“五位一体”虚拟仿真实验教学管理体系研究

李雪，毛雅芸，沈高飞*，吴卫兵

（1.上海体育学院 教务处，上海；2.上海体育学院 运动科学学院，上海）

一 引言

实验教学是高等学校教学的重要组成。实验教学是指学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识。与传统理论教学相比，实验教学在教学理念、教学内容、教学方法、管理模式等方面有利于凸现学生的创造性和主动性，促进理论与实践相结合；有利于突出学生的综合设计和多元分析，促进培养创新意识和实践能力。实验教学是高校教学改革的重要方向、教学建设的重要内容，对创新性人才培养质量的提高有重要作用[1]。

在不断深化教育教学改革、全面提高高等教育质量的背景下，教育信息化在培养学生创新精神和实践能力方面的作用不断凸显。虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机互动等技术，构建高度仿真的虚拟环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲要求的教学目的的教学活动。虚拟仿真实验教学项目的教学内容不仅要坚持问题导向，重点解决不具备真实实验项目条件或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作，以及大型综合训练等问题，同时要坚持需求导向，紧密结合经济社会发展对高校人才培养的需求，紧密结合专业特色和行业产业发展最新成果。信息技术背景下的实验教学，倡导自主式、合作式、探究式的学习，通过构建虚拟仿真的实验教学环境，引导学习者开展基于问题、基于案例、基于研讨的主动学习，推动建设推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学模式创新[2-11]。

二 虚拟仿真实验教学管理体系的建设要求

教育部《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4 号）明确提出“强化实践育人环节，提升实验教学水平；要加强信息化资源共享平台建设，向高校和社会开放”。教育部《关于2017-2020 年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知（教高厅[2017]4 号）》和《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知（教高函[2018]5 号）》，提出“高校是虚拟仿真实验教学项目建设和应用的主体，高校应将建设和使用虚拟仿真实验教学项目作为推进完善现有实践教学体系、提高实验教学质量的重要举措”。高校虚拟仿真实验教学管理的职能包括：在坚持“能实不虚”的基础上加大虚拟仿真实验教学项目建设力度，有序有效推进虚拟仿真实验教学项目的建设、应用及管理。依托先进可靠的实验研发技术，强化虚拟仿真实验教学开放共享应用管理，促进实验教学质量稳步提高。

三 “五位一体”虚拟仿真实验教学管理研究

虚拟仿真实验教学管理基于传统面授实验教学的管理，信息技术的介入又赋予了教学管理新的内涵：教学管理的范围不仅包括校内学科实验教学管理，还包括面向兄弟院校和社会学习者的校外开放共享管理，教学管理的渠道不仅包括传统的线下实验教学过程管理，还包括基于虚拟仿真实验教学平台的线上实验教学管理。结合虚拟仿真实验教学的建设及应用情况，研究构建了涵盖“课程规划、课程建设、课程管理、教学平台、开放共享”五位一体、衔接配合的虚拟仿真实验教学管理体系，形成“凸现体育特色、打造互动体验、推进示范引领”的虚拟仿真实验教学环境，探索虚拟仿真实验教学管理创新模式和有效途径，推进培养适应新时代要求的应用型、复合型体育人才。

（一） 课程规划研究

课程规划是从顶层设计的角度开展虚拟仿真教学研究，通过制定学校层面的课程建设方案、合理规划系列虚拟仿真课程体系、依托新文科开展学科交叉融合等角度开展课程规划管理，从而引领虚拟仿真实验教学实践的有序开展。

1. 制定校级建设方案。在深入学习教育部、上海市文件精神的基础上，上海体育学院研制了《上海体育学院金课建设方案》，提出“虚拟仿真实验教学课程建设必须围绕专业核心课程，体现一流本科专业建设成效、展现学科独特优势”。上海体育学院的一级学科A+档是体育学，学校拥有运动训练、运动康复、体育教育、体育经济与管理、应用心理学等7 个国家级一流专业，独立设置的本科实验课79门，年度开设实验项目超过240 项。虚拟仿真课程建设聚焦体育学，体现一流专业的人才培养需求，结合已开设的实验课，依据“能实不虚、虚实结合”原则建设虚拟仿真实验教学课程，促进信息技术与实验教学的深度融合。

2.设计虚拟仿真课程体系。虚拟仿真课程建设具有延续性、连续性的特点，学校在校级培育建设的时候着力构建虚拟仿真课程体系，课程之间相互衔接、形成面向专业的虚拟仿真课程群。以体育经济与管理专业为例，围绕大型体育赛事开幕式、体育赛事组织、赛事营销推广、体育旅游规划，学校建设了一套围绕体育赛事“规划、组织、运营、推广”的虚拟仿真实验教学一流课程，帮助学生熟悉大型赛事管理的各个关键环节，提学生解决综合性复杂性问题的实践技能；以运动康复专业为例，围绕运动营养、运动急救、运动疗法、运动预防建立了一套面向“社区健康师”解决“怎么吃、怎么练、怎么防、怎么调”的健康防护虚拟仿真实验教学一流课程，切实满足专业教学及发展需求。

3.新文科背景下的学科交叉融合。新文科是以全球新科技革命、新经济发展、中国特色社会主义进入新时代为背景，突破传统文科的思维模式，以继承与创新、交叉与融合、协同与共享为主要途径，促进多学科交叉与深度融合，培养学生的创新与创造能力，推动传统文科的更新升级。新文科背景下，学校依托体育学一流学科开展虚拟仿真实验课程设计，围绕“体医融合”“体教融合”“体管融合”“体心融合”“体艺融合”等开展课程建设及应用管理，建成“运动伤害现场急救”“乒乓球击球原理”“马拉松赛事管理”“运动员知觉能力”“电竞赛事现场解说”等10 门学科交叉融合的虚拟仿真实验教学课程，探索“专业优化”“交叉融合”“课程提质”“模式创新”的虚拟仿真实验教学环境和课程资源建设，成为新文科背景下实验教学建设及管理的关键词。

（二） 课程建设研究

课程建设管理通过确定课程遴选立项和课程验收的标准，确保课程的建设质量；在课程建设过程中，以校企合作的形式开展资源研发，在开发过冲中遵循国家的技术标准和接口规范；充分发挥教师团队的积极性和主动性，建设具有自主知识产权的虚拟仿真课程。

1.课程建设标准。明确虚拟仿真实验教学课程遴选立项标准，保证教学资源的建设质量。虚拟仿真实验教学课程立项从项目教学目标及必要性、项目教学内容与交互设计、教学团队、项目创新、应用推广等5 个方面确定。课程需要坚持“能实不虚、虚实结合”原则，支撑学生综合能力培养，以问题、需求导向，以本科教学人才培养为目标，体现必要性及适用性。注重课程实验步骤的设计、实验场景及教学内容的搭建。鼓励课程建设凸现创新性，与行业、企业合作共建、共享，推动教学形式创新、技术创新、模式创新；运用信息技术开展教学理念、教学内容、教学方式方法、开放运行、评价体系等方面优势与特色明显，体现体育教育教学特色。

2.课程研发模式。虚拟仿真实验教学课程建设涉及到三维建模、人机交互、增强现实、虚拟仿真等技术手段，需要专业的技术研发团队作为课程建设及运行保障。我校积极开展校企合作的实验研发模式，把学校的学术优势和企业的技术优势相融合，联合优秀企业共同建设。教师团队结合学科、专业特色，完成虚拟仿真实验脚本设计、实验流程设计、实验交互及测试设计等，公司完成项目三维建模及实验内容建设、项目测试、试运行以及后续产品的开发及技术支持，教务处、公司团队共同完成项目平台运营维护、开放共享安全保障等工作。校企合作严格遵循国家的技术标准和接口规范，保障实验教学的规范、开放运行。

3.课程知识产权。开展虚拟仿真实验教学课程的自主设计，建设具有学校自主知识产权的虚拟仿真课程，依托课程建设申请软件著作权。在课程设计过冲中，结合专业核心实验课程设置交互式实验步骤，帮助学生系统掌握知识点，体现知识点，模拟具有真实感和沉浸感的训练环境，真实再现实验项目和实验步骤：以运动科学学院建设的“运动伤害现场急救虚拟仿真实验”为例，作为医学技术类专业（运动康复、康复治疗学等）的核心实验课程，课程将虚拟仿真技术融入到运动伤害现场急救处理实验教学中，模拟运动猝死、骨折、扭伤、出血和脊柱等运动伤害的现场处理过程和方法；又如传媒与艺术学院建设的“电竞赛事现场解说虚拟仿真实验”，课程构建沉浸式的电竞解说环境，模拟电竞赛事现场主持、解说及评论工作，团队设计的虚拟实验课程填补了国内电竞赛事解说的空白。

（三） 课程管理研究

为规范虚拟仿真实验教学课程运行流程、促进课程持续优化与应用推广，探索建立了由校级（教务处）、二级学院、课程团队组成的三层管理体系，本着校级总体规划及教学管理，二级学院具体教学业务管理，课程团队负责资源建设及运营推广管理的原则，形成上下协调、协同联动的管理模式，共同推进虚拟仿真实验教学的可持续发展。

1.校级管理：由教务处统筹负责学校虚拟仿真实验教学课程的规划建设及验收上线，搭建校级虚拟仿真实验教学共享平台，推进示范性虚拟仿真教学资源的开放共享。根据教育部、地方及学校文件精神，组织开展年度虚拟仿真实验教学课程的遴选立项、教师培训、验收上线工作；在校级层面建设具备校内学分认定、校外开放共享的虚拟仿真实验教学平台，提供开放化、专业化、网络化的虚拟仿真实验教学应用支持服务；结合一流课程申报，配合课程团队完成与国家级平台互联互通等，推进课程开放共享的广度和深度。

2.院级管理：各二级学院负责项目建设过程监控和项目教学应用管理，负责落实课程教学计划、教学安排、实验设备与场地、实验教学师资等。二级学院依托学院实验教学示范中心，结合培养方案要求及专业核心实验课特色，组织开展线上、线下相结合的实验教学创新实践，开展基于“三全育人”的虚拟仿真实验教学课程应用管理，试点开展产学研一体化虚拟仿真实践教学基地建设及课程推广，促进形成虚实结合的实验教学体系，提升资源使用效率和实验教学改革的成效。

3.教师团队管理：选择教学经验丰富、实验研究能力较强，积极投身信息技术与课程深度融合的教师担任课程负责人，课程负责人组建课程教学团队，教学团队包括各级管理人员、实验教师、实验助理、研发人员、推广专员等，完成课程整体设计、课程资源建设、项目更新与维护、校内外教学运行、项目开放推广等多维度管理工作。教师团队可以借助校级虚拟仿真实验教学共享平台方便快捷的开展在线教学工作，包括资源管理、布置实验、共享批改等，实现课程数据、教学管理、共享管理等。

（四） 教学平台研究

为更好地开展虚拟仿真实验教学应用，建设校级虚拟仿真实验教学平台，以统一标准、统一规范，提供开放化、专业化、网络化的虚拟仿真实验教学项目教学应用及开放共享服务，平台设计了包括门户网站管理、实验教学管理、虚拟仿真项目共享管理、安全保障管理等四大核心模块，基于以学习者为中心建设一站式虚拟仿真支持服务，持续推动虚拟仿真实验资源开放共享制度、标准和机制的健全发展。

1.门户网站管理：建设校级门户网站管理系统，实现门户展示和门户管理的功能。门户展示提供了虚拟仿真实验教学咨询服务和虚拟仿真实验教学共享服务，涵盖：通知公告、教师队伍、实验教学示范中心、精品课程、教学成果和各类别的虚拟仿真实验教学课程（项目）。门户管理提供了站点管理、栏目管理、文章推送管理等各个维度的管理功能。

2. 实验教学管理：构建了校级、院级、教师三级教学管理系统，校级层面提供了教学数据统计，总的统计了平台上课程数、覆盖的学院及学科情况、学习人次及学习时长、注册人次等。二级院级层面提供了教务与教学统计管理功能，教师负责具体实验项目的内容管理及教学管理，包括资源管理、布置实验、共享批改等。

3.项目共享管理：校内，支持多位教师共享课程（项目）资源；校外，提供了用户管理、在线学习、共享统计、各类别的项目管理功能。共享流程采用的是和ILAB 实验空间相同的开放式自由选择的理念，系统内的学生可以从一个包含了所有被设置为共享项目的“实验项目池子”里自由选做，系统保存学生选做实验的实验记录，并将学生的实验结果传达给负责批改共享流程的教师，教师可以自由批改。

4.安全保障管理：研究构建了以SSL 数据加密并使用HTTPS 协议进行传输、网页防篡改、IP 限定、数据备份为核心的安全保证体系，以统一接口、同一服务器提供基础支撑，同时对接教育部第三方平台数据集成及标准接口，提供规范、安全的数据传输服务。

（五） 开放共享研究

虚拟仿真实验教学资源的开放共享是高校优化虚拟仿真教学资源结构、提升资源使用效益的必然要求。通过校校合作、校企合作，探索共建共管的新模式，以虚拟仿真教学资源的充分使用和更大范围开放共享为目标，建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。依托虚拟仿真实验平台、虚拟仿真教学联盟等促进优质资源向兄弟院校、行业机构、社会组织、个人学习者开放共享。

1.基于教学平台的开放共享。校级虚拟仿真实验教学平台的开放共享主要包括对校外用户开放和对兄弟院校开放两种形式，通过两种开放形式的设定满足不同场景、不同人群的在线教学需求。校外用户可以自主注册账号，自主注册登录的用户默认为系统中的学生角色，可以体验和完成学习系统中开放共享的实验。兄弟院校可以以集体形式（如班级）参与我校的虚拟仿真实验教学。兄弟院校的师生线下向校内管理者申请使用实验来教学，管理者通过其申请，允许其使用“校外教学”流程来使用实验项目，教学流程和校内教学相似。

2.基于虚拟仿真联盟的开放共享。在国家虚拟仿真实验教学创新联盟的指导下，2019 年底，北京体育大学、上海体育学院、武汉体育学院、沈阳体育学院等高校联合高教社发起成立了“体育类专业实验教学创新联盟”，制定《体育学类虚拟仿真实验教学项目建设指南》，研究本学科领域专业结构和布局，推动已认定的国家级虚拟仿真实验教学项目向高校和社会开放共享。依托联盟和建设指南，我校积极促进跨校、跨区域的体育类实验教学的共建共享，把优质的虚拟仿真资源辐射中西部地区和高校，发挥学校虚拟仿真实验教学示范引领作用。

四 结语与展望

依托构建的虚拟仿真课程标准化管理体系，学校有序有效推进虚拟仿真实验教学项目的建设、应用。通过近8 年的建设及应用，建成系列校级虚拟仿真实验课程，覆盖运动科学学院、中国乒乓球学院、经济管理学院、休闲学院等学院的实验教学，并持续为校外学习者提供开放共享服务和教学支持。建成了一站式、全方位的开放共享实验环境，探索构建实验教学全流程的管理平台，实现实验室管理、教学应用、实验数据保存、质量评估等的信息化应用，实现校内学分认定、校外共享应用。学校先后荣获3项国家级、10 项上海市级虚拟仿真实验教学一流课程认定，通过示范性项目引领，进一步推动学校形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的高等教育信息化实验教学创新应用。

虚拟仿真实验教学金课是支撑我校一流本科教育与一流专业、一流课程建设的重要抓手，也是实现学校教学质量提升、改革创新的重要举措。展望未来，将继续践行“互联网+”实验教学发展理念，进一步优化虚拟仿真实验教学项目的评价指标和考核体系，不断激发二级学院、教学团队、教师的首创精神，创造性地开展虚拟仿真项目建设和应用。依托学校虚拟仿真实验教学共享平台，深入探索线上、线下相融合的实验教学创新体系，持续推进实验教学与信息技术深度融合，提升实验教学质量，推动高等教育教学改革和人才培养创新。