實際的實驗教學中，教師對虛擬仿真這項新的技術和方法認識不足，認為與以往實驗教學一樣僅僅是一些簡單的軟件操作，導致教學理念相對滯后。

（三）實驗教學平臺建設不足

虛擬仿真實驗教學在實際應用中較傳統實驗教學具有更好的延展性，對傳統實驗教學具有補充、延伸和提升的作用。同時虛擬仿真實驗教學的實施，需要改善原有的實驗教學環境，增加相應的配套設施，提升原有的教學條件，更好地創造適合虛擬仿真實驗教學的學習環境，培養學生具有再思考、再創造的發散性思維。但部分高校在虛擬仿真實驗教學的環境建設、硬件設施及資金投入等方面由于經費不足或是認識上不夠等，致使虛擬仿真實驗教學平臺建設不足。

（四）實驗教學優質資源缺乏

高校學科建設的良性發展需理論研究和社會實踐相結合，教育部產學研協同育人項目的推廣和建設，有利于加強校企合作，把企業優質資源引入教學中，提高實驗教學效果，做到資源共享。但是高校學科門類眾多，軟件研發企業在典型實例、數據積累和軟件集成等方面不健全，加上高校虛擬仿真實驗教學沒有形成一套完整的教學體系，在目標建設、經費保障、院系共享等諸多方面存在不足，最終導致教學資源缺乏，不能很好地滿足實驗教學的需要。

（五）實驗教學線下模式單一

傳統實驗教學的模式改變是虛擬仿真創新應用的前提條件，僅依靠實驗室，通過教師的指導完成實驗的模式越來越凸顯出其局限性，體驗性、沉浸性、生動性和靈活性的虛擬仿教學模式不能很好地得到體現。在虛擬仿真環境下，通過遠程終端、線上教學等方式打破局域界限，拓展了實驗教學空間，為實驗教學甚至特殊時期的網課提供了便利。轉變過去傳統的教學模式，實現以教師為主體向以學生為中心的轉變，實現以線下實驗為中心向線上線下相結合的教學模式轉變，改變單一的教學方法，發揮虛擬仿真實驗教學的優勢，提高實驗教學的效率。

（六）實驗教學師資人員短缺

虛擬仿真實驗教學平臺把眾多的信息技術如人工智能、大數據和網絡技術等融為一體，教師只有掌握這些先進的技術，才能更好地滿足虛擬仿真實驗教學的需要。實驗操作中無論是實驗教學還是設備的運行與管理，都需要有專業的技術團隊，但在實際應用中，虛擬仿真實驗教學專業師資力量缺乏，設備管理人員嚴重短缺，難以滿足教學需要和教學目標的實現，在一定程度上影響了虛擬仿真實驗的教學效果。

（七）實驗教學制度建設不完善

完善的實驗制度建設是實驗教學效果的有力保障，隨著高校虛擬仿真實驗教學模式的引進和實驗設備的更新，需要重新進行實驗教學制度的設計，建立教學評價、資源開發、平臺建設、工作量計算等的制度體系，以保證虛擬仿真實驗教學的開展和創新。

四、加強虛擬仿真實驗教學的建議

（一）強化虛擬仿真實驗教學理念

虛擬仿真實驗教學與傳統實驗教學相比優勢明顯，更加適應現代社會對應用型人才的需求，也是提高實驗教學質量的主要手段之一。高校應充分認識虛擬仿真實驗教學的重要性，強化實驗教學理念，由教學實驗中心設計實驗教學方案，協同教學主管部門制訂虛擬仿真實驗教學的建設目標，保障和推進虛擬仿真實驗教學的實施。

（二）培養虛擬仿真實驗教學“雙師型”隊伍

虛擬仿真實驗教學需要一支專業基礎扎實、教學經驗豐富和熟悉系統操作的教師隊伍和技術骨干，師資人員不僅需要具備探索進取精神，還要具有創新意識。因此，在師資隊伍建設中，應積極引進掌握信息技術的人才充實師資隊伍，并鼓勵現有教師外出培訓學習和參加各種形式的虛擬仿真教學研討會，推動產學研合作機制，安排業務骨干去企業調研、學習和歷練，積累實踐經驗，培養“雙師型”教師人才隊伍。

（三）加強虛擬仿真實驗教學資源建設

隨著科學技術的發展，社會對人才的需求出現多元化發展趨勢，高校應充分了解市場對人才的需求，建立以人才培養目標為導向的實驗課程體系建設，根據學科、專業特點設計符合教學目標的實驗內容，加強專業知識指導與交流，將理論知識與實際相結合，提高學生的綜合能力。為豐富虛擬仿真實驗教學資源庫，滿足實驗教學的需要，高校應借助企業數據資源和軟件研發優勢，進一步促進校企合作，同時，利用現有教學資源，積極鼓勵教學科研團隊加大對虛擬仿真實驗的研發力度，開發一批優勢明顯、特色突出、實用性較強的虛擬仿真實驗教學資源，使虛擬仿真實驗教學具備擴展性和兼容性，與社會需求同步，加強與社會的對接。

（四）完善虛擬仿真實驗教學配套制度

制度建設是虛擬仿真實驗教學可持續發展的重要保障，高校應結合虛擬仿真實驗教學特點，制定相應的配套制度，如建立虛擬仿真教學的工作量認定機制、考評機制、反饋機制，只有完善的配套制度，才能保證實驗教學的順利開展。

（五）推進虛擬仿真實驗教學多層次云平臺建設

虛擬仿真實驗教學的實施需要必要的硬件設施和物理環境，對教學場景有嚴格的要求，所以良好的教學云平臺建設，是開展虛擬仿真實驗教學的根本。

一方面高校應積極爭取資金規劃和建設校級、省級，甚至國家級虛擬仿真實驗教學云平臺，加大對平臺基礎設施建設的支持力度，為虛擬仿真實驗教學的順利開展形成強有力的支撐;另一方面要合理進行云平臺的架構設計，構建準備、分析、應用、數據挖掘和數學建模等的多層次多模塊的虛擬仿真教學平臺，平臺要具備對各類實驗教學資源統一虛擬化管理的能力，實現平臺對資源的動態調整和管理。

（六）拓展虛擬仿真實驗平臺教學功能

一方面可以增加創新創業的“雙創”教學平臺功能。高校大學生“雙創”能力的培養是教學中非常重要的一項內容，充分拓展虛擬仿真實驗教學平臺的功能，引入培養創新創業能力的實驗，進一步擴大平臺功能，拓展訓練內容，讓學生在高度仿真訓練環境中體驗商業經營管理，訓練創業識別意識，通過平臺建設商業計劃書，對創業融資進行過程模擬，實驗訓練中學生可以不斷總結成功經驗，進而全方位掌握“雙創”的相關知識。虛擬仿真實驗教學平臺“雙創”功能的拓展，能夠使學生更好地掌握企業經營管理中的實戰經驗和技能，培養學生的擇業、就業與創業能力。

另一方面虛擬仿真實驗教學平臺可以培養學生的創新意識，進而提高學生的科研能力。虛擬仿真平臺利用其技術和資源優勢，為參加“雙創”訓練的學生提供了更大的空間和更多的資源，借助仿真平臺模擬和訓練，培育優秀的“雙創”項目，選拔并展示“雙創”成果，進而激發學生“雙創”的熱情，增強學生創新意識的訓練和培養，以仿真平臺為依托，加強學科和專業的交流，著力培育交叉學科成果的融合，推動科技成果轉化。

五、結語

隨著信息科學技術的發展和現代社會對人才需求的提高，把互聯網、大數據和人工智能等先進技術融入實驗教學中，進一步推動虛擬仿真實驗教學項目的建設，為社會培養更多具有扎實理論功底和熟練操作技能的人才，是高校實驗教學改革的重要內容，也是教育部推進教學質量建設、打造“金課”的重要組成部分。高校應加強虛擬仿真教學資源建設，挖掘潛能，為社會培養德才兼備、知識扎實、技能高超的復合型人才。

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編輯 栗國花