虛擬仿真實驗教學中心和項目的建設與發展

韓永光 牛樂 樊香 常薇 祿保平

摘 ?要 ?以科技為載體，將現代信息技術融入實驗教學項目，建設高質量的虛擬仿真實驗中心和項目，拓展實驗教學的深度和廣度，讓學生在實踐中親身體驗科技發展、科學技術帶來的便捷，領略現代科技發展現狀，激發學生的探索興趣。從虛擬仿真的重要作用、建設過程、建設目標及可能達到的預期效果等方面進行探討，以期對虛擬仿真的建設和應用提供一定的借鑒作用。

關鍵詞 ?信息技術；虛擬仿真；實驗教學

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）04-0008-04

Construction and Development of Virtual Simu-

lation Experiment Teaching Center and Project//

HAN Yongguang1， NIU Le1， FAN Xiang1， CHANG Wei1， LU Baoping2

Abstract ?Taking science and technology as the carrier，

we integrate modern information technology into experimental teaching projects， and build high-quality virtual simulation experiment centers and projects， and expand the depth and breadth of experi-

mental teaching， which let students enjoy the deve-

lopment of science and technology and the conve-nience brought by science and technology in prac-tice， appreciate the current situation of modern science and technology development， and stimulate students interest in exploration. This paper dis-cusses the important role， construction process， construction objectives and possible expected effects of virtual simulation， in order to provide some references for the construction and application of virtual simulation.

Key words ?information technology; virtual simulation;

experimental teaching

Authors address

1 ?Henan University of Chinese Medicine， Zhengzhou，

China， 450006

2 ?Academic Affairs office， Henan University of Chinese

Medicine， Zhengzhou， China， 450006

0 ?引言

根據《教育部辦公廳關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》的要求，在高校實驗教學改革和教育信息化建設的基礎上，不斷推進和完善開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作，通過信息技術和高等教育的深度融合，為更好地開展實驗教學及培養高質量的學生提供了更好的平臺，進一步拓展了高等教育的外延。利用信息技術的優越性改變傳統教育模式，打破實驗教學的時空及條件限制，豐富實驗教學手段，拉近師生距離，增進雙方的溝通交流，使學生根據需求隨時隨地通過網絡教學的方式學習，進一步擴大實驗教學的輻射范圍，提高實驗教學的效率[1-3]。

實驗教學是提升學生培養質量的重要過程，是人才培養非常重要的組成部分，是提高學生實踐動手能力和創新能力的重要方式，也是培養高素質、高層次人才的關鍵。虛擬仿真實驗教學項目的建立打破了傳統實驗教學模式下的各種約束，具有交互性、沉浸性、時代性和娛樂性四大應用特點。虛擬仿真技術通過創設、模仿真實的生活場景，突破現實生活中時間、空間領域的局限，以寓教于樂的方式，全面激發學生的學習興趣，一改過去學生對于學習的厭倦和焦慮心態，從而回歸教育的本質[4-5]。

利用先進的信息化手段和技術，重點建設具有學校專業特色的，虛擬仿真實驗項目，構建完善的虛擬仿真實驗教學課程群；錄制基礎的實驗操作在線課程，構建實體與虛擬相結合、基礎與臨床相結合、教學與科研相結合“三結合”模式的虛擬仿真實驗課程體系；利用科研大數據和研究成果反哺教學，為實體綜合性設計實驗提供有益補充，為學生開展科研探索提供虛擬平臺[6]。

虛擬仿真實驗教學中心依托實驗平臺對虛擬仿真實驗項目進行管理運行，中心秉承開放、共享、高效的原則，加強資源的有序整合和有效對接，實現平臺資源統一認證、檢索、教師指導、在線學習、在線操作、在線測試、成績反饋、意見建議等，實現虛擬仿真實驗教學資源最大化利用，切實做好以“虛實結合、以虛補實”為原則的虛擬仿真實驗教學工作[7]。

本文以期通過實際建設、使用和管理中的經驗，為更好地推廣應用虛擬仿真實驗教學構建虛擬仿真實驗教學體系，提供有益借鑒。

1 ?虛擬仿真實驗教學中心和項目在實驗教

學中的重要作用

1.1 ?有效促進實驗教育的深度發展

虛擬仿真實驗教學有效促進了實驗教育的深度發展，可以通過模擬微觀精密、宏觀復雜或高危環境等在實體實驗過程中不能進行的場景，學生通過信息技術手段構建的三維場景先學習理論知識，基本概念、理論及技術，后進行仿真實驗過程操作，進一步理解和掌握基本知識，還可以避免由真實實驗環境帶來的潛在的人身危險和資源浪費。充分發揮虛擬仿真實驗教學項目在教學過程中“以虛補實、以虛促實、虛實結合” 的重要作用，進一步拓寬實驗教學的深度和廣度[8]。

1.2 ?提高學生的學習興趣和主觀能動性

虛擬仿真實驗教學項目集成了多媒體技術、網絡技術、數據庫技術、計算機技術，搭建非常逼真的虛擬化環境，并借助特殊顯示器為人們提供更加真實的視覺效果與聽覺效果，具備沉浸性、交互性、高感知性，在提高教學質量、教學效率等方面發揮著至關重要的作用。將虛擬現實技術應用到教學工作中讓學習知識的過程變得更加具有吸引力，極大地提高了學生的學習興趣和主觀能動性[9]。

1.3 ?最大限度地發揮學校的實踐教學效率

虛擬仿真實驗教學是現代技術發展到一定時期的必然結果，充分體現了信息技術和實驗教學結合的優越性，也是未來實驗教學的大勢所趨。虛擬仿真實驗教學能最大限度地開展實驗教學項目，更合理地安排實驗教學課程，有助于提升學生掌握專業技能的能力，充分利用課內外時間開展實驗教學，最大限度地發揮學校的實踐教學效率[9-10]。

1.4 ?更有利于分析實驗教學的難重點

利用虛擬仿真實驗教學項目可方便地收集實驗報告和數據結果，也更方便評定學生成績，更為重要的是可以更高效地分析學生對實驗教學的重難點的掌握情況，不僅對以后的實驗教學過程更有針對性，而且可以為以后的實驗教學改革提供可靠的數據和資料[11]。

2 ?虛擬仿真實驗項目和中心建設過程

2.1 ?加強頂層設計、科學合理布局

進一步理順運行機制，制定符合學校實際需求和建設目標的實驗教學信息化制度，構建獨具特色的“實體—虛擬—臨床”虛擬仿真實驗教學體系，結合中醫、中藥等學校特色優勢，統籌做好虛擬仿真實驗教學中心、平臺及一流課程建設的整體規劃和科學布局[12]。

2.2 ?突出制度導向、強化組織保障

圍繞領導職責、激勵機制、約束機制和運行保障等方面，建立相應的激勵實驗教師選用、聘任、培訓、考評和流動的制度和機制，鼓勵實驗教師依托信息技術投入實驗教學和教學改革，促進虛擬仿真實驗教學中心、平臺和課程資源應用的高效運轉。學校每年持續投入經費用于虛擬仿真實驗教學項目建設，對被評為省級及以上虛擬仿真實驗教學項目的團隊給予一定獎勵，在職稱評定、年底考核等方面給予傾斜，同時撥付一定的后期建設經費進一步改進和完善教學資源[13]。

2.3 ?完善平臺資源建設、推進全面高效共享

與相關企業和高校合作建設功能完備、高效共享的虛擬仿真實驗教學平臺，推動虛擬仿真實驗教學改革和全面的資源開放共享，形成開放共贏的示范引領效應。圍繞中醫、中藥等特色優勢學科結合實驗室現有條件、課程實際與實驗教學大綱，按照“以虛補實、以虛促實、虛實結合”的基本原則，建設一批虛擬仿真實驗教學金課，實現信息技術與實驗教學深度融合。完善現有的資源建設，引入評價機制，實驗應用過程可查可控可追溯，應用效果納入學業過程考核，適當提高比重，引導學生主動參與到虛擬仿真實驗訓練中，提高虛擬仿真項目的利用率[14]。

2.4 ?線上線下互補協同、推進實驗教學模式改革

雖然虛擬仿真實驗項目具有獨特的優勢，但仍不能完全替代實體實驗項目，虛擬仿真實驗教學也不能替代傳統的實驗教學，只有將兩者充分結合起來，才能互為補充，發揮各自的優勢，完成虛擬與實體的有機整合。依托現有虛擬仿真實驗教學中心、虛擬仿真實驗平臺和虛擬仿真實驗資源，構建線上線下相結合的實驗教學新模式。

3 ?虛擬仿真實驗項目和中心的建設目標

3.1 ?建立“開放共享+閉環反饋”的虛擬仿真實驗教學運行機制

緊扣教育部相關文件精神，通過完善虛擬仿真實驗教學平臺功能，整合各虛擬仿真實驗教學中心虛擬仿真項目，統一身份認證，數據接口對接，實現課程資源開放共享，發揮虛擬仿真實驗教學項目在教學過程中“以虛補實、以虛促實”的重要作用；虛擬仿真實驗教學平臺與虛擬仿真實驗項目底層數據對接，實現使用過程的信息抓取和數據分析，建立“學生—教師—項目”多元閉合反饋機制，實現對學生的學習情況和學習效果的監控，促進教師教學策略調整和虛擬仿真實驗教學項目進一步改進，優化了虛擬仿真實驗教學運行機制[15]。

3.2 ?構建“在線開放課+虛擬仿真實驗項目”的實驗課程新體系

通過實驗操作方面在線開放課的錄制建設，與虛擬仿真實驗項目形成優勢互補，在線開放課以實物的形式直觀展現，增強學生對實體的感知，彌補虛擬仿真實驗教學項目在實體呈現和具體操作細節方面的不足，使學生在熟悉虛擬環境下實驗步驟、操作細節等基礎上，跳出虛擬空間，進一步增強學生對實體實驗的認知和理解，有助于學生建立嚴謹的科學態度和正確的價值取向[16]。

3.3 ?重構“線上+線下”互補協同的實驗教學新模式

借鑒學校現有國家虛擬仿真實驗教學項目的建設經驗，圍繞中醫、中藥等特色優勢學科，結合學校實際，重點建設“不能開、開不好、高危險、不可逆”的虛擬仿真實驗教學金課，彌補現有實驗課程體系的不足，構建實體與虛擬相結合、基礎與臨床相結合、教學與科研相結實驗課程體系，使學生線上體驗學習原理和流程，線下操作強化實踐和能力，進一步重構“線上+線下”互補協同實驗教學新模式。

4 ?預期效益

4.1 ?提高成員高校間的虛擬仿真實驗項目的利用率

加強成員高校間的溝通與協調，推動虛擬仿真實驗教學改革和全面的資源開放共享，形成開放共贏的示范引領效應。圍繞中醫、中藥等特色優勢學科結合實驗室現有條件、課程實際與實驗教學大綱，按照“能實不虛、以虛補實、虛實結合”的基本原則，建設一批高質量的虛擬仿真實驗一流課程，實現信息技術與實驗教學深度融合。完善現有的資源建設，引入評價機制，實驗應用過程可查可控可追溯，應用效果納入學業過程考核，適當提高比重，引導學生主動參與到虛擬仿真實驗訓練中，提高虛擬仿真項目的利用率。

4.2 ?線上線下互補協同、推進實驗教學模式改革

虛擬仿真實驗教學中心依托實驗平臺對課程群、虛擬仿真實驗項目進行管理運行，中心秉承開放、共享、高效的原則，加強資源的有序整合和有效對接，實現平臺資源統一認證、檢索、教師指導、在線學習、在線操作、在線測試、成績反饋、意見建議等，實現虛擬仿真實驗教學資源最大化地利用，切實做好以“虛實結合、以虛補實”為原則的虛擬仿真實驗教學工作。學生先進行課前預習，初步掌握基本的知識點和重難點，然后利用課余時間采用虛擬仿真實驗項目對實驗過程進行模擬操作。在實際實驗課程中，按照實際操作步驟進行實驗訓練，可使得虛擬仿真教學和實際教學高度融合，更有利提高實驗教學水平，提高學生的實驗動手能力。

4.3 ?學生學習積極性明顯提高，教學質量顯著提升

一是通過 “線上學習+線下翻轉”的創新型混合式教學模式，培養學生主動學習、主動思考、創新性思維和創造性思維能力；二是通過基本知

識、基本技能、在線習題和測試、互動討論等方式，使過程性評價和考核更具有可操作性；三是充分調動學生參與度和討論問題的積極性，讓學生坐到前排來、把頭抬起來，讓學生樂于學習、樂于思考。采用翻轉課堂、混合式教學等新型教學模式，把沉默單向的課堂變成思想碰撞、啟迪智慧的線上線下互動場所，切實提高課程教學質量。形成“線上學習+線下翻轉”的創新型混合式教學模式，使學生綜合能力顯著提高，教學效果顯著增強。

5 ?結束語

虛擬仿真實驗教學方式相對于傳統的實驗教學具有非常明顯的優勢，通過構建高度真實的虛擬實驗教學場景，建設高質量、高水平的虛擬仿真實驗教學項目，并推廣應用，對實驗教學方式方法進行改革和創新，不僅能促進創新實驗教學模式的改革，也有利于進一步完善實驗教學內容，不斷優化實驗教學，提升實驗教學的資源效益，提高人才培養質量，因此，不斷探索虛擬仿真實驗教學項目建設和應用具有非常重要意義。

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