李 晶，陆金钰，郭 彤，徐伟杰

（东南大学，江苏 南京 211189）

一、引言

虚拟仿真实验是将现代信息技术与实验教学项目相融合，通过创造与真实实验场景一致的虚拟环境，实验人员通过人机交互，按照预定的流程对真实实验进行模拟，从而完成实践教学活动，实现学习相关知识点的目的。与实体实验相比，虚拟仿真实验突破了实验教学在时间和空间上的限制，特别适合高危或极端环境、高成本、高消耗、结果不可逆的实验以及大型综合训练①-③。财务成本是虚拟仿真实验的建设和运行过程中遇到的不可避免的问题。从财务角度对虚拟仿真项目进行成本分析，有助于对虚拟仿真项目的投入进行评估和预测，从而保证障虚拟仿真实验的顺利建设和正常维护。然而，不同类型、不同等级的虚拟仿真实验项目在投入的人力和物力上各不相同，不同的虚拟仿真实验成本也不可能完全一致，为项目的成本分析带来困难。本文将虚拟仿真实验项目的成本分为制作成本和持续建设服务成本两类，同时根据虚拟仿真实验项目的等级进行分类，采用定量和定性相结合的方式进行分析，从而为高校建设和维护虚拟仿真实验项目财务成本分析提供依据。

二、发展历程

虚拟仿真实验是由虚拟实验和仿真实验两个名词组成。虚拟实验即采用各种手段和技术对真实实验进行模拟。事实上，虚拟实验自科学诞生起一直存在，而且也是一种常用的科学手段。伽利略的重力实验是一种典型的虚拟实验，即通过想象两个物体绑在一起以后与质量、速度的关系否定亚里士多德自由落体速度与物体质量的关系。仿真实验则是在计算机广泛应用之后，利用仿真软件对真实实验环境进行模拟，从而使未做过实验的操作人员能够对实验环境、实验设备建立起直观的认识，同时掌握相关的实验知识。1993年，中国科学技术大学霍剑青教授负责的教学团队研制了国内外第一套虚拟实验教学软件“大学物理仿真实验”，虚拟实验开辟了实验教学的新模式④。

2012年，教育部印发《教育信息化十年发展规划（2011—2020）的通知》，在此基础上，教高司印发了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，首次以教学中心的名义将虚拟仿真实验教学提升至国家级层面。教育部办公厅分别于2014和2015年印发了《关于开展2014年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》《关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，并分别于2015年和2016年认定了两批各100个项目。与此同时，部分省教育厅加大了虚拟仿真实验建设的投入，例如，2017年江苏省教育厅办公室印发了《关于公布2016年省级虚拟仿真实验教学共享平台及在线开放虚拟仿真实验教学项目遴选结果的通知》，遴选了土木、机械、电子信息、地球科学、医学、化学化工、车辆与交通和生物科学与技术8个省立省助虚拟仿真实验教学共享平台，力学与水工程、药学类、矿业工程、机械工程、地理环境、车辆工程、轨道交通信息与控制8个省立校助虚拟仿真实验教学共享平台。但在这段时间，由于政策、经费和认识等方面的原因，虚拟仿真实验教学并未引起广泛的关注，可以使用的在线虚拟仿真实验项目也极其有限。

在国家级虚拟仿真实验教学中心和省级虚拟仿真实验教学平台的基础上，教育部办公厅于2017年发布了《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，提出到2020年认定1000项左右示范性虚拟仿真实验教学项目。该文件首次在制度上将虚拟仿真实验项目提高到国家层面，从客观上改变了高等教育对虚拟仿真实验的认识，促进了大批虚拟仿真实验项目的策划和制作，是虚拟仿真实验教学发展过程中里程碑式的标志。2019年，教育部印发了《关于一流本科课程建设的实施意见》，提出从2019年到2021年，完成1500个项目纳入国家级一流本科课程。目前，自2017年以来所有参与申报示范性虚拟仿真实验教学项目或国家虚拟仿真实验教学的项目，均可从实验空间访问。已有3250项虚拟仿真实验可以实现在线学习和访问。考虑到国家虚拟仿真实验教学项目的遴选机制，仍有大批省级、校级以及无级别的虚拟仿真实验项目被制作出来，虚拟仿真实验项目数字无法统计。

自2019年首届全国慕课大会以来，虚拟仿真实验作为信息化教学的重要手段，已成为大会的重要组成部分，在后续的世界慕课大会中，始终存在虚拟仿真实验的身影。为了进一步促进虚拟仿真实验的发展，2019年在清华大学成立了虚拟仿真实验教学创新联盟，该联盟发布了《虚拟仿真实验教学课程建设指南(2020年版)》⑤，覆盖了8个专业领域、61个专业类，涉及500余个专业方向，10490个虚拟仿真实验。初步建立了虚拟仿真实验教学体系，为后续虚拟仿真实验项目建设提供了依据。然而，由于编写时间、参编单位数量等方面的限制，该教学体系仍然存在较大的优化空间。此外，将虚拟仿真实验教学与课堂授课相结合构建线上线下的混合式实验教学，也是近些年虚拟仿真实验教学的发展趋势。

国家及各省市教育部门通过教学示范中心、平台、项目以及课程等多种方式对虚拟仿真实验进行推广，体现了该项目在高等教育中的重要功能和地位。然而，目前虚拟仿真实验项目的投入主要依靠建设单位自行筹措，不同类型、地区、等级的项目成本千差万别，缺乏统一的标准，严重阻碍了虚拟仿真实验项目的开展。

三、成本分析

（一）项目制作成本

虚拟仿真实验项目制作成本是虚拟仿真实验项目成本的主要组成部分，包括项目策划投入和软件制作投入两个部分。项目策划投入主要是高校项目负责人对项目总体流程、实验步骤、实验方法、实验数据、人机交互步骤等各进行的人力物力投入；而软件制作则通常采用招投标等方式让软件公司实现项目策划。显然，项目制作成本并不仅仅是软件制作公司制作虚拟仿真实验项目的成本。对于一个虚拟仿真实验项目，软件制作成本与软件公司密切相关，不同的软件公司对同一个项目的报价往往并不一致。但项目完成招投标后，制作成本就是确定的。与软件制作成本相比，项目策划成本在整个过程中都难以评估。

为了尽可能地将制作成本进行量化，将项目策划成本近似等效为高校人力投入，即完成一个虚拟仿真实验项目投入的人天数。虚拟仿真实验项目高校人力投入与项目的等级密切相关，显然，国家级的虚拟仿真实验项目投入要大于省级虚拟仿真实验项目的投入，而省级虚拟仿真实验项目的投入又大于校级虚拟仿真实验项目的投入。通常一个虚拟仿真实验项目需要1个项目负责人和2—4个项目骨干。其中，项目负责人全程把控虚拟仿真实验项目的推进；项目骨干具体负责实验项目的流程、实验数据库建立以及与软件制作公司的对接等。项目骨干的人数近似根据项目级别确定，即校级、省级和国家级虚拟仿真实验项目分别为2、3、4人。此外，对于校级、省级和国家级虚拟仿真实验项目，按照1个月、2个月和3个月计算，则不同等级项目高校人力投入如表1所示。

表1 不同等级项目高校人力投入

与项目策划成本不同，软件制作成本同时包含了企业人力投入和资源投入两部分，并不能简单地采用项目投入的人天数计算。其中，企业人力投入可以参照高校人力投入进行测算，但由人天数改为组天数，即以项目组工作的天数来统计企业人力投入。企业资源投入部分包括软件制作工具许可使用费、水电费、运营费、利润等除人力投入之外的其他费用。显然，该部分费用与企业本身密切相关，无法定量衡量。为了方便起见，定义P为软件制作成本中资源投入与企业人力投入（组天数）的比值，显然不同企业的P值是不一样的。

应当注意的是，很多高校仅将软件制作投入纳入虚拟仿真实验项目制作成本，并未考虑高校的项目策划投入，这主要是由于虚拟仿真实验项目普遍被认为是高校职务成果，因此高校项目策划成本并未单独列入项目制作预算。实际上，一个虚拟仿真实验项目的优劣，往往是由项目的策划成本决定的，软件制作成本仅仅是实现项目的策划落实。因此，在考虑项目制作成本时，需要统筹考虑项目策划投入和软件制作投入两个部分。

（二）项目持续建设服务成本

虚拟仿真实验项目的使用过程，就是项目持续建设服务的过程。项目持续建设服务成本分为虚拟仿真运行维护成本和建设改进成本两部分。虚拟仿真实验项目运行维护成本主要指在项目使用期间需要投入的人力和物力，虚拟仿真实验项目建设改进成本主要指项目建设完成后在原有项目的基础上进一步功能升级所需要的成本。对虚拟仿真实验项目进行持续建设，有利于弥补项目本身不足，提升项目质量。

虚拟仿真实验项目运行维护成本中的人力成本主要用于解决项目在使用过程中遇到的问题。该部分工作绝大多数可以由高校专任教师或者项目骨干解决，极少部分涉及网络、软件、程序等方面的问题需要软件公司协助解决。因此，在虚拟仿真实验项目运行维护人力成本中仅考虑高校人力成本，人力投入为一人，持续时间为整个使用阶段。虚拟仿真实验项目运行维护成本中的物力成本主要用于保存虚拟仿真实验项目并保证项目连通性等方面的支出。尽管存在实验空间等国家级和省部级虚拟仿真实验教学平台，但这些平台往往仅起到链接作用，即项目本身由项目建设单位负责，平台通过接口实现数据传递。因此，项目建设单位必须自行保存虚拟仿真实验项目，并保证项目在使用过程中的连通性。目前平台对虚拟仿真实验项目的保存并无硬性规定，学校可以采用自身现有平台或者项目开放公司平台存放，但如果没有存放平台，需要自行搭设，就要考虑相关成本。

由于时间、经费以及经验等方面的限制，在虚拟仿真实验项目使用过程中可能会对项目进行更新或改进，包括增加实验工况、扩展实验对象、改进评价方法等。该部分改进与项目制作的过程一致，同样包括项目策划投入和软件制作投入两个部分。然而，该部分是在原项目基础上进行的，该部分成本主要取决于投入时间，可参照表1和表2按照项目级别进行预估。

表2 不同等级项目软件制作成本

四、结语

虚拟仿真实验是目前新型教学手段之一，通过软硬件相结合的方式，突破了传统实验在时间上的限制，学生可以随时、随地进行实验，是今后实验教学发展的方向。本文通过将虚拟仿真实验项目成本分为项目制作成本和项目持续建设服务成本两类，根据拟制作项目的级别对人力投入和制作成本进行预估，从而实现对虚拟仿真实验项目成本定量和定性相结合的分析，为虚拟仿真实验项目财务预算提供依据，从而促进虚拟仿真实验的发展和应用。

注释：

①刘振峰,郭为忠.虚拟仿真实验教学课程资源设计及教学过程的改革与探索——以上海交通大学“设计与制造Ⅱ”课程为例[J].教育理论与实践,2022,42(9):51-54.

②徐伟杰,徐明,郭彤,等.“金课”背景下土木类虚拟仿真实验教学发展趋势——基于2018年国家虚拟仿真实验教学项目共享平台公示数据[J].高等建筑教育,2021(2020-1):74-85.

③徐明,刘艳,陆金钰,徐照,熊宏齐,吴刚.土木工程虚拟仿真实验教学资源的建设[J].实验技术与管理,2015,32(12):116-119.

④周晓云,景素华.大学物理虚拟仿真实验的教学实践探讨[J].读与写:上旬,2018(6):2.

⑤本书编写组.虚拟仿真实验教学课程建设指南[M].(2020年版).北京:高等教育出版社,2020:1.