森林工程国家虚拟仿真实验教学中心建设与实践

辛　颖，李耀翔，狄海廷，杨慧敏

(东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040 )



森林工程国家虚拟仿真实验教学中心建设与实践

辛颖，李耀翔*，狄海廷，杨慧敏

(东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040 )

摘要：虚拟仿真实验教学是信息技术与学科专业融合的产物，是高等教育信息化的重要组成部分。森林工程国家虚拟仿真实验教学中心以建设信息化实验教学资源与项目为重点，开发和建设仿真实验系统，构建虚拟仿真实验教学平台，改革实验教学管理队伍和管理体系，进一步推进了森林工程国家级实验教学示范中心的建设。

关键词：虚拟仿真；实验；森林工程；实践

引文格式：辛颖，李耀翔，狄海廷，等.森林工程国家虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].森林工程，2016，32(1)：94-96.

0引言

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化的重要组成部分，是信息技术与专业相融合的产物，已经成为实验教学示范中心建设必不可少的内容。为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》(教高〔2012〕4号)精神[1]，根据《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》[2]，教育部在2013年启动开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。同年，森林工程虚拟仿真实验教学中心被评为国家级虚拟仿真实验教学中心，成为全国首批建设的百所虚拟仿真实验教学中心之一。[3]

1虚拟仿真实验现状分析

虚拟仿真实验是信息时代教育改革发展的必然要求，信息化技术特征、高度仿真的实验环境和对象以及满足本科教学要求这3个方面构成了虚拟仿真实验教学中心的本质特征。在全国高等院校中，很多学校就虚拟仿真实验室进行了初期的建设与探索。

2011年，教育部科技发展中心对全国高校网络实验室建设情况的抽样调查数据显示，建立网络工程类实验室的高校占65%以上[4]。然而，每年高校中实际应用超过600学时的网络实验室仅有27%，严重浪费了实验教学资源。其中，72.4%的高校曾开放过网络实验教学资源，但由于运行机制和管理体制的不完善，大大限制了优质教学资源的持续性和共享性，形成了教学资源的不均衡现象[5]。因此，目前专业实践教学改革迫切需要创建一个功能齐全、具有较高现代化程度和较强的仿真性，以及能够集教学、科研、服务于一体的实训平台，并以此改进与完善专业实践教学。

虚拟仿真实验教学中心建设的主要任务是实现不具备实现条件或真实实验难以完成的教学功能，主要在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作，以及高成本或高消耗的综合训练等情况时，提供经济、可靠和安全的实验项目。由于森林工程类专业的特殊性，许多实验实习受到自然条件及生态条件的限制，如木材生产作业的高危险性、森林采伐的不可逆性以及采伐对生态环境的破坏性等，所以建设森林工程仿真虚拟仿真实验教学中心对促进森林工程建设、提高学生的动手实践能力具有重要的现实意义。

2森林工程国家级虚拟仿真实验教学中心建设的主要内容

2.1实验中心实验教学资源建设

在虚拟仿真实验中心建设过程中，注重发挥森林工程国家级特色专业的优势，以培养学生综合设计能力和创新能力为出发点，充分整合信息化的实验教学资源，建设与应用森林经营、木材生产、林产品物流和包装的软件和仪器共享虚拟实验，丰富教学内容，拓展学生的实践领域，学生可以放心地在虚拟实验环境做各种危险的实验，实现绿色实验教学[6]。完成森林可视化经营虚拟仿真实验系统、木材生产规划虚拟实验系统、森林作业模拟仿真系统、原条量材造材与原木自动选材模拟仿真系统、原木优化制材虚拟仿真实验系统、木材企业生产规划与模拟经营(ERP沙盘)、木材仓储与进出口模拟仿真系统、架空索道虚拟实验系统、包装工艺过程虚拟仿真系统和生产系统建模与虚拟仿真实验系统的建设与开发。

2.2教学管理和共享平台建设

依托虚拟现实技术、数据库、人机交互、网络通讯和多媒体等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境，创建具有前瞻性、兼容性和扩展性的实验共享平台，实现校内外及更广范围内的实验教学资源共享。完成木材生产虚拟仿真实验教学平台、林区建设与规划虚拟仿真实验教学平台、木材物流虚拟实验平台和林产品包装虚拟仿真实验教学平台和虚拟仿真系统管理平台的建设，全方位、立体化真实再现森林工程学科实践实训场景，克服了由于木材生产作业的高危险性、森林采伐的不可逆性以及采伐对生态环境的破坏性等因素造成的传统方式难以满足实践实训需求，有效解决了野外实验实训的受限性，借助虚拟仿真技术让小课堂变成了大型实践实训基地。

2.3教学管理队伍与管理体系建设

通过对实验教学队伍建设进行科学的规划，从制度建设、职称提升和人员编制等方面实行了有效的改革，培养和造就一支结构合理、素质高、人员相对稳定的实验教学队伍。对于有应用前景的实验项目，中心匹配一定经费，并在实验条件及资源方面提供保障；同等情况下，在实验教学中有突出贡献的教师，职称晋升优先。从制度上引导和激励了教师积极投入实验教学，实验教学效果得到了显著提升[7]。通过采取以上措施，森林工程国家级虚拟仿真实验教学中心已经建设了一支教学、科研和技术人员相结合，结构合理，实践与创新能力强的虚拟仿真实验教学团队。虚拟仿真实验教学中心拥有完善的管理体系，教师队伍实行制度化管理，设备运行规范化管理[8-9]。

3解决的关键问题

森林工程国家级虚拟仿真实验教学中心在建设中着重解决了以下问题。

(1)在建设过程中，突破了支撑森林工程虚拟仿真实验教学的很多关键技术，如高度仿真的森工虚拟实验场景与对象构建、虚拟实验的可视化设计软件工具与环境集成等。包含了实验方案的设计——实施——效果评价——方案整改——再评价的整个环节，在优化实验方案的同时使学生更好地对所学的理论知识进行深刻体验。

(2)以“生产场景、业务流程、社会需求、实践能力”为线索进行虚拟仿真教学资源的构建、整合、优化与共享。梳理影响森工生产活动的因素与环节，构建森工企业生产活动虚拟仿真实验系统，开发相应实验项目，培养学生的综合能力和创新能力。

(3)以森工企业岗位能力链要求构建实验教学平台和虚拟仿真系统管理平台，将森林工程生产的各环节与能力要求落实到实验课程与项目中，采用让学生分角色模拟的方法，以角色所需的能力链作为具体抓手，实现实验课程内容的优化。

4取得效果

森林工程国家级虚拟仿真实验教学中心结合学科、专业特点及企业需求，与合作企业共同研制开发了森工规划虚拟仿真实验教学系统、原条自动选材及优化造材模拟仿真实验系统、室内索道模拟仿真系统、自动化立体仓储系统、森林可视化经营系统、森林作业虚拟仿真系统，原木优化制材虚拟仿真系统、ERP沙盘虚拟仿真系统、林产品加工虚拟仿真系统、林产品包装运输虚拟仿真系统。通过虚拟仿真实验，为学生真实再现真实实验不具备或难以完成的实验场景，为学生全面掌握专业知识、创新创业能力培养奠定了强有力的基础。

虚拟仿真实验教学中心在实验教学体系、实验教学内容、实验课程设置、学生自主性实验、创新性实验教学、实验教学队伍建设、实验室建设和管理等方面取得了显著成效[10-12]，获得师生、同行的广泛好评。同时，虚拟仿真实验教学中心的教学体系及其管理模式对专业课程的改革和其它实验课程的建设起到了较好的促进作用。森林工程虚拟仿真实验教学中心的教学资源面向全校师生开放，校内的学生可以通过登陆校园网进行自主学习。由于森林工程虚拟仿真实验教学中心在建设过程中采用校企合作的形式来完成，虚拟仿真实验教学中心定期对企业相关人员进行培训，从而达到校企共享。

5结束语

森林工程虚拟仿真实验教学中心在建设过程中本着“能实不虚、虚实结合、相互补充”的原则，以建设和应用虚拟仿真资源平台为主旨，以优化森林工程虚拟仿真实验项目、构建虚实结合的现代化实验实训基地为目的，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，致力于研发综合型、创新型虚拟仿真实验项目，着重培养一支高素质、结构合理和人员相对稳定的实验教学队伍，着力改善传统实验实训成本高、效率低、资源消耗大且不可逆和环境污染严重等弊端，进一步推进了森林工程专业实验室建设和实验教学改革与创新。

【参考文献】

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[4]张晓宁.国家级实验教学示范中心建设状况[J].实验室研究与探索，2009，28(10)：85-161.

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[10]陈意军，郭兆南，廖毅.智能网络化实验教学平台的构建与实现[J].湖南工程学院学报，2008，18(4)：96-98.

[11]林伟君.实验室队伍建设的实践与探讨[J].阴山学刊，2010，24(4)：90-92.

Construction and Practice of the National Virtual SimulationExperiment Teaching Center of Forest Engineering

Xin Ying，Li Yaoxiang*，Di Haiting，Yang Huimin

(College of Engineering and Technology，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：Virtual simulation experiment teaching is the product of information technology and integration of disciplines，which is an important part of educational informatization.The national virtual simulation experiment teaching center of Forest Engineering focused on the construction of information-based experimental teaching resources and projects.The virtual simulation experiment system was developed and constructed，the platforms of virtual simulation experiment teaching were established，and the teaching staff and management system of experiment teaching were reformed，which further improved the construction of national experimental teaching demonstration center of Forest Engineering.

Keywords：virtual reality and simulation；experiment；forest engineering；practice

*通信作者：李耀翔，博士，教授。研究方向：森林作业与环境。 E-mail：896964923@qq.com

作者简介：第一辛颖，博士，副教授。研究方向：森工作业与安全。

基金项目：黑龙江省高等教育教学研究项目(JG2014010598)

收稿日期：2015-10-25

中图分类号：S13

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2016)01-0094-03