应用型高校在“互联网+”背景下虚拟实验室构建模式应用

张杰 周伟 朱珺

1.攀枝花学院网络与计算机中心；2.攀枝花市电化教育（技术装备）中心

随着网络技术的广泛应用与发展,基于“互联网+”模式下的虚拟实验室远程教学方式越来越受欢迎，虚拟实验室构建成为近年来的热点。本文从虚拟实验室的技术特点入手分析了应用教学的优点,提出了“互联网+”模式下高校建设虚拟实验室构建方案、构建模式极其构建效果，为今后应用型高校建设虚拟实验室给予借鉴和帮助。

近年来随着网络技术的广泛应用与发展，基于“互联网+”模式下的虚拟实验室远程教学以一种全新的教学方式越来越受欢迎。由于虚拟实验的开放性、共享性和便捷性特点不断显现，因此“互联网+”模式下的基于“互联网+”模式下的虚拟实验室建设是对目前兴起的计算机远程实验教学的一个发展，能够使学生在互联网环境下通过实验室平台实现更加便捷、深入地学习实践教学课程内容。

1 虚拟实验室的发展现状及问题

高校最初发展的传统型虚拟实验室，是开发虚拟实验软件对一些物理、化学、生物现象和行为过程进行模拟的实验。仿真实验在教学应用中的优越性体现在仿真环境比真实环境更具有操作性、可控性，主要表现在：

（1）虚拟实验室集成了较为完善实验实践教学内容[1]。虚拟实验室包含各学科教学常规实验，其中实验中使用的仪器设备、实验使用的药品、实验的具体操作方法及流程、实验的背景知识、实验的基本原理、实验使用的仪器详细构造及特点、实验注意问题和事项等实践内容均包含。学生通过实验操作便于全面了解和掌握实验的内容和要点，起到教学辅助和促进作用。

（2）虚拟实验具有仿真性、实践性和直观性的特点。采用计算机仿真模拟技术开发的虚拟实验，可以让学生有机会了解到价值高、品类新的仪器设备，较为真实的观察仪器设备内部构造，甚至可以高倍数高清显示实验现象，例如，展示显微镜下的实验图像、医学解剖过程及解剖部位的图像等。较直接实验更直观、更方便；具有优质的多媒体效果，将音乐、声效、动画相融合，具有高品质的过程动态效果，易于激发学生学习兴趣。

（3）虚拟实验便于实验的评价和成果积累[2]。虚拟实验通过计算机完成，可以有效记录学生实验操作的全部过程，便于评判实验操作的正确性，正确记录实验的数据和成果，便于学生进行后期实验分析和实验报告的完成，可以记录和保存全套的实验成果资料。

但是，多数高校是基于传统型虚拟实验室的特点和构建，高校投资大，课件资源不丰富，利用率不高，后期技术保障和服务支撑不足，制约虚拟实验室的快速发展。分析虚拟实验室发展的瓶颈，主要有：

（1）教学资源建设内容单一，系统性不强。由于虚拟实验的教学优势明显，很多教学中的教师积极参与虚拟实验的资源建设，但是由于建设的资金局限，多数为教学教研项目资金、科研资金和学校专项建设资金，资金的经费一般不太充足，结果是开发的教学资源单一，不完整，系统性不强；另外，参与开发的教师资源不是很完善，一般是相同学科的部分教师参与或是一个教研室参与，开发力量一般显得很单薄。

（2）软件的开发能力和维护能力不足。开发虚拟实验系统软件，一般是采用项目组中计算机能力较强的专业教师、在校研究生、外聘技术人员等参与系统开发，系统开发的周期较短，开发的软件产品显得不是很成熟，软件的应用中缺乏后期维护人员和维护经费支撑，导致虚拟实验系统软件应用效果不好。

（3）资源缺乏运营和共享机制，开发热情不高。一般高校开发的虚拟实验系统缺乏较好的运营和共享机制，开发的产品缺乏良性的软件生命周期，产品缺乏运营和共享，不能保证开发者的软件权益，让开发者获得教学资源建设的相应利益，产品缺乏后期的调试、维护、升级、更新，最终让虚拟实验系统难以更好发展。

2 开发适应新时代的虚拟实验系统

如今，高校需要不断丰富和发展用于实验教学的虚拟实验显得非常必要，为了快速提高使用效果明显，一些高校、科研院所及软件公司等诸多力量共同参与计算机及网络资源建设，以“互联网+”为基本环境，开发新模式下虚拟实验室，为教学提供技术保障和服务支撑，创造创新、发展、共享、开放的教学资源开发和应用环境，促进虚拟实验系统进入良性化发展道路。

建设适合新时代的虚拟实验系统的建设方法和路径：

（1）建设基于互联网模式的虚拟实验室。将传统模式的虚拟实验室进行网络模式的应用和升级，将极大地提升软件的应用效果，提升软件的适应环境，提高软件的应用价值。学生可以在互联网环境下任一时间、任一地点使用软件做虚拟实验，不受实验课排课、实验教室等因素干扰，易于与师生互动，易于教学管理；方便教学资源共享，一套实验系统可以多高校、多校区、多地区共同使用，提升应用效率，提高教育资源的有效价值。

（2）建设功能复合型的虚拟实验室[3]。传统模式的虚拟实验室构建方案有专门型、混用型或广泛型虚拟实验室，这些实验室的建设是基于专业需求建设，比较单一，随着信息化发展，在传统模式下的虚拟实验室将朝着复合型实验室变革，以传统的实验室为基础，开发基于互联网模式的虚拟实验室，辅助学生完成实践教育环节，是极大的补充了传统实验室的不足。

（3）建设融合型虚拟实验室。目前，受社会经济的影响，对培养学生的要求提出的标准和要求，需要培养知识体系较为全面的高素质学生。传统的高校专业设置出现了重叠化和边缘化，高校专业需要整合，对学生的专业技术培养需要专业融合，因此在实验环节的培养需要构建更为科学的专业融合虚拟实验室，以满足学科整合和融合的需求。

从目前的建设模式来看，有大致自建模式、购买模式、租用模式、共享模式等。自建模式是完全由学校组织人员各专业技术人员自行开发软件平台及教学资源库；购买模式即资金采购模式，一般情况是学校根据需求情况购买虚拟软件平台及需要的教学实验资源库；租用模式即购买虚拟实验室软件平台及需要的教学实验资源库的使用期限；共享模式即为高校间合作、高校与企业合作共同开发建设虚拟实验室软件平台及教学实验资源库。各建设模式的特点见表1虚拟实验室构建模式特点表。

表1 虚拟实验室构建模式特点表Tab.1 Characteristic table of virtual laboratory construction mode

从表中数据来看，高校在选择虚拟实验室的建设模式的时候，需要综合考虑学校的实际情况，要根据高校的教师技术实力、经费情况、基础投资、维护成本等情况综合分析，选择适合自己的建设模式。作为应用型高校，考虑到教师的开发技术能力不是很强，经费不是太充裕，建设和后期维护成本等因素，建设虚拟实验室目的在于让师生使用好软件及资源，建议采用租用模式或共享模式。租用模式优点在于不用太多前期投入，不用考虑后期维护，选择适合学校的软件及教学资源模块即可。共享模式则是采用校校合作、校企合作模式共同开发软件及教学资源模块，拥有共享的知识产权。优点是共建共享的建设过程中，培养了教师的技术水平，建设了适合学校的教学资源或特色教学资源，适当节约资金，也加强了校际交流与合作，同时还拥有共享知识产权。当然，学校也可采用混合模式，如前期使用为租用模式，后期采用共享模式，根据学校的应用实际开发一些综合性的实验和新开实验项目。但无论高校采用哪种建设模式，均应以提高教学质量和教学效果为目的。

3 “互联网+”环境下虚拟实验室构建

“互联网+”环境下虚拟实验室属于远程操作类虚拟实验，学生可以通过Internet远程做实验时，实验包含远程设备控制、虚拟现实实验等，学生完全可以正常地设置和修改实验参数，观察实验的反馈结果，远程下载实验数据。这样的实验室比较适合目前的应用型高校：

（1）“互联网+”环境下虚拟实验室基于网络形成完善的实验管理、实验教学、实验交流和反馈的教学平台（见图1）。网络的实验教学包含在线虚拟实验项目、实验演示、作业部署、实验批改和成绩管理等，涵盖实验教学的全过程。

图1 虚拟实验室实验平台功能Fig.1 Virtual laboratory experiment platform function

（2）“互联网+”环境下虚拟实验室不需要太多师资储备[4]。应用型高校教师培养学生的应用能力为主，教师应将主要的精力放在教学及教学应用，以使用好虚拟实验室的实验项目为目的，不必要把精力发在系统研发方向上。

（3）“互联网+”环境下虚拟实验室可以减少实验资金投入，弥补教学实验条件和实验经费的缺乏。学生在互联网环境下进入虚拟实验室开展虚拟实验，不受时间、地点、实验次数的限制，可以反复多次实验，不必担心实验仪器超负荷运转而受到严重损耗，不必考虑实验耗材的损耗成本，可以提高学生实验的积极性和主动性，提高实践教学的效果。

（4）“互联网+”环境下的虚拟实验室具开放性。虚拟实验资源是属于互联网模式的电子资源，是具有知识产权的数据资源，在满足知识产权的利益前提下，该类型的教学资源能够满足教学资源的开放利用，在互联网的环境下可以高效应用，既提高了教学资源的利用效率，又降低了教学成本。

（5）“互联网+”环境下虚拟实验室有共享性[5]。在应用型高校的建设与教学中，不断形成一些学科建设优势和资源优势，学校可以与一些优势公司或高校共同开发教学资源，开发成虚拟实验室的设色实验教学资源，形成教学资源租用共享的良性发展模式，适当补充资源开发成本。

目前，虚拟仿实验项目已涉及电子、机械、通信、计算机、物理、化学、医学等学科。从使用效果上看，高校开展“互联网+”环境下虚拟实验室，让学生不再受外在条件的制约，学生可以在各种环境、空间开展虚拟实验，可以极大的调动学生的学习积极性，提高学生的学习兴趣，也可以提高学生的实践操作能力、分析和解决问题能力；让教师虚拟软件管理平台高效、及时和准确获取学生学习情况，提升教学效果。

4 结语

把虚拟实验技术应用到高校实验课堂教学中是实验教学的创新方法，是深化教学改革的方向，也是信息化教学的趋势。它改变了学生的学习方式，由被动学习变为自主学习，提高学习兴趣，提高了学习效率。高校应选择适合虚拟实验室建设方式，不仅可以高效组织教学，节约实验室办学资金，补足办学硬件条件补足，提升办学效益。但是虚拟实验技术不能完全取代传统的实验教学，因为它也存在实验结果理想化、实验真实感知不足等缺点，因此我们在应用教学中不能极端化，应该将两种实验方法相结合，互为补足，取长补短。