姚远峰,陈卫军

(安阳师范学院，河南 安阳 455000)

目前，虚拟仿真实验教学已经成为高等院校信息化教育的重要建设内容，也是高等院校实验教学改革的发展方向。虚拟仿真实验教学在解决传统实验设备不足、场地不足、管理人员不足、学生实践时间不足等方面有着天然的优势，又因其具备仿真性、交互性、安全性等特点，而受到了各高校的拥趸。特别对于新建地方本科高校而言，由于本科办学时间较短、实验教学水平相对较低，大力推进虚拟仿真实验教学中心建设，就成为其推进实验教学改革、提高教学质量的有效手段。

安阳师范学院是一所典型的教学型地方高校。近年来，按照教育部和河南省教育厅的统一部署，在虚拟仿真实验教学领域开展了一系列工作，取得了部分成果，但是也存在一些问题。特别是在2020年全国防控新型冠状病毒疫情期间，高等学校对于虚拟仿真实验教学的需求急剧增加，如何高质量地完成教学目标，真正做到停课不停学，就必须对虚拟仿真实验教学中心的建设进行重新思考。该文以安阳师范学院为例，就本校虚拟仿真实验教学的现状进行了分析，对于建设更高水平的虚拟仿真实验教学中心进行了探讨和研究，并给出相应的对策和建议。

1 背景分析

随着信息技术的飞速发展，以信息技术应用为本质特征的虚拟仿真实验教学，适应了信息时代高等教育开放办学、资源共享的变革要求，为学生开展探究性学习、自主实验和创新实践提供了先进手段、开放平台和优质资源而得到快速发展。教育部高等教育司司长吴岩2018年11月24日在第11届中国大学教学论坛上的报告中强调，信息技术、智能技术与实验教学的深度融合破解了高等学校实验、实习、实训中的老大难问题，解决了原先“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的问题[1]。 国家虚拟仿真实验教学项目是教育部推出的5类国家“金课”之一，其建设水平遵循国家“金课”的“高阶性、创新性、挑战度”，即“两性一度”标准[2-3]。 全国高校实验室工作研究会副理事长王卫国教授通过对比国外高校开展虚拟仿真实验教学的实践案例，指出信息技术的快速发展为虚拟实验室、虚拟仿真实验系统、协同实验平台、沉浸式实验软件以及开放教育资源的建设与应用提供了有力的支撑，促使实验教学理念、模式、方法及手段发生了深刻的变革。例如，新加坡南洋理工大学的COTF、东京大学的KALS、德国伊尔默瑙工业大学的虚拟现实实验室、美国匹兹堡大学的可扩展协作学习空间等一批虚拟实验环境的未来教学实验室[4]。北京师范大学智慧学习研究院联席院长、福建网龙计算机网络信息技术有限公司董事长刘德建教授分析了虚拟现实技术教育在激发学习动机、增强学习体验、创设心理沉浸感、实现情境学习和知识迁移等方面的优势，以及在支持学习环境创设、支持技能实训、支持语言学习、支持特殊儿童教育等四大方面的应用[5]。王晓暄、齐贵超、张敏等针对虚拟仿真实验教学中心架构和虚拟仿真实践平台架构的设计方案、设置、运营、机制进行了讨论[6-9]。王超杰等提出的基于计算机软硬件和各种传感器装置沉浸式虚拟现实展示系统，能够生成可交互和具有沉浸感觉的三维虚拟场景，对现实世界环境及对象模拟仿真来说，可用于构建实践教学环境，提高学习效率，促进教学方式创新[10]。刘为浒等指出，虚拟仿真技术在本科教学中的应用研究是提升高等教育信息化水平的重要举措，利用其开发和整合的各类教育教学资源，能极其显著地提高本科教学的实施效果[11]。郑伟南构建了“实验室-仿真室-实习基地”的“虚实结合”的三位一体实践教学平台，形成了“虚实结合”的现代化、多元化实践课程教学体系及“学习需求导向型”的教与学的方式方法[12]。陈颖、叶松分析了校企合作下的应用型地方高校虚拟仿真实践教学，通过校企合作教学与虚拟仿真技术的有机结合，对现有的虚拟仿真实践教学进行探讨和实践[13]。

随着技术的日臻成熟，在教育行政部门的积极引导和推动下，虚拟仿真实验呈现蓬勃发展态势。安阳师范学院作为发展中的地方高校，在新时代背景下积极开展虚拟仿真实验教学，探索促进虚拟仿真实验教学可持续发展的有效路径已迫在眉睫。

2 学校现状

安阳师范学院从2016年开始虚拟仿真技术的研究和探索，并取得一定的成果，获批立项建设省级虚拟仿真示范中心和6项省级虚拟仿真示范项目。但也存在一些问题，主要表现在以下几个方面。

2.1 教师开发虚拟仿真实验项目能力较弱

由于虚拟仿真实验项目是近几年才兴起的项目，全国高校普遍缺乏开发能力。我校有些教师虽然能开发简单的虚拟仿真实验项目，但要开发质量较高的虚拟仿真项目，甚至更为高级的虚拟仿真产品或商品，尚有很长的路要走。

2.2 各虚拟仿真实验室建设位置比较分散

目前，学校已经在和容楼建设了资源环境与旅游学院、外国语学院、物理与电气工程学院等3个虚拟仿真实验室，规划了产品研发区和体验中心(产品展示区)，规划较为合理。但软件学院的实验室建在文明大道校区，商学院的实验室在文博楼，这样不便于集中管理，设备和场地的资源利用率不高。

2.3 没有建立相关管理机构

目前，学校虚拟仿真实验教学存在多头管理现象，教务处负责实验教学管理和虚拟仿真实验教学项目的申报，国资处负责设备、场地的管理和定制虚拟仿真实验项目的招投标，二级学院负责实验室管理、开发自主虚拟仿真实验项目。缺乏校级虚拟仿真中心的管理人员和相关管理机构。

2.4 没有明确开发虚拟仿真实验项目、产品、商品的激励机制

由于虚拟仿真实验项目是近几年国家和省教育厅才明确要开展的工作，学校尚未出台对教师和学生开发的实验项目、科研项目、创新创业项目进行奖励的相关政策。

3 建设目标

2020年2月至4月，学校以修订2021年中央财政资金支持学校校级虚拟仿真实验中心建设为契机，专门成立论证专家组对项目进行建设规划。专家组在研究国家相关政策、市场上虚拟仿真技术，调研国内高校开展虚拟仿真相关工作的基础上，结合学校现状，完成了学校虚拟仿真实验建设规划工作。

学校虚拟仿真实验建设工作以校级虚拟仿真实验中心为载体，通过整合校内外资源，进行校企共建，实现“产、学、研、用”相结合，以培养服务地方经济发展的实用型人员为宗旨，主动对接区域产业集群需求，联合相关协作单位，把中心建设成为具有较强竞争力的理论及实用型人才培养基地，以满足学校人才培养的需要，力争把实验中心建设为省内技术领先、设备先进的较高层次的教学科研相辅相成的重点实验室。为社会培养具有较高的理论水平，能够适应社会发展的需求，且具有较高工作能力、创新能力的专业型人才。归纳起来是达到“八个一”的目标：通过加强与优质企业合作，争取建设一套开发虚拟仿真项目的课程体系和教材，打造一批虚拟仿真实验金课；争取建设一批实习实训基地；争取研发一套成熟的管理平台；争取培养出一支优秀的师资队伍；争取培养出一批有代表性的毕业生；争取开出发一批有特色的项目(针对各专业的实验项目和能推广的产品、商品)；争取完成一批成果(教师的纵向、横向课题，学生的创新创业成果)；争取在国内高校产生一定的影响力。

4 建设原则

实行分层建设。分为校级层面和二级学院层面，将学校公共平台建设与二级学院各分中心平台建设有机整合。

实行分批建设。统筹规划2020年、2021年及以后三个阶段的建设内容。2020年度，主要建设省级虚拟仿真实验项目；2021年实现中央财政资金支持项目；2022年以后根据情况再确定建设项目。

保证教学中心地位。通过疫情期间的网络教学进行分析，全国各高校普遍缺乏信息化网络化的实验教学项目，以至于大量实验教学课程处于停开状态。目前校级虚拟仿真中心已有一定的硬件基础，需要加大实验内容项目的建设力度，以满足于学生实践能力提高的要求。

兼顾科学研究。在保证实验教学工作的同时，校级虚拟仿真中心也要对我校科研工作提供帮助。可以利用我校的资源优势(红旗渠精神研究、甲骨文研究、周易文化研究等)，在开发虚拟仿真实验教学项目的同时，也融入科学研究的内容，开展具有前瞻性、地域性的虚拟仿真科学研究，形成教学与科研互动、以科研促教学的良好局面。

5 建设举措

围绕以培养服务地方经济发展和基础教育的实用型人才为宗旨，主动对接区域产业集群和基础教育学校需求，以加强校级虚拟仿真实验中心建设为突破口，以强化校企、校校合作为纽带，通过设立校级虚拟仿真管理机构、成立校级虚拟仿真项目开发团队、完善虚拟仿真实验项目运行及开发保障体系、研发自主知识产权的VR产品等措施，力争把实验中心建设为省内技术领先、设备先进的较高层次的教学科研相辅相成的重点实验室，示范引领地方高校的实验教学改革。

5.1 加强校级虚拟仿真实验中心建设

设立校级虚拟仿真实验教学中心，实现机器设备、实验场地、实验项目、实验教师和管理人员的统一管理并达到如下效果：第一层次，使其成为广大学生能进行广泛实验的平台，提高课程的教学质量；第二层次，使其成为校内外教师和部分优秀学生开发虚拟仿真项目和产品的平台，争取教师能开发出虚拟仿真实验“金课”、横向科研项目和产品，学生能在创新创业工作中取得若干成绩。

5.2 设立校级虚拟仿真实验管理机构

成立专门的虚拟仿真实验管理机构，明确其工作职责和工作任务，管理机构主要负责校级虚拟仿真实验中心的建设规划、发展规划、日常维护和运行，协助教务处完成实验实践教学的相关环节，协调国资处完成虚拟仿真实验中心的设备采购及验收，协调各相关二级学院完成虚拟仿真实验项目的教学任务以及虚拟仿真开发人员的选拔、培训、考核及各项管理任务。校级虚拟仿真实验中心架构见图1。

图1 校级虚拟仿真实验中心架构

5.3 成立校级虚拟仿真项目开发团队

以软件学院、建筑工程学院、资源环境与旅游学院为主体，吸纳基建处、后勤处、档案馆及其他相关单位的力量，成立校级虚拟仿真项目研究和开发团队，加强团队成员的培训、学科交叉融合、项目推广等工作，打造以跨学科融合协同育人为特色的品牌项目。

5.4 完善虚拟仿真实验项目运行及开发保障体系

进一步完善虚拟仿真实验中心的管理、机房和设备的使用、虚拟仿真实验项目的考评、虚拟仿真实验室的扩建和升级、运行和建设资金的使用等，确保校级虚拟仿真实验中心实现“建设、考评、反馈、提升”的良性发展之路。为调动教师和学生的积极性，修订完善关于开发虚拟仿真实验项目、虚拟仿真实验室全天候开放以及相关奖励政策的文件，以保障教师和学生能投入更多精力开展虚拟仿真技术的学习和提高。

5.5 加强校企、校校协同育人

以豫北片区“三市四校”教师教育联动发展共同体和校级虚拟仿真实验教学中心为依托，寻找优质的虚拟仿真企业和基础教育学校，签订校企、校校合作协议，明确各方的权利和义务，开展广泛的校企、校校合作，成立企业冠名的虚拟仿真学院，争取尽快达到建设目标，实现高校、基础教育学校和企业三方共赢。

5.6 研发具有自主知识产权的VR教育产品

建立VR项目产业孵化基地，研发拥有自主知识产权的VR教育产品，服务于信息化教育的深度改革，创造经济效益。

6 效益分析

该项目前期成果已经在软件学院、建筑工程学院、外国语学院、商学院等部分本科专业中应用，项目完成后可在全校64个本科专业及基础教育学校应用。

通过两年的建设，虚拟仿真实验教学中心将成为安阳师范学院人才培养体系的重要组成部分，在引导学生理论联系实际，培养学生的创新精神和实践能力等方面发挥重要的作用。虚拟仿真实验教学已不仅是验证知识和探索新技术的一种方法，还是培养学生多种实践能力和创新思维的主要手段。建设好虚拟仿真实验教学中心，将有力地推进实验教学内容、教学体系、教学方法和教学手段的改革。预计受益学生年均达到6000人次以上，同时在人才培养质量上将达到以下指标(见表1)。

表1 人才培养质量指标