黄林冲，戚小童

（中山大学 教务部，广东 广州 510275）

虚拟仿真实验教学项目，即通过虚拟仿真实验实现教学目标的项目。虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，学生在虚拟环境中开展实验，达到所要求的认知与实践教学效果。虚拟仿真实验教学是实验教学示范中心建设和高等教育信息化建设的重要内容，是专业发展与信息技术深度融合的产物。

随着高等教育实验教学改革，以及实验教学信息化的推进，虚拟仿真实验教学将直接影响高校的实验教学水平与教育质量[1]。2013—2015 年，教育部遴选了近300 个国家级虚拟仿真实验教学中心进行建设；2018 年，教育部又开展了国家虚拟仿真实验教学项目建设工作。至此，虚拟仿真实验教学项目在高校如雨后春笋一般出现并得到快速发展。

1 当前虚拟仿真实验教学项目存在的问题

虚拟仿真实验教学项目是适应新时代高校教学要求的产物，其基本原则是坚持立德树人，强化以能力为先的人才培养理念，坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的原则，突出应用驱动、资源共享的观念，将实验教学信息化作为高等教育系统性变革的内生变量，以高质量实验教学助推高等教育教学质量的提升，助力高等教育强国建设[2]。

虚拟仿真实验教学项目最早可追溯到2013 年。为进一步解决大学生动手能力不足等问题，达到改革实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的目标，教育部面向全国普通本科高等学校开展了示范性虚拟仿真实验教学项目建设[3]。

笔者先后到清华大学、北京大学等8 所全国重点大学进行虚拟仿真实验教学项目的实地教学调研，结合具有“新技术、新业态、新产业和新模式”等特征的新工科发展需求，调研分析后发现现有的虚拟仿真实验教学项目存在以下不足。

1.1 人才培养的目标性不明确，解决现实问题的导向性不强

从笔者调研的情况看，目前高校开展的虚拟仿真实验教学项目，有的项目开展流于形式，虽然将学生安排进项目中，但实行的依然是传统的实验室教学训练。这样的教学效果或许也能取得一定成效，但离国家对虚拟仿真实验教学项目应该达到的人才培养目标有较大差距，即无法实现对学生的全方位培养和全面发展。还有部分项目的开展仅具备理论意义，用于认识某个概念或某种现象，缺乏对内在规律性事物的认识和实践操作层面的探索，缺乏现实意义，对社会需求和现实需求的满足意义不大。特别是新工科建设应满足现阶段生产力发展的需求，解决人民日益增长的美好生活需要与不平衡、不充分的发展之间的矛盾，不能仅停留在理论层面。

1.2 项目开展的形式较为单一，合理性有待商榷

虚拟仿真实验教学项目的开展必须坚持因地制宜、因时制宜、因人制宜的基本原则，须依托多种形式开展教学过程。目前高校开展的虚拟仿真实验教学项目，存在着形式单一的问题。仅从新工科项目的开展情况来看，部分教师甚至认为虚拟仿真实验教学项目的开展仅仅是建一个实验室，做几次虚拟实验就能达到目的了。殊不知如此单一的形式，很难实现高校复合型人才培养的最佳效果。在项目的开展中，尽管也实行了多种形式，但形式的使用较为随意，甚至是不合理的，如将学生安排在不能满足高标准的一般工厂从事新工业研究；非时令季节带领学生到地方从事野外观察研究，或将工科学生的项目开展报告要求提高到研究生论文层次水平等。如果形式单一、合理性存疑，项目开展就很难有保障，项目成效就很难实现，特别是新工科的发展既要有基础理论支撑，也要经得起实践检验，要在不同形式的实践中才能出真知，转化为新的生产力。

1.3 学生的体验程度不够，参与效果较差

虚拟仿真实验教学项目应重视学生的沉浸式体验，注重教学产出与教学效果。所谓沉浸式体验，是提供参与者完全沉浸的体验，使用户有一种置身于现实世界的感觉。虚拟仿真实验教学项目与一般教学项目一样需要学生大量参与，同时利用其虚拟性，使得这种参与成为一种沉浸式参与。同时，虚拟仿真实验教学项目的完成一般伴随着教学成果的产出，具体可为实验标本、工艺品甚至学术论文等，这些成果能够比较全面、准确地反映学生参与此项目的付出与收获，能够比较系统、多维地实现虚拟仿真实验教学项目全面培养学生成长成才的目标。

从作者对学生的访谈情况来看，目前高校开展的虚拟仿真实验教学项目，普遍存在着学生的体验程度不够、参与效果较差的问题。高校学生参与项目，普遍存在着仅参与其中，未能全身心置身其中，游离于教学过程之外，其结果所获甚微。具体而言，部分学生对项目缺乏兴趣，参与项目疲于应付，做着大量的机械、重复性工作；部分学生对参与的项目存在认识不够明确，难以体会项目的虚拟性与现实的关联性所在，又得不到及时指正，其结果是很难达到预期的教学目标。还有部分学生在项目开展过程中尽管初步实现了沉浸式体验和深度参与，但难以在心目中留下深刻印象，所得经验转瞬即逝，实现不了项目产出。究其原因，主要是学生参与项目过程中的体验程度不够，参与效果不理想所致。

2 中山大学虚拟仿真实验教学项目的教学改革

虚拟仿真实验教学项目对学生的全方位培养，是作为培养载体发挥作用的，其作用机制也是通过载体功能实现的。从虚拟仿真实验教学项目的一般性流程来看，其始于学生参与其中，终于学生成果产出。

我校历来重视本科教学，坚持“人心向学”的办学理念，不断探索本科教育教学改革；坚持立德树人为根本，以“德才兼备、领袖气质、家国情怀”为人才培养目标，以“面向学术前沿、面向国家重大战略需求、面向国家和区域经济社会发展”为基本导向，实施通识教育，培养高素质复合型人才，构建学科平台，培养高素质创新型人才。在虚拟仿真实验教学项目层面，我校非常重视这一新的教学手段，针对项目开展中存在的问题，在项目的教学改革上作了大量的有益探讨与尝试。

2.1 关注项目本身特点，发挥学生主体作用

虚拟仿真实验教学项目，首先要吸纳具有强烈参与愿望的学生，才能最大程度地发挥学生的主体作用。虚拟仿真实验教学项目作为新时代的高校人才培养模式之一，首先必须得到学生群体的认可，吸纳学生以热情饱满的态度积极参与到项目中来。缺乏学生的普遍参与，虚拟仿真实验教学项目就成为无源之水，难以真正发挥高校人才培养的作用。

我校针对目前虚拟仿真实验教学项目开展过程中学生参与热情不高、参与程度不够、参与效果不理想等现象，根据项目本身特点，从项目开展的根本目的、项目开展内容和形式等多方面出发，积极开展虚拟仿真实验项目的教学改革工作，充分吸纳学生参与其中，发挥学生的主体作用。例如，我校2017 年度示范性虚拟仿真实验教学项目“1300 MW 压水堆核电站并网、升功率及跳机运行仿真实验”，得益于中法核工程与技术学院借鉴了法国核工业方面的先进技术，其独特的优势成为这一项目的亮点，吸收了大量学生参与。在项目开展过程中，学校鼓励该院关注项目本身，充分实践“院系办大学”的理念，发挥院系更大的自主权；该院将项目化整为零，教师与学生齐头并进，多方面、多层次同时展开，使学生能够感受到参与的主体地位，愿意以更大的激情和热忱参与。

这一项目的开展使我们认识到，没有学生的参与和辛勤付出，就不可能有项目的丰硕成果。同时，项目的开展也充分发挥了学生的主体作用，有利于学生成长成才，进而实现高校创新型人才培养目标。

2.2 注重项目多重特征，发掘学生多维价值

我校针对目前虚拟仿真实验教学项目开展过程中形式单一、合理性不够等现象，强调项目的多重特征，从项目开展的时间、场所、参与群体等多方面出发，优化项目资源的配置。如我校2018 年国家虚拟仿真实验教学项目“外科无菌术虚拟仿真教学项目”，是我校中山医学院利用学校现有教学资源建立起来的，特别是在原中山医科大学（现我校广州校区北校园）资源基础上进一步整合起来的医学资源。此外，该项目在实施过程中借助中山大学附属第一医院等学校附属医院机构的专业支撑，充分发挥了学校医科资源的重要作用。在学校的指导下，相关学院从项目的医学实践性强、操作难度大、持续时间长等多重特征出发，引导学生在理论学习的同时，到学校医科实验室去，到医疗机构去，在参与和实践中锻炼其多方面的能力，使学生认识到自身的价值。针对学生的不同特点及能力，有目的地安排学生参与项目的不同方面，如医学标本认知、实验动物外科手术式解剖观察、医院外科手术场地观摩学习等。虚拟仿真实验教学项目的开展以及“虚—实”结合，有效克服了形式单一、缺乏合理性等问题，发掘了学生的潜能，体现了学生的多维价值，有利于高校人才培养。

2.3 树立学生问题意识，孕育学生产出成果

虚拟仿真实验教学项目的最终目标是使学生能够解决某一或某方面的问题，从而实现高校人才培养的目标，这是一条完整的生产—产出链。学生在参与项目的过程中，须逐步完成项目中的关键生产环节，逐渐向项目预期的可能产出成果迈进，同时也可能包括预期外的创新性成果。这些成果既是学生集体智慧的结晶，也是项目本身希望达到的成效，即使学生全方面发展。

我校针对虚拟仿真实验教学项目开展过程中人才培养目标不明确，难以实现对学生的全方位培养和学生的全面发展等现状，从项目开展的源头把关，引导学生对项目有一个全面、客观的了解，鼓励学生在充分参与的基础上不断产出阶段性成果，最终达到项目预期目标。例如，我校2018 年度国家虚拟仿真实验教学项目“污泥源减量污水处理工艺虚拟仿真实训”，是学校环境科学与工程学院充分利用校内外资源建立起来的。在学校 “基础—能力—职业导向三重螺旋”的教学理念指导下，学院充分重视学生专业基础的培养，在项目开展前夕，建立了“我国污水处理工艺目前存在哪些问题”“污泥源减量污水处理工艺具备哪些优势、如何实施”及“如何在问题基础上优化我国污泥源减量污水处理工艺”等问题导向，并在项目开展过程中引导学生加深对这些问题的认识，鼓励学生积极进行探索与实践，最终参与的学生收获较大。

3 虚拟仿真实验教学项目对改善我国高校人才培养模式的启示

虚拟仿真实验教学项目是新时代高校实现对学生的全面培养的一种重要人才培养模式。这一全新项目模式对改善我国高校人才模式具有诸多启示。

3.1 完善国家高校人才培养模式的顶层设计

目前，我国高校教育与人才培养依然存在着部分实际问题，如缺乏整体统筹规划、学生实践能力较弱、产出比相对较低等，要解决这些问题，首先要考虑顶层设计问题。

在教育部的统一指导和要求下，各高校结合自身实际情况，陆续开展了虚拟仿真实验教学项目，成立了许多虚拟仿真实验教学中心，取得了显著成效。多家国家虚拟仿真实验教学中心，通过项目开放共享服务系统，实现了接口联通和面向高校、社会免费开放并提供教学服务的基本功能。这一特点，客观上使人们认识到我国高校人才模式需要加强完善顶层设计，在人才培养模式上进行全面布局和引导，保证项目建设的必要性，避免重复建设及资源浪费。同时，我国高等教育领域的改革已进入“深水区”，任何单一要素的改革或多个要素改革的简单相加已经难以满足高等教育发展的需要。以制度创新推动高等教育改革，以体制机制改革促进高等教育发展，已成为高等教育人才培养模式改革的当务之急和必然趋势[4]。因此，必须进一步加强高校顶层设计，加强创新人才培养的统筹规划，优化教育资源配置，重视教育投入与产出的基本情况，进而有效推进高校人才培养工作。

3.2 推进现代信息技术融入人才培养模式中

虚拟仿真实验教学是将虚拟技术与体验式教学相结合，由学习者借助人机交互界面调节虚拟实验中的参数变量，通过观察、总结和归纳计算机仿真模拟结果从而获取相应的知识技能[5]。这在客观上要求我国高校在人才培养中须重视将现代信息技术融入人才培养模式，须充分发挥现代信息技术在人才培养中的积极作用。

推进现代信息技术融入人才培养模式中，要求国家切实推进人才培养模式的现代化构建进程，在人才培养模式中重视现代信息技术的重要性，拓宽教学渠道，强化教学效果。当前，高校对现代信息技术已经有了一定程度的运用，如慕课、在线课程、虚拟仿真和智慧课堂等教学形式，也取得了一定成效，但在虚拟仿真实验项目中更好地运用现代信息技术有效培养高水平人才还须进一步完善。

3.3 强化对学生的全面培养

虚拟仿真实验教学项目作为新时代高校人才培养的一个重要载体，对学生的全方面培养和实现学生全面发展起到了积极推动作用，这也是新时代高校人才培养的必然要求和结果[6-9]。

强化对学生的全面培养，就要运用多种人才培养模式，充分发掘学生潜能，激发学生学习兴趣，促进学生在教学过程中充分参与、充分吸收、充分收获。虚拟仿真实验教学项目是一种创新型教学模式，在高校人才培养中发挥了积极作用，应更好地利用与发展。

从国家的整体要求来看，高等院校须根据高等教育人才培养的特点，努力构建更加全面的人才培养体系。具体而言，就是要贯彻落实新时代德、智、体、美、劳全面发展的教育方针，实现对学生的全方位培养。进入新时代，我国的高校人才培养模式不断健全和完善，学生参与学习渠道不断拓宽，学习能力不断增强，但距离对学生全方位培养的要求还存在一定的差距，与实现学生全面发展还存在一定的距离，这些问题只有在我国高校人才培养模式的逐步发展和完善中才能得以解决。

4 结语

新时代对高等教育提出了更高标准，对学生全面发展提出了更高要求。虚拟仿真实验教学项目作为高校人才培养的重要载体，在新时代背景下体现出其独特的优越性，在教学实践过程中得到了越来越多的重视与运用[10]。在探索与实践的基础上，需要进一步完善虚拟仿真实验教学项目，发展新时代高校人才培养新模式，为培养高素质、强能力的复合型人才提供有效的实践教学保障。