高校虚拟实验室建设问题探讨

夏兴有 邹广平 曲嘉

摘要：文章对目前高校虚拟实验室的建设情况进行研究讨论和剖析，确定建造虚拟实验室的原则和目的;突出建设特色，推进资源共享;理清虚拟实验室与实物实验室之间的关联;增强虚拟实验室的学术科研实力，使得虚拟实验室发展更进一步。

关键词：虚拟实验室;资源共享;实验教学

从2012年开始，教育部支持和倡行虚拟实验室的文件连续出台，对虚拟仿真实训实验系统的构建，虚拟实验室建设的指导思想、目的、内容和相关问题进行说明。2013年以来，教育部开始建设国家级虚拟仿真实验教学中心，评出了首批100个国家级虚拟仿真实验教学中心。在此之前，因为没有统一标准，各高校建立起来的虚拟实验室的科研能力也是各有良莠。教育部出台一系列文件后，高校随之建立了数百个国家级和省级虚拟仿真实验教学中心，虚拟仿真实验教学中心的建设也得到了进一步的发展，在这之后高校也开展了校级虚拟仿真实验教学中心的建设。

高等学校虚拟仿真实验教学中心存在多方面的优点，尤其在经费投入、实验时间、实验空间、实验环境等方面具有突出的优势，这样就实现了虚拟实验室和实物實验室的深度融合。在高校科研教学中，实验教学能力扩展和补充需要虚拟仿真实验教学中心作为一个实现平台，虚拟实验室在建设方面具有维护成本低和节能环保的优点，在教学科研方面有效率高、学生易于学习和操作等优点。虚拟仿真实验教学中心的建设不仅能提升实验教学质量，而且还很好地推动了学生的实践能力和创新精神，使得实验教学与信息化相辅相成。

虚拟仿真实验教学中心是前所未有的模式，在建设和后期管理阶段想必会遇到许多新问题。本文讨论了针对当前技术条件下虚拟实验室建设中须引起关注的几个问题，这些问题对加强促进和优化虚拟实验室建设，推进虚拟实验室可持续发展具有重要的参考价值。

一、进一步明确虚拟实验室的建设原则与目的

现如今，随着通信技术的进步和信息技术的臻于完善，各高校实验教学不断地推进、深化改革，实验教学形式发生了巨大变化，实验教学内容的要求也愈来愈高，随之保障实验条件和实验经费压力也相应变大，这就直接对实验教学质量、学生创新思维和科研能力的培养产生很大的影响。虚拟实验室的建设被提上了日程。

虚拟实验室是利用计算机系统，结合通信和信息技术处理融合创新，完成或完善实验。实验者在逼真的环境中进行实验研究，直观认知原理、深刻理解实验背景和在工程中的应用，效果等同实物实验，有的还优于实物实验。对于学生来说，虚拟实验室培养学生主动学习钻研、自主设计创新的能力。

高等学校虚拟仿真实验室的建设原则首先是虚实结合，是在需要实的情况下实，需要虚的情况下虚，不能虚实混乱。适合虚拟实验建设的有以下几类实验：第一是危险性大，高污染、高耗能、高辐射和实验成本高的实验项目，虚拟实验时不用担心安全，可随意发挥，解决实物实验室因条件限制而无法开展的问题;第二是现实中由于条件限制难以实现或特别复杂的实验项目，比如医学和生物学方面的一些实验项目，虚拟实验可增加学生的实践机会，提高学生参与实验的积极性 ;第三是不可复制和复制难度大的实验项目，例如考古等，可以进行虚拟仿真实验;第四是经典的实验项目，虚拟实验可便于学生课前预习，模拟操作，增加他们的了解和认识，为实物实验做准备，锻炼了学生的动手能力，对实物实验项目进行了补充;第五是新技术与新成果转化成的实验项目，这类实验内容新、方法新，受设备条件限制，开设起来有难度，利用相应的实验软件，虚拟实验更及时方便。

二、突出特色，避免千篇一律

虚拟仿真实验教学项目要出“金项目”，出精品项目，避免“水项目”。在建设虚拟仿真实验室的过程中，高校要以能体现学校办学特色、学科优势和专业特点的虚拟仿真实验室为重点项目，不追求大而全，要致力于精而专。每个虚拟实验室都要有特色，每个虚拟实验室都要成为一个品牌，既要和其他高校虚拟实验室有共性的地方，更要和其他高校同类实验室有区别，这样的虚拟实验室建设才有价值。

三、推进资源共享，避免重复建设

虚拟实验室不能一窝蜂地建设，高校应从自身发展水平出发，循序渐进地进行虚拟仿真实验室建设，特色不明显的不建，无优势的不建，虚拟仿真效果不好的不建，更不能出现粗制滥造的情况。虚拟仿真实验室的建设不仅易于资源信息共享，而且还可促进院校之间的交流、深化学科专业间的合作，相互借鉴，优势互补，也能避免重复建设和开发，确保高校科研教学资源的高效利用。还可以多方联合开发，既有利于虚拟实验信息资源共享，又节约成本，这也能够实现各具特色的实验教学内容体系。虚拟实验室在优化教学资源配置，突出教学资源优势，实现教学资源共享共建方面推动了高校现代化教学的发展。

四、理清虚拟仿真实验室与实物实验室的关系

实物实验是操作者利用真实的仪器设备进行的实验，既需要设备还需要有场地作为保障;在实物实验室中无法完成或者完成有难度的实验，可以利用计算机通过虚拟实验技术完成实验，这是以虚代实的实验模式。虚拟仿真实验具有避免风险、节约成本、绿色和环保等优势，但传统的实物实验对实验者而言更有优势。对于具体实验项目，做实物实验还是虚拟实验，要根据课程要求和授课对象的特点来决定，要重实验效果，重学生能力培养。认为虚拟实验项目可以代替实物实验项目，因此不去开设实物实验项目，这个观点是不正确的。实物实验相对虚拟实验更加直观和更有利于培养学生的动手能力和解决分析问题的能力，所以要以实物实验为主，能开设实物实验的必须开设，虚拟实验可以作为补充，以补充不能完全代替的实物实验。两种实验项目各有所长，虚拟实验虽然能相对真实地模拟实验过程，但在具体操作方法和感官方面与真实环境有很大差距。

用虚拟实验室完全取代传统实验室是不合理的，更不能通过虚拟实验平台把经典的实物实验简单的完成，也不能因实物实验操作复杂、实验耗材浪费等而虚拟化。受条件制约，一些实物实验不能进行，那就需要虚拟实验代替。虽然虚拟实验室对实验教学效果有一定的提升，但是对于一些实验项目尤其是对专业要求极高的实验项目，虚拟实验的实验结果再好，不是传统实验，结果也不能实现共享。虚拟实验室的建设可以有效地降低传统实验室的建设成本，高校也不能因此以虚拟实验室作为重点。因此在建设过程中一定要把握好虚拟仿真实验建设原则和传统实验室的比例。

五、注重长效机制建设

就一些机制和体制来说，虚拟实验室的建设和教学是一种前所未有的形式，肯定会出现一些问题。必须建立一套良性、高效、协调的运行机制和管理体制，才能更好的发挥作用，才能调动教师和管理人员的积极性，才能激励学生积极参与。鉴于和实物实验室的不同，虚拟实验室项目的内容系统、讲义系统和学生的评价系统也是重中之重。要在虚拟仿真实验教学中心建立教研人员和管理团队工作内容的量化方式和合理的考核办法。虚拟实验平台的日常管理和维护也需要制定详细的规章制度。要保证虚拟实验室的可持续发展，虚拟仿真实验室的前阶段建设以及接下来的进一步发展，高校经费的投入是实现的前提。

六、丰富虚拟实验室内涵，提升科学研究能力

在进行虚拟仿真实验室建设时，根据实验项目特点，挖掘内涵，丰富内容，为进一步加强虚拟实验室的科研功能和创新能力，需要建立一批优秀的能够彰显虚拟实验室科研功能的虚拟实验项目。同时，高校还应该结合科研项目进行虚拟实验室建设，侧重科研功能，兼顾实验教学，这样建成的虚拟实验项目起点高，具有前瞻性和创新性。在师生使用虚拟仿真实验室进行科研项目的同时把学科最新、最前沿的科研成果精炼转变为虚拟实验项目，使得虚拟实验项目不在拘泥于教学，还能扩大虚拟仿真实验室的资源。

随着高等教育信息化的进步，高校虚拟实验教学中心的建设也顺应这一趋势，实现了高校实验教学的深化改革，也提升了高校的教学能力和教学质量。相对于传统实验室和实验教学，虚拟实验室是一种新模式，教学方式更加丰富，表现形式也更加灵活，在提高学生素质、促进实验技术手段创新等方面将发挥重要作用。虚拟实验是一种新的教学模式，作为传统实验教学模式的完善和补充，它契合了当今高校人才培养的需求。为了更好的服务高校的教学科研能力，虚拟仿真实验室也会顺应时代潮流，实现更进一步的发展。

参考文献：

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编辑/宋宇