尹念东 胡国珍 余 钢

(湖北理工学院，湖北 黄石 435003)

引言

2020年，我国发生了严重的新冠肺炎疫情。为保障广大师生生命健康安全，教育部发布了延期开学的通知，并对高校在线教学组织与管理工作做出部署，以保证“停课不停教，停课不停学”[1-2]。这对高校信息化教学提出了更高的要求——线上教学的整体性、系统性、交互性、可靠性、评价性亟待提高。在这种形势下，加快虚拟学院的建设更加迫切。由于地方高校普遍存在办学历史短、条件弱、师资缺、经费紧的困难，因此加快虚拟学院建设，可以充分利用网络教学资源，促进资源共享和教育公平，既能满足大学生多元化、个性化的需求，又能弥补传统教育的某些不足，更能弥补地方高校教学软硬件方面的不足。

发达国家线上教学平台起步相对较早。20世纪90年代末美国开始筹建虚拟大学，历经二十余年的发展，以加州虚拟大学、凤凰城大学为典型的高等教育网络化体系，为现代社会对高等教育的规模化和多样化需求提供了较好的借鉴[3]。2012年，英国伦敦国王学院、南安普顿大学、伯明翰大学等12所高校联合推出虚拟大学建设工程，以挑战美国高校在这个领域内的长久垄断地位[4]。目前具有代表性的在线教学平台有美英国家世界顶尖大学创建的MOOC平台，可为学习者提供世界级名校的公开课[5]。

近年来，国内线上教学平台发展迅速，传统教育机构如新东方、作业帮等都纷纷转型线上教学，同时以腾讯、阿里为代表的互联网巨头也进入这一领域，搭建自己的在线教育平台和知识平台。高校则主要以清华大学的“学堂在线”为代表[6]。但线上教学平台主要提供部分精品课程的网络教学，功能相对单一，缺乏人才培养、教育规划和教学服务等功能，而具备现代大学职能的虚拟学院的建设方兴未艾，由于虚拟学院在共享先进教育理念，分享教学资源，促进教育改革，以及教学系统性、规范性上具有显著的优势和特点，因而有着广阔的发展空间和应用前景。

湖北理工学院近年开始着手在线教学平台建设，但缺乏系统规划，平台功能和课程资源有限，难以满足线上教育教学需求。这次疫情下的在线教学暴露出一些问题，给教师教学、学生学习造成较大的不便，因此对虚拟学院的建设迫在眉睫。

一、虚拟学院的关键特征

虚拟学院是在现代教育和管理理念的指导下，采用新一代人工智能技术，结合虚拟技术、大数据、区块链等先进信息技术，在互联网络上创办的，具有现实大学特征和功能的跨时空和组织边界的实体(物理)学院的数字映射[7-10]。虚拟学院具备以下“四融合”关键特征，如图1所示。

图1 虚拟学院的“四融合”特征

(一)现代教育理念深度融合

现代教育已进入数字化时代，逐步呈现大规模社会化协同的形态。虚拟学院教育教学场景已经突破时间、空间的限制，融合网络化、智能化、立体化、泛在化等新型课堂特征，体现为将现代信息技术与教育教学理念深度融合。虚拟学院以学生为中心，以培养学生能力为核心理念，结合新时代大学生学习能力和知识接受新特点，通过MOOC、SPOC、PBL、CDIO等方式推动课堂“技术革命”，从而促进教学模式改革，深入推进在线教育教学。

(二)办学空间多元融合

虚拟学院办学空间将是物理空间、社会空间、信息空间三元空间的融合，打破了高等院校的围墙，致力于形成在线教育与校园教育双向融合、双向开发的新生态。人机结合的智能空间是虚拟学院的基础。虚拟学院的教师既可以跨区域、跨组织流转，也可以是虚实融合的、分工精细化的社会化教师。

(三)教学体系多维融合

虚拟学院将线下教学转为线上教学，必然带来以学生为主体的学习革命，虚实融合的课程形态、整合型课程结构、新型课程实施方式、培养学习智慧的学习模式，这些将为学生提供多维度知识获取体系。虚拟学院教育服务的供给方式体现多人协同和人机协同、虚实融合的特征，基于智能技术建立起促进学生个性发展的教育体系。同时，将学生学习中的知识权威，由教师传授知识的权威向多元化权威、无权威转化,学生与教师的地位更加平等。

(四)教学评价信息融合

以互联网背景下的人工智能为主体，结合虚拟现实、大数据、区块链等先进信息技术构筑的评价机制，已成为高等教育教学发展重要的推动力量。先进信息技术的发展为学校与学习者重构了多元评价机制，使得教育教学评价机制从“教师督导模式”逐步转为“人工智能+大数据模式”和“人机结合综合决策模式”。这有利于对教学信息的收集、处理评价、监控实现数字化与智能化，有利于教学的持续改进。

二、虚拟学院的体系构建

虚拟学院的建设，可实现信息技术与教育教学的融合应用；可以创新学校应用型人才培养模式，实现规模化教育与个性化培养的有机结合，建立促进学生个性发展的新型教育体系。虚拟学院不仅仅是简单的将信息技术用于高等教育的在线学习平台或在线教学工具，而是突破传统高等教育模式的时间和地域界限，重构专业教育体系、课程体系、学习体系与质量评价体系的教学组织。

(一)虚拟学院的理论架构

虚拟学院的理论构建主要基于现有实体的基本要素和功能定位，兼顾学院组织的一般特征，其理论框架主要由办学目标定位、组织结构、教学管理、教学实施等组成，如图2所示。

图2 虚拟学院的结构框架

虚拟学院的办学目标定位应与实体学院战略定位、人才培养目标以及社会需求保持高度一致。虚拟学院组织结构根据职能进行功能和权限的划分，同时不同角色(管理者、教师、学生)也具备不同权限和功能。

虚拟学院能在线提供实体学院所能提供的全部教学管理和教学实施功能，从专业设置、培养方案到教学计划下达等，提供学生在线选课、课程学习、质量监督等人才培养的全过程、全周期、全链条教育教学服务。

(二)虚拟学院的功能架构

虚拟学院的管理机构可参照实体学院设置院长1名，副院长1名，工作人员若干名，教学团队若干个。院长负责学院整体规划、教学理念的实施、人才培养方案的制定；副院长分管学院教学工作，负责具体教学方案的制定和实施；工作人员负责下达教学计划、实施教学安排、提供技术支持；教学团队负责课程建设、教学改革研究、教学任务的完成等等工作。

虚拟学院的功能架构体现在两个方面：教育教学空间和在线教育教学功能，如图3所示。

图3 虚拟学院的功能映射

1.虚拟教育教学空间

虚拟学院的教育教学空间主要有虚拟教学办公室、虚拟教室、虚拟图书馆、虚拟实验室、虚拟运动场馆。

虚拟教学办公室：完成日常教学运行和管理，安排和下达教学计划，可对接学校教务管理系统、毕业设计管理系统等现有教学运行系统。虚拟教室：基于在线学习工具的多功能智慧教室，可进行在线选座，虚拟座位和线上IP地址一一对应。虚拟图书馆：对接学校图书馆现有各种中英文数据库电子资源，具备图书查询、借阅的功能。虚拟实验室：对接校内虚拟仿真实验中心，不同实验室对应不同的虚拟仿真项目。虚拟运动场馆：对接体育课程线上运动项目，模拟各种体育运行项目。

2.在线教育教学功能

虚拟学院的在线教育教学功能主要有以下四个方面：

1)教学管理及运行。根据专业人才培养方案实现教学模块制定、课程运行管理、课堂管理、班级管理、教师团队管理等功能，保证教学工作的稳定运行和教学质量的提高。教师根据在线教学、混合式教学的需要，开展课程建设和教学管理，可根据学生考勤、互动、作业情况、考试成绩等综合计算相应的在线学分；学生可完成课前预习、视频观看、在线讨论、答疑、作业、考试等。

2)课程建设及应用。课程建设，特别是线上课程的建设，是虚拟学院的主要任务、存在基础。学院根据国家级、省级“金课”建设要求进行课程建设；教师可依托平台进行在线课程内容建设、课程管理、课程教学、数据统计分析、移动端互动等。加强线上学习空间和课程资源建设，推动教与学深度变革，打造校级线上线下混合式的虚拟仿真“金课”。

3)虚拟仿真实验项目建设及实验开设。实现所有实验教学软件统一接入，为学生提供虚拟仿真实验学习平台；能够整合和部署不同类型的实验教学软件，高效管理实验教学资源，满足校内各教学院(部)建设、发布、管理、使用实验教学资源的需求，并能实现实验教学资源的开放共享。

4)创新教育、个性化学习。依托学校各学科专业优质教学资源及校外资源，构建复合型、创新型人才学习平台。综合考虑社会需求、学校的办学定位、学生的职业规划等因素，合理制订个性化课程体系，通过设置辅修在线学习模块等，为学生跨学科专业学习、第二学位、参与科研和学科竞赛、开展创新创业实践、国际交流等提供支持；让学生有更多学习选择的空间，实现自主性、个性化学习，打造完备的知识体系，以更好地面对职场竞争。

5)数据分析与质量监控。构建以学校为主导，教学院为主体具有适应性与扩展性全过程保证、全方位监控的线上教学质量保障体系；通过大数据分析，实现以教学过程、教学评估为主线，学校、教学院部交互的质量保障闭环系统；同时引入学校评价和第三方评价机构，采取常态监测与周期性认证相结合、定量分析与定性判断相结合的方式，多维度、多视角在线监测评价人才培养质量。

三、对湖北理工学院虚拟学院建设的思考

湖北理工学院虚拟学院建设将深度融合新一代人工智能及信息技术，面向学校应用型人才培养定位，结合教师(主导)学生(主体)的能力提升要求，重塑人才培养目标，重构专业体系，推动学生学习体验的提升，构建开放的现代大学生态体系。以下是我们的一些思考。

(一)虚拟视景重构学习空间

虚拟学院是实体(物理)学院的数字映射，其工作空间以数字液晶监控系统和云端服务器为载体，进一步采用3D、AR、VR等技术，全数字模拟显示校园实景，实现跨时空和组织边界的实体(物理)学院的数字映射，如图4所示。虚拟学院布局具备场景漫游、导览等功能，进入场所内能完整展现和完成教学运行管理、课程选取、图书借阅、创新项目等各种服务流程。

图4 虚拟学院全景模拟场景

(二)人工智能重塑师生关系

虚拟学院的建设是对整个教学过程的智能化改造与重塑，可以有效提高教学效率，个性化定制教学需求，为学生提供虚拟场景的学习。智能化技术的引入，使教学在价值取向、师生关系、虚实世界等方面发生了重大变革，在教学中体现以学生为中心，提升学生能力，持续改进教学模式与方法。

人工智能、大数据等先进信息技术的使用能够改进师生协作方式。教师可以重复利用先进信息技术，为学生设计科学的、个性化的学习方案，同时提升自身教学水平。信息技术是教师的有效工具和手段，可以替代教师的重复性、机械化的工作，减轻教师负担，使教师有更多的时间和学生深入沟通；大数据可以让教师随时了解学生的学习情况，从而进一步构建和谐稳固的师生关系，促进学生能力全面提升。

(三)数字技术创新培养体系

虚拟学院的建设将促进教育教学目标和理念的改变，推进培养模式、教学内容、教学方法、评价体系的改革创新。具体实施中将新一代人工智能技术融入教学与运行管理平台、虚拟仿真实验教学平台和质量评价与监测中心等功能平台，促进现有人才培养体系的创新重构。

1.在线教学与运行管理平台

在线教学与运行管理平台实施人机协同管理，通过人工智能技术从海量信息中精选教学内容，使学生的认知更有针对性；同时可利用人工智能整合各类知识，使繁杂无序的知识变得规则有序，让学生对知识的掌握更为高效。如图5所示，平台由教学管理决策、个性化教学运行系统、成果推广应用门户等部分构成，其核心是教学运行系统。平台包含校内翻转教学模块、教学运行管理模块和教学资源引入/输出模块，再辅以教学成果应用门户以及教学大数据态势感知平台。通过单点登录、数据联动、视频本地加速和数据备份，与校内部署的教务系统、统一认证门户、数字化校园数据管理平台等本地化平台互通，组成一套完整的数字化教学解决方案。

图5 在线教学与运行管理平台功能

教学运行系统以个性化服务为中心，基于混合式教学、翻转课堂等教学方法设计教学功能，同时借助校内资源以及校外优质资源，开展“金课”建设，促进线上教学、课堂教学的改革。为了保证教学质量，提供管理者的大数据模块，与教务系统的数据联动，时刻掌握师生的教学动态，保障课程基本的教、学、测、管、评一体化流程的顺利实现。

2.虚拟仿真实验教学平台

共享湖北理工学院现有的各种虚拟实验条件，整合学校的多个虚拟仿真实验中心，建立在虚拟学院构架下的虚拟仿真实验教学平台，为学生提供虚拟教学情境，让学生在三维立体虚拟空间中认知对象，同时能够在虚拟环境中与虚拟对象进行互动交流。平台具有实验资源管理与共享、虚拟仿真实验教学系统和第三方实验教学资源集成、虚拟仿真数据统计等功能，如图6所示。主要包括：数字化资源管理，实现虚拟仿真实验资源、理论知识库、习题库管理，方便学生在线学习，方便资源共享；实验教学全过程管理，包括实验开课管理、实验项目安排或自选实验和实验预习管理，可提供虚拟仿真项目学习及过程中智能指导、实验报告管理、实验成绩管理等；虚拟仿真实验中心数据统计，包括通过数据表、统计图等多种方式反应中心的教学规模、教学效果等，为决策层提供数据依据；虚拟仿真实验项目开放共享，包括校内外开放共享的虚拟仿真资源，校内用户及校外注册用户可以访问实验项目详情，并进行在线实验预约、虚拟仿真实验学习、学习中心管理等。

图6 虚拟仿真实验教学平台功能

3.质量评价与监测中心

质量评价与监测中心结合在线教学与运行管理平台和虚拟仿真实验教学平台的数据，可实现教学大数据态势感知。比如：可统计分析学校、二级学院、教师、学生、课程、互动、资源、教室等信息，辅助教学质量评价和教学决策；可统计学校各项资源的建设情况，学校的数字化建设情况以及教学运行情况等，以图表、数字、对比分析等直观方式全方位展示学校教育教学线上、线下数据，如全校学生数、教师数、网络课程数、各类资源占用数量、实验预约人数、系统的访问情况、学生出勤情况、教育资源情况、师生间的互动情况等；可实现基础数据监控、活跃度监控、全校资源监控、实时课堂监控、签到率监控等，如图7所示。

图7 质量评价与检测中心展示示例

四、结束语

湖北理工学院虚拟学院的建设，将与湖北理工学院“高水平应用型开放型创新型大学”的办学定位相适应，通过“人工智能+教育”，构建起行之有效的、有针对性的在线教育教学综合服务平台。建设虚拟学院的目的在于，以在线、混合式、虚拟仿真“金课”等为抓手，利用信息技术提升教育教学水平，推动教学方法创新，推进教师课堂革命和学生学习革命，让教学体系真正由“以师为中心”向“以生为中心”转变，从而提高人才培养质量。