以人才培养为根本做好虚拟仿真实验教学项目

梅伏生 赵娟娟 黄 涛

（华中师范大学实验室与设备管理处 湖北·武汉 430079）

华中师范大学作为教育部教育信息化试点大学之一，重视专业教学与信息技术深度融合，重视信息技术在实验教学中的应用。2017年以来，学校按照教育部有关虚拟仿真教学项目的规划，分专业先后培育、建设了虚拟仿真实验教学项目100余项，涉及物理、化学、生物、心理、历史、教育、地理、计算机、新闻传播、经济管理、音乐等专业。一方面利用学校国家级、省级虚拟仿真实验教学中心已建设的虚拟仿真实验教学资源，按照教育部相关建设要求、技术标准，依据教学过程，整合组建一批建虚拟仿真实验教学项目；另一方面，通过设立科研成果转化实验教学项目，通过科教融合，促进实验教学内容、教学手段改革，融入信息技术，设计改造一批虚拟仿真实验教学项目；再一方面，将野外拍摄的动植物视频、相片，结合学校动植物标本材料，利用信息技术还原、加工、挖掘形成学生“全天候野外实习”的虚拟仿真实验教学项目。2020年新冠肺炎疫情期间，华中师范大学依托国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台“实验空间”组织校内外师生注册、学习使用在实验空间中的9个虚拟仿真实验教学资源，促进网络学习空间与物理学习空间融合互动，引领推动网络学习空间的普及应用，充分发挥优质资源示范辐射效能。

信息技术已改变了我们的学习、工作和生活方式，信息技术在实验教学中的应用或说信息技术与相关专业实验教学的有机融合是社会进步的必然，但在虚拟仿真实验教学项目建设中，要始终牢记以提高人才培养质量为出发点和落脚点。

1 正确认识虚拟仿真实验教学项目建设的内涵

虚拟仿真实验教学项目，在相关专家们确定这个名称或说教育部启动虚拟仿真实验教学中心建设之前，20世纪80-90年代，在有些专业特别是一些工程专业就已存在（比方，航空航天、水利水电专业），而且取得很好的教学效果。它的本质就是从人才培养目标即要把我们的学生培养一个什么样的专业人才，反推我们的学生大学期间应掌握多少知识和技能，再反推我们的专业教学除教室的理论教学课外，应该设计哪些实验、实训课，且这些课是基于我们人类已处于信息化时代，通过信息技术的融入（各种一代二代三代信息技术的叠加使用），实现教学、学习做到线上线下相结合、课前课中课后相结合、理论与实验课相结合、虚拟与实体相结合、科研成果转化实验教学内容等，从教学理念、内容，到教学手段、方法，到教学评价、管理的教学改革。

虚拟仿真实验教学项目是一个专业教学人员和信息技术人员合作开发的项目，一方面在技术上，系统软件是开发不是简单购买和使用，要有自己的知识产权，同时虚拟仿真实验教学项目贵在开放共享性，所以技术接口必须符合国家统一的规范，接受校外访问要保持畅通，项目不涉及不宜对外公开的秘密；另一方面在教学上，项目是面向实验教学培养目标，针对实体实验安全性差、难以实现、成本高昂、时空限制等方面原因不便开展的实验教学任务（这就是问题导向）。项目应实现实验核心要素，项目的仿真度应着力于还原真实实验的教学要求、实验原理、操作环境及互动感受。具体来说，项目应支撑学生综合能力培养，纳入本专业教学计划，且满足2个课时的实验教学需求，学生实际参与的交互性实验操作步骤须不少于10步，原则上不少于两个学期的实际教学应用。

专家认定评审的重点指标是：项目的教学内容、教学方法、教学效果、教学资源、核心要素仿真度、共享服务及网络用户的评价七个方面。特别要注意“共享服务、网络用户评价”，这就体现了虚拟仿真实验教学项目是“先建设应用、后评价认定”的原则，是一个建设应用好的项目去申请认定，不是申请了项目后再去建设！

2 避免虚拟仿真实验教学项目建设的三个误区

当前在虚拟仿真实验教学项目开发和使用中，我们既要看到信息技术与专业教学融合的必要性和好处，也要关注新技术应用可能存在的风险和挑战，一方面，我们不能盲目追求技术的高大上，我们必须坚持适合的就是最好的；另一方面，我们不能因噎废食，不能因为技术没选择好出现一些问题，而否定所有信息技术的应用；再者，不能为了虚拟而虚拟，在实际教学中应用，提高教学水平，学生受益才是目的。具体来说，我们在虚拟仿真实验教学项目建设中，不能因为对技术，畏难而不做、不懂而乱做、误解而白做。

所谓畏难不做，就是虚拟仿真实验教学项目中“虚拟仿真”这四个字，是一个泛化的概念，若仅按字面、按信息技术专业的术语去理解成“高度仿真的虚拟环境”，就非常难，确实很多专业还没法做到，也没这么多钱去做。上面提到过，实际上这里的虚拟仿真体现的就是信息技术与专业教学融合，目前应用在各专业的虚拟仿真实验教学项目中的信息技术从易到难、从初级到高级都有，是叠加存在的。

所谓不懂乱做，一是不懂教学，把它做成了科研项目，做成了资源数据库，没有教学过程；二是不懂技术，听技术开发人员讲时感觉很美好，但做出来的却很骨感；三是不懂行情，别人已做好了，这里还低水平重复，起不到教育部要求的优质资源共享目的。

所谓误解白做，就是把实验教学与信息技术的结合，理解成了实验教学过程的信息化，做了一些教学视频、虚拟教学动画，没有操作、没有互动，把“做实验变成了看实验、学实验”（当然教学视频、动画作为实验前预习可以，但不能代替做实验）。

3 建设虚拟仿真实验教学项目的三个“做”

第一点，为什么做？就是要坚持两个必要性。首先坚持虚拟仿真实验教学项目是一个必要的实验教学项目，是满足本科学生毕业后，就业也好、创业也好、升造读研也好，应具备、拥有的知识储备、技能技巧和专业素养等，也就是专业人才培养必需的项目。其次是坚持虚拟仿真是必要的，虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。不能为了虚拟而虚拟，一定是虚实结合，更高质量训练学生实验能力。不能以虚拟仿真技术的功能来代替虚拟仿真实验教学项目的效果。

第二点，找谁做？虚拟仿真实验教学是信息技术与专业实验教学的融合，尽管现代信息技术已发展得很高精尖，但离我们好多专业设想的在实体教学的基础上更上一层楼的所想及所得的技术要求还有一定距离，而且信息技术本身也在快速发展中。我们专业教师在与企业技术人员打交道时，不应被他们天花乱醉的宣讲弄得兴奋得不得了，不应盲目追求信息技术的高精尖，适合的、能用的才是最好的。企业技术人员的承诺很美好，但现实可能很骨感。

第三点，怎么做？虚拟仿真实验教学项目的核心还是专业实验教学内容、教学过程或学习过程、训练内容，信息技术如何体现教师如何教、学生如何学、如何练，我们专业教师得先有一个好的教学脚本，技术人员按这个脚本去编写程序、去设计系统、去开发软件才行。这里就有一个问题，我们的专业教师提供一个怎样的脚本，既能表达自己专业的教学、学习、训练意图，又能让技术人员能看懂这个意图，不走样或少走样。这就需要我们的专业教师对技术也稍有了解，或要花很多时间与技术人员沟通。总之，专业教师先有一个好的教学脚本，以专业教学为主，让企业技术人员跟着脚本做，不是以信息技术的展示来代替教学过程。

4 重视虚拟仿真实验教学项目的“形”更要重视它的“魂”

教育部大力推动各高校建设虚拟仿真实验教学项目，一方面为提高本校学生的人才培养质量，更重要的是让优质资源在全国高校共享，教育部在“双万”一流课程建设计划中，准备认定1500门国家级虚拟仿真实验教学一流课，就是促进优质资源共享的重要措施，各学校组织相关专业去申报国家级虚拟实验教学项目的认定工作，也是想争取获得最高级别的认可和在国家层面上分享资源享有名誉。

在“虚拟仿真实验教学”八个字中，“虚拟仿真”只是“形”，“实验教学”才是“魂”。是否会被认定为国家级项目，在申报时提交教育部的虚拟仿真实验教学系统、两个视频、申请书文字材料等显得尤为重要，这是专家评审的依据，项目教学团队既要重视虚拟仿真实验教学项目的“形”，更要重视它的“魂”。

重视虚拟仿真实验教学项目的“形”。虚拟仿真系统是教学的形式，这个好的“形”包括技术选择的合适性、技术对教学/学习环境、过程的虚拟仿真度，系统界面、操作友好性，远程使用方便性、交互体验的身临其境感，持续投入、持续改进、技术队伍支撑等等，要想评审专家在有限的时间内了解到，除了通过系统本身的运行外，还要通过申请书文字材料、视频材料，项目教学团队一定要重视这方面的表述。

更要重视虚拟仿真实验教学项目的“形”。项目教学团队不要本末倒置，不要简单认为学校花了十几万甚至几十万请了企业帮助开发系统，系统做好了上线了，就大功告成了。重视实验教学的“魂”：

第一、就是要在提交的教学系统、申请书文字材料、视频材料中体现我们去争取国家级“实验教学”一流课的内涵，就是要体现所在专业一流人才培养的必要性，就是有与同行比较中有自己的“教师教学、学生学习”的优势和特点，教学负责人、教学团队在教学中有高招、有特色，团结协作水平高。

第二、就是要在申请书文字材料、视频材料体现三个导向。一是“问题导向”，即实体教学中的问题，通过虚拟仿真教学解决了，比方过去实体实验做不了、做不好的问题，现在解决了；二是“需求导向”，就是申报项目所属专业的毕业生，到社会到行业中去创业就业，需要什么知识和技能，我们这门课就是针对这个需求的；三是“以学生为中心”导向，就是立德树人，自主学习、个性化学习，申报的项目所属的课程如何实现？

第三、就是要在申请书文字材料、视频材料能反映出申报项目是符合“高阶性、创新性、挑战度”的要求。这些都需要教学团队用专业的教学语言写出来讲出来。

（1）教学理念对标加强，主要指高阶性方面，立德树人是根本任务，能培养有责任感、知识和技能并重型人才，以提升学生自主学习能力等。

（2）跟原来相比，具体哪些教学/学习内容增加了、且教学/学习效果还增强了，同时教学/学习评价还更科学，具体评价方法和程序是什么等等，这就是体现了有挑战度。

（3）跟原来相比，有哪些具体教学/学习方法创新（虚实结合等），且教学/学习效率提高了，教学/学习范围扩大了，具体指的是什么，教学示范辐射面更广了，又有哪些单位等，这就是体现创新性。