地方高校虛擬仿真實驗教學中心建設研究與實踐
——以安陽師范學院為例

姚遠峰,陳衛軍

(安陽師范學院，河南 安陽 455000)

目前，虛擬仿真實驗教學已經成為高等院校信息化教育的重要建設內容，也是高等院校實驗教學改革的發展方向。虛擬仿真實驗教學在解決傳統實驗設備不足、場地不足、管理人員不足、學生實踐時間不足等方面有著天然的優勢，又因其具備仿真性、交互性、安全性等特點，而受到了各高校的擁躉。特別對于新建地方本科高校而言，由于本科辦學時間較短、實驗教學水平相對較低，大力推進虛擬仿真實驗教學中心建設，就成為其推進實驗教學改革、提高教學質量的有效手段。

安陽師范學院是一所典型的教學型地方高校。近年來，按照教育部和河南省教育廳的統一部署，在虛擬仿真實驗教學領域開展了一系列工作，取得了部分成果，但是也存在一些問題。特別是在2020年全國防控新型冠狀病毒疫情期間，高等學校對于虛擬仿真實驗教學的需求急劇增加，如何高質量地完成教學目標，真正做到停課不停學，就必須對虛擬仿真實驗教學中心的建設進行重新思考。該文以安陽師范學院為例，就本校虛擬仿真實驗教學的現狀進行了分析，對于建設更高水平的虛擬仿真實驗教學中心進行了探討和研究，并給出相應的對策和建議。

1 背景分析

隨著信息技術的飛速發展，以信息技術應用為本質特征的虛擬仿真實驗教學，適應了信息時代高等教育開放辦學、資源共享的變革要求，為學生開展探究性學習、自主實驗和創新實踐提供了先進手段、開放平臺和優質資源而得到快速發展。教育部高等教育司司長吳巖2018年11月24日在第11屆中國大學教學論壇上的報告中強調，信息技術、智能技術與實驗教學的深度融合破解了高等學校實驗、實習、實訓中的老大難問題，解決了原先“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的問題[1]。 國家虛擬仿真實驗教學項目是教育部推出的5類國家“金課”之一，其建設水平遵循國家“金課”的“高階性、創新性、挑戰度”，即“兩性一度”標準[2-3]。 全國高校實驗室工作研究會副理事長王衛國教授通過對比國外高校開展虛擬仿真實驗教學的實踐案例，指出信息技術的快速發展為虛擬實驗室、虛擬仿真實驗系統、協同實驗平臺、沉浸式實驗軟件以及開放教育資源的建設與應用提供了有力的支撐，促使實驗教學理念、模式、方法及手段發生了深刻的變革。例如，新加坡南洋理工大學的COTF、東京大學的KALS、德國伊爾默瑙工業大學的虛擬現實實驗室、美國匹茲堡大學的可擴展協作學習空間等一批虛擬實驗環境的未來教學實驗室[4]。北京師范大學智慧學習研究院聯席院長、福建網龍計算機網絡信息技術有限公司董事長劉德建教授分析了虛擬現實技術教育在激發學習動機、增強學習體驗、創設心理沉浸感、實現情境學習和知識遷移等方面的優勢，以及在支持學習環境創設、支持技能實訓、支持語言學習、支持特殊兒童教育等四大方面的應用[5]。王曉暄、齊貴超、張敏等針對虛擬仿真實驗教學中心架構和虛擬仿真實踐平臺架構的設計方案、設置、運營、機制進行了討論[6-9]。王超杰等提出的基于計算機軟硬件和各種傳感器裝置沉浸式虛擬現實展示系統，能夠生成可交互和具有沉浸感覺的三維虛擬場景，對現實世界環境及對象模擬仿真來說，可用于構建實踐教學環境，提高學習效率，促進教學方式創新[10]。劉為滸等指出，虛擬仿真技術在本科教學中的應用研究是提升高等教育信息化水平的重要舉措，利用其開發和整合的各類教育教學資源，能極其顯著地提高本科教學的實施效果[11]。鄭偉南構建了“實驗室-仿真室-實習基地”的“虛實結合”的三位一體實踐教學平臺，形成了“虛實結合”的現代化、多元化實踐課程教學體系及“學習需求導向型”的教與學的方式方法[12]。陳穎、葉松分析了校企合作下的應用型地方高校虛擬仿真實踐教學，通過校企合作教學與虛擬仿真技術的有機結合，對現有的虛擬仿真實踐教學進行探討和實踐[13]。

隨著技術的日臻成熟，在教育行政部門的積極引導和推動下，虛擬仿真實驗呈現蓬勃發展態勢。安陽師范學院作為發展中的地方高校，在新時代背景下積極開展虛擬仿真實驗教學，探索促進虛擬仿真實驗教學可持續發展的有效路徑已迫在眉睫。

2 學?，F狀

安陽師范學院從2016年開始虛擬仿真技術的研究和探索，并取得一定的成果，獲批立項建設省級虛擬仿真示范中心和6項省級虛擬仿真示范項目。但也存在一些問題，主要表現在以下幾個方面。

2.1 教師開發虛擬仿真實驗項目能力較弱

由于虛擬仿真實驗項目是近幾年才興起的項目，全國高校普遍缺乏開發能力。我校有些教師雖然能開發簡單的虛擬仿真實驗項目，但要開發質量較高的虛擬仿真項目，甚至更為高級的虛擬仿真產品或商品，尚有很長的路要走。

2.2 各虛擬仿真實驗室建設位置比較分散

目前，學校已經在和容樓建設了資源環境與旅游學院、外國語學院、物理與電氣工程學院等3個虛擬仿真實驗室，規劃了產品研發區和體驗中心(產品展示區)，規劃較為合理。但軟件學院的實驗室建在文明大道校區，商學院的實驗室在文博樓，這樣不便于集中管理，設備和場地的資源利用率不高。

2.3 沒有建立相關管理機構

目前，學校虛擬仿真實驗教學存在多頭管理現象，教務處負責實驗教學管理和虛擬仿真實驗教學項目的申報，國資處負責設備、場地的管理和定制虛擬仿真實驗項目的招投標，二級學院負責實驗室管理、開發自主虛擬仿真實驗項目。缺乏校級虛擬仿真中心的管理人員和相關管理機構。

2.4 沒有明確開發虛擬仿真實驗項目、產品、商品的激勵機制

由于虛擬仿真實驗項目是近幾年國家和省教育廳才明確要開展的工作，學校尚未出臺對教師和學生開發的實驗項目、科研項目、創新創業項目進行獎勵的相關政策。

3 建設目標

2020年2月至4月，學校以修訂2021年中央財政資金支持學校校級虛擬仿真實驗中心建設為契機，專門成立論證專家組對項目進行建設規劃。專家組在研究國家相關政策、市場上虛擬仿真技術，調研國內高校開展虛擬仿真相關工作的基礎上，結合學?，F狀，完成了學校虛擬仿真實驗建設規劃工作。

學校虛擬仿真實驗建設工作以校級虛擬仿真實驗中心為載體，通過整合校內外資源，進行校企共建，實現“產、學、研、用”相結合，以培養服務地方經濟發展的實用型人員為宗旨，主動對接區域產業集群需求，聯合相關協作單位，把中心建設成為具有較強競爭力的理論及實用型人才培養基地，以滿足學校人才培養的需要，力爭把實驗中心建設為省內技術領先、設備先進的較高層次的教學科研相輔相成的重點實驗室。為社會培養具有較高的理論水平，能夠適應社會發展的需求，且具有較高工作能力、創新能力的專業型人才。歸納起來是達到“八個一”的目標：通過加強與優質企業合作，爭取建設一套開發虛擬仿真項目的課程體系和教材，打造一批虛擬仿真實驗金課；爭取建設一批實習實訓基地；爭取研發一套成熟的管理平臺；爭取培養出一支優秀的師資隊伍；爭取培養出一批有代表性的畢業生；爭取開出發一批有特色的項目(針對各專業的實驗項目和能推廣的產品、商品)；爭取完成一批成果(教師的縱向、橫向課題，學生的創新創業成果)；爭取在國內高校產生一定的影響力。

4 建設原則

實行分層建設。分為校級層面和二級學院層面，將學校公共平臺建設與二級學院各分中心平臺建設有機整合。

實行分批建設。統籌規劃2020年、2021年及以后三個階段的建設內容。2020年度，主要建設省級虛擬仿真實驗項目；2021年實現中央財政資金支持項目；2022年以后根據情況再確定建設項目。

保證教學中心地位。通過疫情期間的網絡教學進行分析，全國各高校普遍缺乏信息化網絡化的實驗教學項目，以至于大量實驗教學課程處于停開狀態。目前校級虛擬仿真中心已有一定的硬件基礎，需要加大實驗內容項目的建設力度，以滿足于學生實踐能力提高的要求。

兼顧科學研究。在保證實驗教學工作的同時，校級虛擬仿真中心也要對我?？蒲泄ぷ魈峁椭??？梢岳梦倚５馁Y源優勢(紅旗渠精神研究、甲骨文研究、周易文化研究等)，在開發虛擬仿真實驗教學項目的同時，也融入科學研究的內容，開展具有前瞻性、地域性的虛擬仿真科學研究，形成教學與科研互動、以科研促教學的良好局面。

5 建設舉措

圍繞以培養服務地方經濟發展和基礎教育的實用型人才為宗旨，主動對接區域產業集群和基礎教育學校需求，以加強校級虛擬仿真實驗中心建設為突破口，以強化校企、校校合作為紐帶，通過設立校級虛擬仿真管理機構、成立校級虛擬仿真項目開發團隊、完善虛擬仿真實驗項目運行及開發保障體系、研發自主知識產權的VR產品等措施，力爭把實驗中心建設為省內技術領先、設備先進的較高層次的教學科研相輔相成的重點實驗室，示范引領地方高校的實驗教學改革。

5.1 加強校級虛擬仿真實驗中心建設

設立校級虛擬仿真實驗教學中心，實現機器設備、實驗場地、實驗項目、實驗教師和管理人員的統一管理并達到如下效果：第一層次，使其成為廣大學生能進行廣泛實驗的平臺，提高課程的教學質量；第二層次，使其成為校內外教師和部分優秀學生開發虛擬仿真項目和產品的平臺，爭取教師能開發出虛擬仿真實驗“金課”、橫向科研項目和產品，學生能在創新創業工作中取得若干成績。

5.2 設立校級虛擬仿真實驗管理機構

成立專門的虛擬仿真實驗管理機構，明確其工作職責和工作任務，管理機構主要負責校級虛擬仿真實驗中心的建設規劃、發展規劃、日常維護和運行，協助教務處完成實驗實踐教學的相關環節，協調國資處完成虛擬仿真實驗中心的設備采購及驗收，協調各相關二級學院完成虛擬仿真實驗項目的教學任務以及虛擬仿真開發人員的選拔、培訓、考核及各項管理任務。校級虛擬仿真實驗中心架構見圖1。

圖1 校級虛擬仿真實驗中心架構

5.3 成立校級虛擬仿真項目開發團隊

以軟件學院、建筑工程學院、資源環境與旅游學院為主體，吸納基建處、后勤處、檔案館及其他相關單位的力量，成立校級虛擬仿真項目研究和開發團隊，加強團隊成員的培訓、學科交叉融合、項目推廣等工作，打造以跨學科融合協同育人為特色的品牌項目。

5.4 完善虛擬仿真實驗項目運行及開發保障體系

進一步完善虛擬仿真實驗中心的管理、機房和設備的使用、虛擬仿真實驗項目的考評、虛擬仿真實驗室的擴建和升級、運行和建設資金的使用等，確保校級虛擬仿真實驗中心實現“建設、考評、反饋、提升”的良性發展之路。為調動教師和學生的積極性，修訂完善關于開發虛擬仿真實驗項目、虛擬仿真實驗室全天候開放以及相關獎勵政策的文件，以保障教師和學生能投入更多精力開展虛擬仿真技術的學習和提高。

5.5 加強校企、校校協同育人

以豫北片區“三市四?！苯處熃逃搫影l展共同體和校級虛擬仿真實驗教學中心為依托，尋找優質的虛擬仿真企業和基礎教育學校，簽訂校企、校校合作協議，明確各方的權利和義務，開展廣泛的校企、校校合作，成立企業冠名的虛擬仿真學院，爭取盡快達到建設目標，實現高校、基礎教育學校和企業三方共贏。

5.6 研發具有自主知識產權的VR教育產品

建立VR項目產業孵化基地，研發擁有自主知識產權的VR教育產品，服務于信息化教育的深度改革，創造經濟效益。

6 效益分析

該項目前期成果已經在軟件學院、建筑工程學院、外國語學院、商學院等部分本科專業中應用，項目完成后可在全校64個本科專業及基礎教育學校應用。

通過兩年的建設，虛擬仿真實驗教學中心將成為安陽師范學院人才培養體系的重要組成部分，在引導學生理論聯系實際，培養學生的創新精神和實踐能力等方面發揮重要的作用。虛擬仿真實驗教學已不僅是驗證知識和探索新技術的一種方法，還是培養學生多種實踐能力和創新思維的主要手段。建設好虛擬仿真實驗教學中心，將有力地推進實驗教學內容、教學體系、教學方法和教學手段的改革。預計受益學生年均達到6000人次以上，同時在人才培養質量上將達到以下指標(見表1)。

表1 人才培養質量指標