高校信息资源开放共享机制建设的新载体：虚拟实验室

林宝灯

（福建江夏学院经济贸易学院）

1989年，弗吉尼亚大学 （University of Virginia）的William Wulf教授提出了“虚拟实验室”的概念，他认为虚拟实验室是由研究人员创建的，具备沉浸感的电子化、网络化的可互动的人工环境。［1,2］在合作的理念下，虚拟实验室可以连接不同地域的实验设备和数据库，获取并共享数据信息资源。虚拟实验室信息资源是虚拟现实技术快速发展的成果，开发和利用潜力巨大。2015年，Sonnenwald D H的结果表明，虚拟实验的实际操作性能良好，［3］并且这一类信息资源具备多感知性、临场感、交互性、模拟性等特征，实现了信息资源使用者与提供者之间联系的媒介化。［4,5］

虚拟实验室是没有围墙的实验室，其摆脱了固定地理位置的束缚，使信息资源开放共享成为了可能。高校虚拟实验室信息资源的开放共享，源于开源文化理念的推动，［6］这一理念不仅促进了信息资源利用效益的最大化，还填补了数据的空白，并修正、提高了信息资源数据质量。［7］2012年，Borzacchiello和Craglia指出，开放共享下的信息资源将可能成为促进国民经济增长和产业创新的要素之一。［8］伴随着“互联网+教育”的迅速发展，尽管虚拟实验室应用态势良好，但仍然存在许多问题，如数据开放不成熟［5］、部分高校缺少开放共享平台、信息资源共享普及度低。因此，本研究专门针对虚拟实验室这一特殊的信息资源载体，全面阐述此载体信息资源的类型和载体特征，深入探讨高校信息资源开放共享机制的建设方式，以期为相关工作提供新视角。

1 虚拟实验室信息资源的类型与载体特征

1.1 资源类型

虚拟实验室信息资源是基于虚拟现实、云计算等现代信息技术建设的，由虚拟实验平台所呈现的实验项目资源。虚拟实验室信息资源是高校信息资源的重要组成部分，也是数字资源的一种全新表现形式。这一资源的形成围绕着从实体资源向数字资源转变、再升级成为虚拟仿真资源的过程。其中，实体实验室资源有实验室空间、实验设备与材料、教案教具等；数字资源有文本文档、图片、视频动画、考察题库等；虚拟仿真资源有设备材料虚拟模型、仿真动画、虚拟仿真实验算法软件、软硬件交互仿真实验程序等。［9］虚拟实验室信息资源的类型按应用目的及开发技术，可分为机理认知型、设计研究型和综合型三种。［10］

机理认知型的虚拟实验室信息资源主要由虚拟模型和仿真动画组成，其作用是对实验环境场景和设备耗材进行虚拟化仿真的构建，帮助信息资源的使用者对相关实验原理有基本认知。设计研究型的虚拟实验室信息资源主要由虚拟仿真实验算法软件组成，这类资源的目的在于使高校师生通过这类资源来模拟、仿真所要探索的设计类问题，通过实验得到结论。这一资源可视化程度高，是结合数理化的方法建立的问题模型和条件参数，构筑相关学科领域的真实运行状况、功能机理以及算法的一整套信息资源程序。这一资源更多呈现出“行为建模”的属性。综合型的虚拟实验室信息资源主要由软硬件交互仿真实验程序组成，这类资源通过仿真性更强、数据交换更频繁的软硬件一体化系统来呈现，使信息资源的使用者在虚拟的网络环境中完成对于硬件要求相对较高的实验。软硬件交互仿真实验程序作为一种综合性的信息资源，不仅综合了机理认知型和设计研究型虚拟实验室信息资源的特性，而且通过接口、传感等单元将高层次的硬件联入网络软件系统，展示出其硬件高配置要求、性能高交互性的特性。如借助VR摄像机等设备获取研究对象的表情和行为、移动规律变化等，并按要求处理数据，就是一种典型的综合型虚拟实验室信息资源。［9,11］

1.2 载体特征

（1）信息资源传播的多样性与交互性。高校对于信息资源的需求呈现出专业化、网络化、分层化、电子化的趋势。虚拟实验室作为高校信息资源载体的一种有效形式，在传播共享时的多样性表现在信息资源内容的多样性和受众的多样性。虚拟实验室信息资源的内容和类型是多样的；而受众的多样性体现在虚拟实验室信息资源的使用者可以是资源所在高校的师生，也可以是其他同类高校的师生，还可以是社会其他有需求的机构。交互性是虚拟实验室信息资源的重要特征，正是这种可执行的交互性使信息资源表现出极大的优势：获取信息从原先单一的阅读纸质类资源的方式，拓展为因互动或基于主动需求而形成的、在不同境况下展现的、带有反馈性质的虚拟仿真信息资源。

（2）信息资源的学科性与应用性。虚拟实验室信息资源的集成依靠互联网服务提供商（Internet Service Provider，ISP）达成，或者由高校相关队伍自身的力量来建设，信息资源一般指向某一学科或相关的一类学科群，在内容的呈现上体现了集中和专门性。虚拟实验室信息资源的应用性极强，能在实验教学领域对实体实验教学形成有效的补充，解决了实体实验可能带来的危险、实验真实场景不可及、实验成本过高等问题，起到了较为积极的作用。同时，基于对虚拟实验室信息资源应用性的认识，高校能进一步协调教学资源建设，促进信息资源实现高利用率，最终实现提高教学质量的目的。

（3）信息资源共享载体建设的技术与科学性。为了使虚拟实验室信息资源更易于使用和共享，信息资源载体建设中的技术与科学性就显得相对重要。虚拟实验室在建设中使用了多媒体、云网络、虚拟现实、大数据、人机交互等技术，集合了基于软件共享、硬件共享或远程操作控制等虚拟实验室信息资源。［12］虚拟实验室作为信息资源共享建设的载体，从使用者的接受度、操作可控性、信息资源获取难易度、信息资源习得与转化效果评估等方面都具有优势，也正是其科学性的体现。

2 虚拟实验室信息资源开放共享的必要和可行性分析

2.1 必要性

虚拟实验信息资源不是简单意义上的“课件”，借助于虚拟环境的沉浸作用的帮助，可极大提升用户的兴趣度、学习接受度和效果。［13］同时，虚拟实验克服了实体实验危险性等不足，满足了高校对虚拟实验信息资源的极度渴求，都从侧面反映了开放共享的必要性。特别是一些基础薄弱、虚拟实验信息资源建设滞后的高校，急需通过让渡方信息资源开放共享的模式来获得优质资源，以较低的成本来丰富教学信息资源、提高教学水平。

2.2 可行性

虚拟实验室信息资源作为一种升级的数字资源，在整合算法和各类模型资源的基础上使实验操作环节虚拟化，结合虚拟实验信息资源特征并运用网络互联技术，使信息资源开放共享的可能性得到实现。开放共享不仅依赖于设备和技术，还需要一批具备较强技术能力和管理能力的复合型人才，而高校本是人才的引入和聚集地，且校企合作等形式达成的人才共用等都将成为有力的保障。

3 虚拟实验室信息资源开放共享机制的有效构建

3.1 平台架构

虚拟实验室信息资源开放共享平台的构建应遵循优质资源集成、可持续发展、安全实用等原则，并在整合信息资源、沟通开放信息、提升共享效率的目标下进行，力争把虚拟实验室信息资源开放共享平台建成具备访问、检索、实验操作、讨论论坛及管理服务等多项功能的信息资源中心。平台的架构设计如图1所示，主体内容开放共享公共服务平台、开放共享虚拟实验平台和开放共享基础软硬件与资源库三部分组成。

图1 虚拟实验室资源开放共享平台架构

（1）开放共享公共服务平台，平台架构中的服务层。其基于开放共享的目标，服务于虚拟实验室信息资源主管机构、信息资源提供单位和信息资源共享成员等。开放共享公共服务平台总体功能集中于以资源管理平台的建立，使各个平台服务对象掌握各司其职的管理权限，完成对虚拟实验信息资源和信息处理的管理，实现数据资源的记录与调度、查询与访问、开放模式选择、开课管理与在线指导、对资源质量和共享效益的评价等，让平台所提供的服务项目能在开放共享目标的基本前提下，从服务对象的需求出发，达到项目选项丰富、用户各取所需的预期目标。下面以开放模式选择为例，介绍开放共享公共服务平台架构的基本思路。

开放模式的选择，是高校虚拟实验信息资源获得应有的开放效益的关键因素。开放模式可根据开放时间、对象、方式等的不同区分对待。如以作息时间为参照，采用固定时间开放或预约时间开放的模式，远程通过软件客户端来操作虚拟实验的项目，实现24小时开放，并将在线知识学习、虚拟实验操作和测验、创新实验开发等流程实时对接进行，不受时空限制。

（2）开放共享虚拟实验平台，平台架构中的应用层。平台包含虚拟实验平台和资源开放共享平台两大部分，重点突出应用标准与协议在其中的应用。实验平台将信息资源服务进行有效整合、提供不同权限与个性化定制的虚拟实验信息资源，将实验操作和开放共享集成于统一网页的服务界面，在应用标准与协议的作用下与终端用户达成信息资源共享，这也是虚拟实验室信息资源开放共享中最核心的一环。

（3）开放共享基础软硬件与资源库，平台架构中的数据层。其中优质的虚拟实验项目信息资源库建设是最必要的环节，资源的建设是现实实验资源的虚拟数字化或大型仪器设备在远程操控下的数据结果在客户端的传送与呈现，是实现虚拟实验室信息资源开放共享的基础环节。在数据层的开放共享网络系统方面，可争取实现与国家级大平台信息资源的互通有无，通过统一的连接接口接入“高等学校仪器设备和优质资源共享系统（CERS）”，与其他高校资源开放共享。

3.2 体系建设

健全的运行体系是虚拟实验室资源持续、有序、健康开放共享的有力保障。虚拟实验室信息资源开放共享的建设不仅包含优质的实验项目资源库，还应包含涉及意识与政策、技术与资金、评价与激励等环节共同完成完善的运行体系建设（见图2）。

（1）意识与政策。为了推动虚拟实验室信息资源开放共享，高校应成立专门的组织管理机构，发挥顶层管理机构的指导与引领作用，秉承着科学规划、提升效益、持续发展的目标理念和指导思想，潜心建设与管理。在意识内容塑造层面，建设与管理过程应深化虚拟仿真实验信息资源建设，重点突出其基础性作用。同时要明确将开放共享管理平台、管理制度和人才队伍的建设等作为管理与建设内容的组成要素，［14］充分意识到其可能发挥的重要作用。要以实现扩大的开放共享范围为阶段性目标，努力探索政校企合作、夯实由开放共享模式等组成的支撑体系，最终达成虚拟实验室信息资源优质、丰富且共享率高的良好持续发展局面。

图2 虚拟实验室资源开放共享运行体系建设模型

在政策方面，应有完整的虚拟实验室信息资源开放共享管理制度。制度的设计应将开放对象的选择与评估作为注重点之一，开放对象从来源上分可划分为校内用户对象和校外用户对象。开放对象明确之后，应从必要性、经济性、社会效益等层面进行政策设计。在校内明确实验资源的开放专业，有一些实验项目是不同专业共同开设的基础课内容，如大学物理实验项目在几乎所有工科类专业中皆有开设，那么大学物理虚拟实验资源应向所有相关专业学生开放。与此同时，针对校内其他需求也应给予开放，如参与自主科研创新实验的学生。在校外，共享的对象主要是有相应需求的其他高校或社会团体。由于在专业建设方面，各个高校的着力点、实验教学资源建设进度不尽相同，在自己的资源短板层面应向其他高校取长补短，申请共享虚拟实验资源；其他社会团体也能在虚拟实验资源共享中获取较大益处，如行业职工相关知识学习、技能培训与测验等，都能通过共享平台进行。

（2）技术与资金。基于云网络、大数据等技术建设的虚拟实验室信息资源开放共享平台，现阶段的发展瓶颈主要集中在信息资源的开发拥有者之间各自为战，所采用的技术标准不统一，数据兼容性差且传输受限。因此设置虚拟实验室信息资源的开发与开放共享的国家统一技术标准是亟待解决的问题。除此之外，还应保证基础性的硬件与网络设施，以及利用数据加密、数字签名、防火墙、防计算机病毒等信息资源安全技术保障信息资源开放共享的顺利开展。

虚拟实验室信息资源的开放共享不论在前期资源建设、技术投入和升级，还是后期资源更新以及业务培训和交流等方面，都离不开资金的保障支持。资金的来源可以是政府层面或高校自身的支持投入；可以是在信息资源开放共享后，使用者支付的相应费用所获得的经济收入；此外还可以通过校企合作等形式，利用不同来源的资金加强开放共享建设，确保信息资源开放共享在经济效益与社会效益层面都能形成良好的态势。

（3）评价与激励。评价机制主要用于虚拟实验室信息资源的用前准入评估和用后整体评价，以保证开发和开放共享的信息资源是最优质的。用前准入评估是排除低质量、用户体验差的信息资源，故应成立评审委员会并订立完整的包含质量要求和评估流程的评审标准。［12］用后整体评价，一方面是后台数据可直接调用的客观的使用率、回用率等，另一方面是用户于在线交流系统或论坛进行意见发表形成的主观的好评率。用户的整体评价将对于信息资源是否续用以及在激励等层面也将起到参考作用。

激励措施须注重人才在虚拟实验室信息资源管理中的能动作用。完善信息资源开放共享建设与运营专业人才的引进机制、培训机制和激励机制，尤其在激励机制方面能够合理规划、科学制定，确保虚拟实验室信息资源建设成效明显，能给予受众范围广和参与度高的优秀团队表彰和后续建设的经费支持，还可对工作后进的团队应提出整改意见。此外，一些收费共享的项目，可结合对开发者知识、实物、资金资本等投入的评价与考核，试行利益分享机制，实现虚拟实验室信息资源开发建设的活力与开放共享的持续力。

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［14］教育部高等教育司.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知［EB/OL］.［2013－08－13］.http://www.moe.edu.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201308/t20130821_156121.html.