2020年春季学期虚拟仿真实验教学项目使用情况与分析思考

一、背景

新冠疫情期间，国家虚拟仿真实验教学项目共享平台运营工作组——高等教育出版社实验空间运营工作组（以下简称“实验空间”），积极响应“停课不停学”的号召，落实教育部应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作领导小组办公室《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》，发挥在线学习优势，面向有在线实验教学需求的高校，免费提供一个学期的在线智能实验室服务，并对平台中已获国家认定的实验项目提供在线教学支持及考核管理服务，有效推进了相关项目资源的开放共享，提升了实际应用效能。

2020年上半年，虚拟仿真实验教学课程在共享应用方面实现跨越式发展。除西藏、青海以外，全国各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团均有高校依托“实验空间”智能实验室开展在线实验教学。生物科学类、化学类、物理学类、化工与制药类、基础医学类的项目应用最为广泛。“实验空间”学生用户的平均实验次数为8次，单个用户做实验次数最高纪录为383次。学生根据自己的需要和兴趣，跨越不同学科进行学习和探索，满足了学生实验学习的个性化需求，在培养学生交叉学科自主学习和动手能力方面起到了积极的作用。

为进一步提升在线实验教学的有效性、与传统实验教学模式的相容性，厘清虚拟仿真实验教学项目建设的发展与改进方向，进一步推动实验教学各类一流课程建设，“实验空间”组织开展了2020年虚拟仿真实验问卷调研工作。

二、调研情况

1.问卷设计

“实验空间”组织虚拟仿真实验教学领域相关专家，根据虚拟仿真实验教学的现状和发展趋势设计问卷，并在开展多次试测后确定了调查问卷。

2.样本说明

问卷分为教师卷和学生卷。自2020年8月3日发布以来，截至2020年8月31日回收问卷11 215份，获得有效问卷11 199份。其中教师卷有效问卷共779份，有效问卷百分比为100%;学生卷有效问卷10 420份，有效问卷百分比为99.8%。

3.基本结论

（1）虚拟仿真实验教学项目在教学中受到重视，基于虚拟仿真实验教学项目的线上线下混合式教学模式得到广泛有效应用。

75.10%的教师受访者表示使用的虚拟仿真实验教学项目已纳入教学计划。78.69%的教师受访者认同虚拟仿真实验教学的应用提高了原有线下实验的教学效率和效果。78.01%的学生受访者赞同虚拟仿真实验教学项目提高了学习效率。

受访者普遍认为虚拟仿真实验教学能够重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题。

总体而言，虚拟仿真实验教学的效用得到教师和学生的肯定，但仍需提升改进。

（2）目前虚拟仿真实验教学主要应用于本科阶段理论课程和独立实验课程的教学。其中专业课占比最大，工学、医学和理学类专业应用最多。

填写调研问卷的学生均参与过学校组织的虚拟仿真实验教学活动。其中98.64%为本科生，本科低年级（大一/大二）占54.82%，本科高年级（大三/大四）占43.82%。硕士研究生占1.19%，博士研究生占0.17%。

虚拟仿真实验教学项目在理论课（含课内实践、实验教学）中的应用最多，达到70.07%;独立实验课程位列第二，占24.45%;其他教学环节占4.64%。术科课占比仅为0.84%。

专业必修课的应用达到76.77%，专业选修课为15.66%;公共必修课为6.29%，公共选修课为1.28%。

工学、医学和理学类专业使用虚拟仿真实验的占比总和达到89.33%，其中工学41.17%，医学27.27%，理学20.89%。农学占比为3.61%。文科类的应用多在经管专业，经济学占2.92%，管理学占1.96%。艺术学类、法学类、教育学类、文学类和历史学类均不超过1%，合计仅占2.18%。

虚拟仿真实验教学项目如何在更高层次的人才培养中发挥作用，如何为文科类教学助力，都有待进一步研究和探索。

（3）线上实验教学和线上线下混合式實验教学得到广泛应用，虚拟仿真实验教学项目教学组织形式趋于多样化。

63.15%的教师受访者表示在线虚拟仿真实验教学应与慕课或SPOC结合，认为应单独组织虚拟仿真实验教学的教师占24.52%。另外，有12.33%的教师选择其他形式。大部分教师认为，一门线上实验课程根据实际情况大约需要1～5个虚拟仿真实验教学项目做支撑。

36.89%的教师受访者倾向于采用实验操作形式开展在线实验教学。选择授课形式的占22.06%，考核形式的占20.41%，答疑形式的占18.30%，其他占比2.34%。虚拟仿真实验教学项目应用优势凸显。

91.40%的受访者表示希望更多地采用虚拟仿真实验与传统实验相结合的线上线下混合式教学模式。采取线上线下混合式教学时，教师一般按照教学计划的要求进行操作。如学校未对线上线下教学有明确安排，教师大多根据自身习惯和课程需要自行安排，虚拟仿真实验多用于预习和复习阶段。

虚拟仿真实验教学项目在教学中配套使用的实验教材和资源趋于多样化。自编讲义最高，占26.33%。其次是正式出版的实验教材，占23.41%。最后是本人收集、整理的数字化实验教学资源，占20.5%。实验教学项目中已包含所需教学资源占16.56%，数字实验教材占10.94%。另有2.26%的受访者选择了其他。

虚拟仿真实验教学项目及其配套教学资源与线上课程、线下课程、线下实验的灵活结合应用很可能成为未来教学组织形式的常态。

（4）虚拟仿真实验教学项目的内容质量有待进一步提高。92.89%的受访者认为所使用的虚拟仿真实验教学项目能够还原真实场景，但认为模型精细度较好的受访者只占其中不到一半。7.11%的受访者认为仿真度较差、物体模型粗糙，与真实场景相差甚远。52.95%的受访者认为勉强能够融入虚拟仿真实验情境，认为能够深度融入的占39.24%，认为完全无法融入的占7.81%。

信任实验结果的受访者达到87.61%，认为无法做出准确判断的占6.77%，不信任实验结果的占5.62%。算法科学有效是虚拟仿真实验教学项目质量的关键要素，在建设中应严格把关。

84.88%的受访者认为虚拟仿真实验教学项目的互动形式丰富，15.12%的受访者认为互动形式十分单一。

虚拟仿真实验教学项目配套资源的媒体形式较多，但信息反馈的及时性有待提升。49.90%的受访者认为媒体形式较多，不总能及时获取实验所需的线索和反馈信息。42.63%的受访者认为媒体形式丰富，一直都能及时获取实验所需的线索和反馈信息。7.47%的受访者认为媒体形式单一，无法及时获取实验所需的线索和反馈信息。

93.83%的项目有实验过程记录和考核评价结果。但支持完全自由练习，实验过程记录完整且考核评估功能完善的只占35.94%。无法自由练习，无实验过程记录，有简单的考核评价结果的项目占6.16%。

教师受访者认为目前所使用的虚拟仿真实验教学项目最大的不足在于无法用多种浏览器打开，不能支持其他移动端设备使用，占比26.79%。其次是实验不能自主设计，占26.31%。同时，学生在使用系统时，教师无法参与实验过程指导与交流占17.48%，这也是目前线上实验区别于线下实验的关键问题。此外，画面不够清晰，部分图标看不清占12.53%;无过程记录，无配套考核功能占12.17%;其他占4.72%。

虚拟仿真实验教学项目的仿真感观、实验方法、交互设计、数据采集与分析汇总、系统易用性和教学团队支持等方面都有較大提升空间，并应按照专业、行业和技术的发展不断更新迭代。

（5）必须建立健全保障机制，采用多种措施鼓励以学生为中心的教学实践，持续不断地推动和改进共享应用服务。学生的学习体验、教师的教学体验、实验学习效果、实验教学效果、实验设计的科学性、实验系统的稳定性都会影响师生使用虚拟仿真实验教学项目的意愿。

教师受访者认为，开展虚拟仿真实验教学的困难主要在于经费投入不足、人才匮乏和信息化基础条件较差。技术力量、项目种类和数量也是制约虚拟仿真实验教学开展的重要原因。

关于虚拟仿真实验教学项目开放共享需要解决的问题，教师受访者最关注的是校校合作和校企合作以及建立健全研发、运维、管理环节的利益分配机制。48.27%的教师受访者认为本校对虚拟仿真实验教学项目的支持力度一般，认为很好的占40.69%，11.04%的受访者认为不太好。

可以与持续服务情况作为对比参考的是：认为获得足够教学指导（视频指导、教学答疑等）的学生占58.23%;认为获得足够技术支持（系统调试、操作指导等）的学生占54.09%。这两项满意度与学校项目的团队人员保障和经费支持有较大关联。

可见，虚拟仿真实验教学项目的共享应用不是孤立的教与学，需要根据学校、专业和课程的情况，做好顶层设计、建立工作机制、调配团队人员、提供资金支持。

（6）“实验空间”的服务受到教师和学生的认可，功能和服务需要进一步升级和迭代。

55.07%的受访者在“实验空间”平台上使用过1个虚拟仿真实验教学项目。使用过2个以上项目的总计达到44.94%。其中，使用过4个以上项目的占18.23%，使用过2个项目的占17.33%，使用过3个项目的占6.68%，使用过4个项目的占2.70%。

四分之三的学生受访者在学校组织的课程结束后仍愿意使用“实验空间”进行实验学习。65.94%的学生受访者表示需要提供实验系统之外的实验教材、学习材料和辅导服务。表示无所谓的占25.12%。表示不需要的占8.94%。“实验空间”需进一步完善功能、丰富网站资源，提升服务的实用性、体系性，满足不断变化的教学需求。

三、思考与建议

1.加强项目建设指导

虚拟仿真实验教学项目，是现代信息技术进入课堂改变教学的具体实践。经过一个阶段的建设，虚拟仿真实验教学项目应向标准化、结构化发展，确保项目的科学性、合理性、体系性。通过《虚拟仿真实验教学课程建设指南》的出版发行、组织相关培训研讨会议，可为高校虚拟仿真实验教学项目的建设提供依据和指导，提升虚拟仿真实验教学项目的质量。

2.提高持续服务能力

建立健全保障机制，特别是在项目团队建设、经费支持方面加大力度，采用多种激励政策鼓励以学生为中心的教学实践和优质资源共享。保障虚拟仿真实验教学项目的流畅使用，丰富项目相关资源的内容，持续改进教学计划和教学模式，进一步完善线上教学和线上线下混合式教学服务体系。

3.升级“实验空间”产品服务

加快建设和完善智能实验室服务，积极探索基于区块链、大数据等新技术的智能学习效果记录、转移、交换、认证等有效方式，形成泛在化、智能化学习体系，推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程，打造教育发展国际竞争新增长极。

[责任编辑：余大品]