高校虚拟仿真实验教学中心建设探讨

张泽 吕新 侯彤瑜 王海江 王江丽

[摘 要] 随着科学技术的不断发展，信息化时代的来临为学校教育提供了崭新的思路，如何推动教育信息化、智能化发展，促进虚拟仿真技术在高校实验教学中的应用，成为社会进步的重要研究课题。通过建设完善虚拟仿真实验教学中心的必要性展开，论述在当前时代背景下建设虚拟仿真实验教学中心所面临的问题，并就这些问题提出具有操作价值的解决方案，希望能为虚拟仿真技术和互联网技术在当前时代背景下与高校教育的融合，提供指导意见。

[关键词] 信息化改革;高校教育;虚拟仿真技术;实验教学

[基金项目] 2020年度石河子大学教育教学改革项目“新农科背景下虚拟仿真实验教学实践与评价研究”（2020JG012）;2019年度石河子大学教育教学改革重点项目“新农科背景下智慧农业新思维提升农科人才培养质量的模式研究与实践”（2019JG003）

[作者简介] 张 泽（1983—），男，河北保定人，博士，石河子大学农学院农学系主任，副教授，主要从事农业信息化研究;吕 新（1964—），男，河北保定人，博士，石河子大学农学院农学系教授，主要从事农业信息化研究;侯彤瑜（1988—），男，山西介休人，博士，石河子大学农学院讲师，主要从事农业信息化研究。

[中图分类号] G642.423   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）15-0080-04    [收稿日期] 2021-01-26

一、引言

目前我国的教学面临着信息化、智能化、现代化的改革挑战，虚拟仿真实验教学中心的概念于此时出现，在提高高校教学能力，培养学生的专业知识素养，促进学生全面综合发展等方面，有着十分重大的意义。为了提高国家整体教育水平，帮助实验课程更好地发挥其作用，建设完善虚拟仿真实验教学中心工作迫在眉睫。

二、关于虚拟仿真实验教学中心建设的要求

信息化教育改革推动着虚拟仿真实验教学中心建设的稳步发展，虽然我国虚拟仿真技术应用于高校实验教学的工作仍处于摸索阶段，但是虚拟仿真技术在各行各业的应用得到了社会的广泛认可，目前国家对高校虚拟仿真实验教学中心建设主要有如下要求：（1）能够顺利整合各类实验教学资源，通过建设工作的推进为实验教学建成学科优势，实现高校实验教学模式改革。虚拟仿真实验教学中心不仅能够满足相关实验的具体教学目标，使学生在学习过程中学会各项基本操作步骤，而且能够提高人才培养质量，让学生在虚拟仿真实验学习中体会到学习的乐趣，提高学生的动手能力和实践意识，为学生形成不断学习、不断进步的理念助力。（2）能够引导信息化技术在行业的规范应用。虚拟仿真实验教学中心的建设是为了响应时代的需求，因此其工作要以满足时代的要求为主要动力和方向。

三、促进虚拟仿真实验教学中心建设的作用

在高等教育领域，虚拟仿真实验教学中心的建设成为信息化教育应用的重要表现之一。对于高等教育本身而言，虚拟仿真技术与实验教学的结合是其教学内容现代化改革的重要途径，教学无法实现信息化，教育就无法实现智能化。虚拟仿真实验教学中心的建成是信息化教育的重要实践，对于提高教育质量、促进教学模式改革有较为显著的参考价值[1]。对于社会发展而言，素质教育提出让学生个性化、全面化发展，要求提高学生在学习过程中的主观能动性，帮助学生培养创新意识和时代思维的概念，其主要目的是为了适应社会的需要。当今社会不仅要求学生有足够的知识储备和学习基础，更要求学生有适应时代的思维和卓越的创新精神。高校教育作为学生接触社会前的最后一道教育，应该格外注重对学生综合素养和实验实践能力的培养，以实现学生从学校到社会的顺利过渡，帮助学生能够更好地利用所学习的文化知识为社会经济体系创造经济收益，满足国家现代化建设的需求。虚拟仿真实验教学中心的建成可以帮助学生更好地适应时代发展趋势，培养学生的大局观和时代思维，促进学生形成良好的动手能力和实践能力，为学生的未来发展保驾护航。除此之外，虚拟仿真实验教学中心利用3D模拟仿真技术、多媒体信息技术、互联网技术等高科技技术实现将学生代入真实实验操作环境中的目的。在传统实验教学过程中，教师可能会遇到无法为学生提供实验操作平台的问题，特别是对于一些工程类实验而言，实际现场危险性较高、环境比较极端，如果带领学生进入实际操作环境可能会导致学生安全无法得到保障、实验教学成本过高、实验无法反复操作、实验结果不可逆等情况，且一些错误操作可能带来的后果因为客观原因同样无法为学生演示，实验教学因此遭遇瓶颈，而如果不带领学生进入实际操作环境，学生的实验操作能力和专业素养又无法得到保障。应用虚拟仿真实验教学中心建设能够很好地解决这一问题，在虚拟仿真环境开展实验，一方面能够让学生身临其境地学习操作步骤，另一方面可以让实验教学过程更加经济、高效。

四、虚拟仿真实验教学中心建设面临的困境

（一）配套资源不充足

虚拟仿真实验教学中心建设工作已经进行了一段时间，并取得了一定的科技成果，其相关理念的应用为不少高校带来了实验教学的创新思路。但看似拥有一片廣阔的发展前景，配置资源不充足的问题却依然阻碍着实际工作进程。在师资力量方面，因为虚拟仿真实验教学的概念是在近几年才被提出的，不少教师对相关软件的应用并不熟练，部分教师存在无法将实际操作与软件操作结合的问题，导致虚拟仿真实验教学无法大范围开展。虚拟仿真实验教学中心的建成需要充足的师资力量，且因为相应技术的不断完善，教学过程也在不断优化，这要求进行虚拟仿真实验教学的教师拥有优秀的学习能力，目前我国对于这类教师的储备不够充分。同时，虚拟仿真实验教学中心的建设需要大量的教学教师和设备、软件维护人员，高校对人才的储备不足是虚拟仿真实验中心建设存在困难的主要源头之一。在器材设备方面，要实现虚拟仿真技术与实验教学的全面融合，需要不同的设备、软件以适应不同实验的需求，目前因为资金和技术的问题，很难有高校能够全面建设虚拟仿真实验教学中心。在配套教材方面，我国对于虚拟仿真技术应用于实验教学的理论研究并不充分，许多模拟仿真软件来自企业，缺乏配套的使用教学教材，在实际教学过程中教师只能自行学习后制作相应的操作指导材料，供学生学习使用。这类指导材料未经研究检验，不能保障其准确性，学生学习过程可能会受到错误观念的引导，影响虚拟仿真实验教学的具体效果[2]。

（二）存在错误观念

有些人认为原有的实验室设备能够满足高校学生的实验教学工作，虚拟仿真实验教学模式理论研究不足、技术应用存在漏洞，目前并不适合运用于高校教学中。在这样的错误观念影响下，不少教师产生不愿意为学生进行虚拟仿真实验教学的思想，限制虚拟仿真实验教学方式的推广和传播，导致高校这项建设工作遭遇瓶颈。

（三）缺乏理论依据

虚拟仿真实验教学中心建设作为新时代发展的重要工作之一，已经得到社会部分教育研究者的重视，因为缺乏国家政策的引导和相应资金的投入，关于建设工作如何顺利开展、虚拟仿真实验教学模式如何改革、虚拟仿真应用教育领域的技术如何创新等问题的研究，依旧缺乏理论依据。一方面研究的限制阻碍了虚拟仿真技术的发展，使得不少实验难以利用该技术展开研究;另一方面应用模式的思考缺失也导致部分学生对虚拟仿真实验教学模式认识不足，妨碍高校虚拟仿真实验教学中心的全面建设。

五、完善虚拟仿真实验教学中心建设的策略

（一）补充相关教学资源

对于设备设施资源，学校应该充分结合现有实验室资源和虚拟仿真实验教学资源，一些能够利用实验室资源进行的操作，实验教师应尽可能利用实验室完成教学任务，一方面可以更为直观地让学生切身感受实验过程的现象和可能出现的问题;另一方面也可以节省资金，将其运用于更需要进行虚拟仿真实验教学的工作中，以实现对这类实验设备设施的购买和升级。在虚拟仿真实验教学中心建设过程中，学校管理者应该注意到该技术运用于教学中主要是为了解决部分实验现场危险性高、操作结果不可逆的问题，虚拟仿真技术本身处于发展阶段，对于虚拟仿真实验教学中心的建设不能立足于改变所有实验的教学模式，一些能够在实验室中进行的实验很难也不需要利用虚拟仿真技术进行改革。学校管理者为建设教学中心只需要关注特殊实验，充分利用资源完善这类实验的设备设施，及时更新器材以适应社会最新发展要求，做到秉轴持钧。对于人才资源，一方面，学校应该更新招聘观念，为了满足虚拟仿真实验教学中心建设的工作需要，在选择新入职员工时可以在考量综合素养和教育知识能力的同时，参考其对相关软件的掌握情况，评价其虚拟仿真实验教学能力，将这一项的考量结果加入综合评价中予以择优录取。另一方面，高校管理者应同样注意对教职员工综合能力的培养，高校教师作为学生走入社会、适应发展、实现人生理想和个人价值的领路人，应该认识到自己在学生成才过程中的重要作用。高校教师对社会的认知、对学习的态度很有可能会影响学生的未来发展，因此学校应该注意要求教师养成不断发展、终身学习的良好理念，同时适应社会需求，对信息化技术与教育领域的研究贡献实践力量。

（二）更新教学思想观念

对于虚拟仿真实验教学中心建设工作而言，实现技术应用于教学改革的工作难点在于让教师和学校及时认识到推行理论的重要性，传统教学模式经历了数十年、数百年乃至数千年的发展传承，教育者已经形成了教学习惯，要想改变其教学观念、适应信息化的需求、在工作过程中学习和推广虚拟仿真技术并不容易，因而消除教师在教学过程中的不良观念，鼓励学校进行虚拟仿真实验教学中心建设不可操之过急，应该充分理解学校与教师在工作过程中存在的保守心态，利用相应措施慢慢引导学校与教师加入建设工作中。同时，部分高校在建设虚拟仿真实验教学中心的过程中试图一蹴而就，这样的思想同样是略有偏颇的，目前我国相关技术和理论仍在研究阶段，很多未经检验的应用操作成果如果贸然引进可能会影响学校的正常发展，对于建设工作态度积极，对教育改革过程认真响应是好事，可是过于急躁、冒进莽撞会影响虚拟仿真实验教学中心建设的顺利进行，最终适得其反[3]。对此，国家和社会应该注意规范高校建设理念，鼓励其着眼于现在，制定前期、中期、末期的教学中心建设可行性规划，在建设工作中以遵守发展规划、适应科技发展为原则，实现虚拟仿真技术和实验教学的顺利结合。

（三）建立知识共享平台

虚拟仿真实验教学中心建设需要立足于平台，没有平台的虚拟仿真实验教学无法满足正常实验教学的需要，对于知识共享平台的建立，需要学校和社会两方面努力。对于社会而言，应该鼓励与实验操作相关的企业积极贡献自己的技术应用软件，很多企业尤其是工程管理类、工业生产类企业为了实现自身的发展需要，完成车间、工厂、技术研究过程的现代化管理，引进多种先进应用软件用于技术研发和操作管控，这些软件中有许多虚拟仿真应用软件。高校实验的目的是为了实现学生由在校生向社会人的转变，培养学生的操作能力、动手能力和学习能力，学校积极应用企业已经投入生产的软件，能够更好地实现实验教学目的。通过实验教学，学生能够顺利在工作中掌握实际生产所需要的技术，学生的实验过程由此更具实际意义。同时，高校师生拥有较强的理论知识能力和研究能力，企业积极贡献已经投入生产的虚拟仿真软件供高校教学使用，高校教师或学生在使用过程中产生的实际问题和解决方案对于完善软件与生产过程具有重要作用。对于社会而言，建立共享平台是一个互惠互利的过程。对于学校而言，应该注意购买和引进较为成熟的知识平台体系，可以与其他优秀高校交流沟通，共同引入统一软件体系，建设交流平台，由各个学校统一管理使用和维护，这样能够节约虚拟仿真实验教学中心建设所需的资源，降低建设成本。在共享过程中，教师进行虚拟仿真实验教学过程中产生的问题能被快速解决，有利于体系的传播和推广。

（四）发挥政策引导作用

虚拟仿真实验教学中心的建设对于为国家培养全面、特殊人才有积极作用，实现建设过程的快速发展离不开国家政策的宏观调控。一方面，国家具体政策的提出能够规范建设工作的进行过程，避免虚拟仿真技术应用于教育领域时不道德、违法行为的发生;另一方面，政策也是引导虚拟仿真实验教学中心建设的最佳途径，为了促进虚拟仿真技术融入高校教学，国家应强化资金投入和监管制度，对于一些条件艰苦的高校给予一定的政策支持，帮助其储备充足的师资力量和设备资源，同时国家可以加大资金投入，鼓励研究部门和各大高校就如何建设虚拟仿真实验教学中心展开研究，积极筹备、制作、完善能运用于实际生产或者教学过程的虚拟仿真操作软件，为虚拟仿真实验教学中心的建设提供物质基础和参考依据。高校也应该积极响应国家政策的号召，制定相应规章制度，鼓励教师、学生就本校建设工作展开研究和实践。比如高校可为开设的虚拟仿真实验课程设置特殊的评价方式，鼓励参与实验教学的学生用匿名的方式對相应课程进行评价，设置奖惩机制，在虚拟仿真实验教学过程中取得优秀成果的教师给予奖励，帮助教学过程不够完善的教师及时反思，为提高虚拟仿真实验教学水平努力。

（五）引進先进经验成果

我国虚拟仿真实验中心建设虽然拥有开阔的前景，但是技术应用、理论研究、实践方法、传播方式等领域的问题常常出现，为了解决上述问题，建设高效、现代、智能的虚拟仿真实验教学中心，需要引进国外或者借鉴优秀建设高校的先进经验和科技成果。在引进和借鉴的过程中应该注意两个方面：一是应当注意引进效果较为显著的优秀经验成果，在国外对虚拟仿真实验教学应用的研究过程中，存在一些不能适应生产、教学发展需求的产品，在引进过程中应该注意所引进设备、软件等产品的可用性，避免投入的浪费。二是应该注意对所引进设备、理论根据本土特点进行改变，针对不同学校、社会背景、教育需求和学生特点采取不同的教学方式。虚拟仿真实验建设更应该注意适应国家、学校的特殊需求，不然将很难发挥教学模式改革和成果引入的特殊作用。

六、结语

我国关于建设虚拟仿真实验教学中心的工作已经全面开启，教育工作者应该充分认识到这次改革的意义在于促进高校学生的全面发展，引导信息化教育的改革过程，强化实验教学的示范和引导作用。虚拟仿真实验教学中心建设工作的最终受益人是学生，学生是社会未来的希望，现代化建设的栋梁之材，因而虚拟仿真实验教学中心建设工作应该得到更广泛的关注和支持。

参考文献

[1]苏冠元，韩晓敏，康博强.虚拟仿真实验教学在实验教学示范中心的应用[J].现代信息科技，2020，4（13）：194-195+198.

[2]欧阳普勇.虚拟仿真实验中心教学改革研究与实践[J].现代盐化工，2020，47（6）：133-135.

[3]冯文果.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].信息与电脑（理论版），2020，32（16）：252-254.

Discussion on the Construction of Virtual Simulation Experiment Teaching Center

ZHANG Ze， Lü Xin， HOU Tong-yu， WANG Hai-jiang， WANG Jiang-li

（College of Agriculture， Shihezi University， Shihezi， Xinjiang 832003， China）

Abstract： With the continuous development of science and technology， the advent of the information age provides new ideas for school education. How to promote the development of education informatization and intelligence， and promote the application of virtual simulation technology in experiment teaching in colleges and universities has become an important research topic for social progress. This paper discusses the necessity of building and improving the virtual simulation experiment teaching center and the problems faced in the construction of the virtual simulation experiment teaching center under the background of times. This paper puts forward some practical solutions to these problems， hoping to provide guidance for the integration of virtual simulation technology and Internet technology with college education.

Key words： informatization reform; higher education; virtual simulation technology; experiment teaching