地理空间信息技术国家级虚拟仿真实验教学中心建设实践

2017-03-17袁磊杨昆

价值工程 2017年7期

袁磊+杨昆

摘要：虚拟仿真实验教学是学科专业与信息技术深度融合的产物。基于云南师范大学地理空间信息技术国家级虚拟仿真实验教学中心建设实践，阐述了中心建设的理念与思路，重点探讨了虚拟仿真实验教学资源建设、教学管理与共享服务平台建设、师资队伍建设等方面的做法与实践成效，以期对相关类型虚拟仿真实验教学中心建设提供借鉴。

Abstract： Virtual simulation experiment teaching is a depth fusion product of discipline and information technology. Based on construction and practice of national center for virtual simulation experimental teaching of geospatial information technology of Yunnan Normal University， this paper elaborates the idea and the thought of the center construction， and describes the method and practice of constructions for teaching resources， teaching management and sharing service platform， teaching staff and so on. It is expected that this research can provide reference for the construction of the related virtual simulation experiment teaching center.

关键词：地理空间信息；虚拟仿真；实验教学中心；实验室建设

Key words： geospatial information；virtual simulation；experimental teaching center；construction of laboratory

中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）07-0191-03

0 引言

人类进入20世纪90年代以来，随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展，以地理信息系统、遥感、卫星导航定位等高新技术为核心的地理空间信息技术迅速发展，并与云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术深度融合[1]，已广泛应用于资源环境管理、地理环境模拟、生态环境监測、灾害应急评估、地理位置服务、城市规划、民族文化、电子商务、智能物流、智能交通、智慧旅游、智慧教育、公共卫生、智慧城市、资源共享等国民经济和社会发展的各个方面[2-5]，成为人类合理有效地利用资源、解决经济和社会可持续发展重大问题的核心支撑技术之一[6]。显然，这种背景下对我国未来地理空间信息人才的培养也提出了新的、更高的要求。

针对地理空间信息科学研究的对象具有“涉及面广”、“高危或极端环境”、“投资大、成本高”、“结果不确定性”、“验证周期长且过程不可逆”等特点，学校整合信息科学、地理科学和民族文化三个优势学科的教学与科研资源，依托拥有的西部资源环境地理信息技术教育部工程研究中心、民族教育信息化教育部重点实验室、教育部科技发展中心互联网应用创新开放平台示范基地三个国家级科研平台，并在原有的省级智慧社区虚拟仿真实验教学中心、国家级地理科学实验教学示范中心、云南省计算机实验教学示范中心、云南省教育技术实验教学示范中心的基础上，坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则[7-8]，以云计算、物联网、大数据、移动互联网、地理信息技术等新一代信息技术为支撑，适时将科研成果转换为教学资源，组建了地理空间信息技术虚拟仿真实验教学中心，并于2015年12月被教育部批准为国家级地理空间信息技术虚拟仿真实验教学中心，开展具有云南特色的地理空间信息技术综合应用研究与人才培养工作。

1 建设理念与思路

中心本着“实验教学为抓手、虚拟互动增实效、人才培养为中心、开放共享促应用”的建设理念，以服务于国家智慧城市战略建设及地理空间信息产业发展对新一代空间信息技术人才需求的培养为宗旨，立足云南，服务西南，辐射东南亚，建设具有国际先进水平的虚拟仿真实验教学、研发与技术交流中心、地理空间信息产业人才培养基地。

建设主要围绕以下思路开展：①发挥信息科学、地理科学、民族文化三个学科的专业优势，整合学科优势教学资源，以信息学院、旅游与地理科学学院、体育学院实验教学平台支撑仿真实验教学中心的建设和运行。同时，虚拟仿真实验教学中心反哺实验教学平台及各部门的需求和发展；②以学生为本，致力于培养学生综合实践能力和创新能力的虚拟仿真实验教学模式探索和建设[9]；③结合地理空间信息化建设中，对资源环境的合理利用、基础设施的智能化管理及与社会经济可持续发展的需要，开展虚拟仿真实验教学体系与项目库建设；④软、硬件与高新技术结合，建设易管理、可共享的虚拟、仿真实验教学环境和丰富的教学资源[10]；⑤产、学、研协同发展，建设地理空间信息技术虚拟仿真实验教学中心和教学队伍。

2 教学资源建设

中心注重学生实践动手能力培养与训练。教学资源建设主要针对高危的，真实实验无法开展的，大型、综合的，或者教学成本较高、资源消耗大的实验项目，例如，滇池流域土地利用变化虚拟仿真实验（真实实验无法开展）、山地城镇规划虚拟仿真实验（综合性）、滇池蓝藻水华监测预警虚拟仿真实验（真实实验无法开展）、地铁人群疏散虚拟仿真实验（成本高、资源消耗大）等，并着重考虑教学资源建设的必要性、适用性，突出创新性，根据专业人才培养方案对学生知识结构和能力培养的要求，制定实验教学大纲，遵循应用型人才培养实验教学的基本要求，不断丰富虚拟仿真实验教学资源。

此外，中心教学资源建设的另一大特色在于最大程度地将多年积累的科研成果转换为教学资源。已将部门承担的国家973计划前期研究专项“GIS环境下基于用地变化的洱海流域非点源污染情景模拟研究”、国家863计划主题项目“时空过程模拟与实时GIS系统-滇池流域非点源污染事件应急响应示范系统”、国家科技型中小企业技术创新基金项目“污染源管理及突发污染事件应急处理地理信息平台软件研究与开发”、教育部高等学校博士学科点专项科研基金“盘龙江子流域城市非点源污染的地理空间模拟模型研究”、教育部科技项目“基于民族文化基础教育课程资源构建与有效应用研究”、国家自然科学基金“云南少数民族服饰数据库、元素库构建与智能检索技术研究”、云南省社会发展重大研究项目“基于多学科高技术的云南‘城镇上山研究与典型示范-城镇上山的综合决策空间信息平台”等42项科研项目的成果，先后转化为地铁人群疏散仿真模拟实验、三维GIS的城市规划建模与仿真实验、地震灾害损失快速评估仿真模拟实验、民族文化数字化虚拟仿真实验、滇池流域蓝藻水华监测预警与评价仿真实验等一批反映云南边疆自然与人文综合过程的创新性实验项目。目前，中心教学资源建设已经形成基础性、综合性和创新性三大实验层，合计19个实验模块的仿真实验教学资源，已经覆盖虚拟仿真实验课程53门，面向11个专业开设虚拟仿真实验项目439个。其中，涉及基础性实验层项目317个，综合性实验层项目115个，创新性实验层项目7个。如图1所示。

3 教学管理与共享服务平台建设

中心教学管理与共享服务平台以地理空间信息技术、物联网、大数据、云计算等新一代信息技术为支撑，基于已有的基础设施、软件平台和Web服务的基础上构建，实现教务管理、教学管理、实验资源共享管理等功能；并通过基于云平台架构的地理空间信息技术虚拟仿真实验教学门户网站，达到对地理信息技术、遥感技术、GIS软件工程、虚拟地理环境、智能信息处理、移动位置信息服务、地理过程与环境模拟、空间数据挖掘与分析、民族文化数字化等应用性实验教学资源的校内、校外、面向东南亚合作院校的在线教学管理与实验资源共享服务。如图2所示。

同时，为了保障系统在开放环境下大规模学生的使用安全，平台设计了一系列的身份管理、认证与计费系统及网络防病毒、信息过滤与入侵检测系统。身份管理由系统管理员对系统用户账号与学生班级进行分组管理，保障一人一号，确保没有“一人多号”、冒名顶替的情况发生[11]；系统认证功能主要是对每个账号进行严格把关，要求账号必须具有至少8个字符的大小写字母、数字、符号，如sPo0kyh@ll0w3En；系统计费功能主要对每个账号的上网时间严格把关，确保学生上网时间不会过长，保障学生健康上网；网络防毒分别从网络层防毒、邮件网关防毒、Web网关防毒、群件防毒、应用服务器防毒、客户端防毒，构建了多层次病毒防线，实现病毒的全面布控；信息过滤则根据国家要求对敏感词条进行过滤，避免“信息超载”以及“不良信息”和垃圾信息的侵害，大大提高信息使用效率，起到信息共享流通目的；加入入侵检测系统则可以极大的提升平台的安防体系，更好的掌握系统情况，甚至可以达到追踪攻击者路线、抓住肇事者的优势。

4 师资队伍建设

中心重视教师队伍建设及其可持续发展，坚持专业理论教师和虚拟仿真技术研发教师并重，专职与兼职教师结合，校内与校外教师互补的原则，构建了一支科研教学水平高、技术研发能力强、教学经验丰富的师资队伍[12-13]。目前，中心现有人员共79人，平均年龄41.99岁。其中，高级职称人员45人，占56.96%；博士学历人员35人，硕士学历人员35人，硕士及以上学历的占88.61%；研发、技术支持与维护人员15人，占18.99%，均长期从事实验教學、研发与管理工作。其中，管理团队以有多年教学、管理经验的教授、副教授组成；教师团队以博士、海外留学归国硕士及国内硕士人员为主体，包括教授、副教授、博士等骨干教师。研发团队则以一批年青的博士、硕士教师、信息技术研发人员组成；技术支持与运行维护团队则以中心专职实验师及专事虚拟仿真实验教学资源研发的企业骨干力量组成。

此外，学校还专门为中心增设了实践教学指导委员会，聘请武汉大学、清华大学、中科院资源环境信息系统国家重点实验室、香港中文大学、加拿大新布伦瑞克大学、南京大学、中山大学、南京师范大学等高校与科研院所的地理空间信息领域的院士和知名科学家组成教学指导委员会，负责中心仿真实验教学的发展规划，并对仿真实验教学工作成效开展评价和监督。

5 结语

中心在多年的建设过程中，已经将拥有的科研平台、科研成果最大程度地转化为数字化的、在线共享的仿真实验教学资源，形成了教学与科研相得益彰的资源共建的良性循环发展机制，集中体现在三个方面：①多学科互动一体化建设。通过整合信息、地理、民族文化学科的科研团队、教学团队和教学资源，实现多学科交叉融合、相互促进、协同发展。②体现云南多样性的自然与人文过程的综合模拟。充分考虑云南独特多样的自然与人文资源，以丰富、独特、多样的区域自然、人文资源为实验教学素材，将其融合于信息科学、地理科学和民族文化学科的实践教学之中，构建了基础、综合和创新三个层次实验教学体系。通过实验虚实结合的教学环节，让学生认识到基于云南自然与人文多样性的特征、分布规律以及相互关系，获得对资源环境实验分析的操作方法和基本技能，培养学生综合创新能力和综合素养。③基于云平台实现面向东南亚的在线教学资源共享。依托学校和仿真中心搭建的教学资源云服务平台，立足云南、服务西南、面向东南亚，与多所国内高校开展了教学科研合作及资源共享。同时，还进一步加强了与东南亚、南亚高校间在实验教学方面的紧密合作与交流，其中与仰光大学共建的空间信息技术中缅联合实验也在积极筹建之中。

参考文献：

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