基于数据化技术的高校虚拟仿真实验室利用效率提升探究

周栋涎,李散散

(广州工商学院,广东 广州 528000)

0 引言

2018 年9 月10 日,习近平总书记在全国教育大会上发言指出:我们要“培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人,加快推进教育现代化、建设教育强国、办好人民满意的教育”[1]。为培养出掌握丰富的理论知识,具备良好实践能力的应用型人才,高校一直在探索。随着计算机和互联网技术的快速发展,高校普遍应用一种新型的教育手段——虚拟仿真实验实训室。

1 高校虚拟仿真实验实训室概述

虚拟仿真实验又被称为“没有围墙的研究中心”,是指创建和模拟进行实验的交互式环境,由美国弗吉尼亚大学的威廉·沃尔夫教授于1989 年提出[2]。当前高校新建的虚拟实验室主要以计算机软件和互联网为载体,把生物、化学、物理、经济、管理等各专业的一些环节做成虚拟仿真实验平台,师生通过计算机登陆实验平台进行仿真模拟操作。笔者所在的学院建设了大数据实训及教学管理平台、组织企业供应链虚拟仿真经营决策系统、投资学专业仿真实验教学平台、跨境电商平台、互联网+国际贸易综合技能实训与竞赛平台、经济学沙盘模拟系统等十余个大型虚拟仿真实验平台。

使用虚拟仿真实验平台辅助教学具有较明显的优势。(1)学生可提高学习效率。通过可视化、游戏化的虚拟仿真实验方式,复杂的知识点变得简单,更容易被学生掌握。(2)高校可降低教学成本。传统的实验方式每年消耗不菲的实验耗材,或需搭建苛刻的实验环境,使用虚拟仿真实验可节省这部分费用。(3)教师可及时获得教学反馈,快速调整教学计划。学生做虚拟仿真实验时,教师可实时查看学生的实验情况,看到操作不当的同学可及时指导,提升教学效果。(4)教学可摆脱时间、空间和资源等限制。传统的实验要求实验者在固定的时间和空间中完成。虚拟仿真实验基本不受限制,实验者可随时随地使用计算机登陆实验平台进行实验,大大地提升了实验的便利性。

但是,笔者在参与虚拟仿真实验室管理和教学活动中,观察了多个虚拟仿真实验室的运行数据,并与部分学生进行座谈后,发现高校虚拟仿真实验室的效用还没得到充分发挥。

2 高校虚拟仿真实验室存在的问题

2.1 部分实验室的利用率不高

我国有关数据显示,近年来仅有27%的学校的虚拟仿真实验室的使用时间达到600 时/年[3]。从笔者接触的虚拟仿真实验室运行记录来看,部分热门行业、多学科融合的实验室的利用率尚可,能达到70%以上;而专业性较强、复杂程度高的实验室,利用率普遍偏低。

主要有两方面的原因。(1)课程内容原因。多数课程是理论学时和实践学时组合,为节省成本和达到更好的教学效果,有些课程适宜把理论学时安排在多媒体课室,只把实践学时安排在虚拟仿真实验室,导致排到实验室的课程不多。(2)教学安排的原因。部分文科院系实践类课程不多,且有部分学期实践课程较少,也会造成部分实验室的利用率偏低。

2.2 虚拟仿真实验与企业生产经营有一定脱节

一般的虚拟仿真实验平台是根据真实应用的步骤和变量,形成一定的运作逻辑,通过计算机编程、物联网、智能识别等手段形成的虚拟仿真系统。当实验者操作时,系统根据操作进行模拟运算,给予相应的信息反馈。这虽然能在很大程度上让实验者掌握实验对应的真实应用技能,但由于变量和算法提前已预定好,容易让实验者产生千篇一律的感觉。笔者在讲授电子商务课程时,曾有同学反映电子商务虚拟仿真实验平台过于流程化,缺乏变化。在做了店铺优化后,系统没给予相应的反馈。所以,如何让虚拟仿真实验更加“真”,是值得人们探讨的问题。

2.3 实验室相关数据统计不够全面

在虚拟仿真实验室的管理上,多数高校是沿袭按课程时间开放、使用后登记、定时进行后台维护等传统的实验室管理方式。老师和学生申请实验室、借用设备,主要采用纸质材料,没有形成数据累计,不利于全方位统计实验设备的使用状况。老师和学生是实验室最直接的用户,在实验室的用户体验和改进建议问题上,他们最有发言权。但可惜的是,老师和学生在完成虚拟仿真实验时,实验过程中的很多重要数据却没被记录,例如遇到的困难、发现的漏洞、使用感受、改进建议等,若收集这类信息,对系统改进、以后申请新的实验室都有重要作用。

2.4 专业融合程度不高

通常虚拟仿真实验室涉及的专业比较广,但在使用过程中,院系通常按实验室的归属来给本单位排课,常出现一个虚拟仿真实验室排的全是某一类专业实验的情况。若能在全校层面协调,让实验室对口所有专业都可申请使用,可大大提高该实验室的利用率,同时也能通过多专业使用过程中师生头脑的碰撞,产生更多的科研成果。

笔者认为,用简单易用的微信小程序构建一套数据化管理的协作系统,可一定程度上解决这些问题。

3 利用数据化技术提高虚拟仿真实验室利用效率

3.1 实验课程数据化共享

实验室排课不合理,往往是因为教务员对各学期涉及虚拟仿真实验的课程数据掌握不够全面,在排课时处于被动地位。若各专业的人才培养方案一确定,就让老师把各个课程的虚拟仿真实验需求数据录进系统,并全校共享,教务员就可提前按需求来排课。若某些学期实验室利用率不高,可开设一些开放性课程,或者把实验室的空闲时间开放给教科研团队;若某学期实验室较紧张,教务员则可把课程协商安排到其他院系的实验室,从而大大提高实验室利用率。

3.2 校企合作充实实验数据

虚拟仿真实验毕竟是提前设定的模拟程序,与真实的企业生产运作存在一定的差异。在校企合作项目的运作和管理过程中,把企业的一些真实项目引入学校和课堂,既可让学生掌握书本知识,又可让学生掌握更接近企业需求的工作技能,同时学生和企业还可获得一定收益,是一种多赢的合作方式。笔者认为,若每个虚拟仿真实验结合相关的一些校企合作项目,把项目数据存放于系统上,共享给全校师生,可极大地丰富虚拟仿真材料,提高虚拟仿真实验的使用效果。

随着校企合作项目的发展,每一年数据库越发增长,日渐丰富,以后每一届的同学在做虚拟仿真实验时都可对照真实项目资料,更好地掌握实战技能。当然,这对数据服务器的性能提出了更高的要求。

3.3 实验室管理数据化

利用数据化管理的手段管理实验室,在设计之初便须考虑全面的数据维度。首先,在课程编排上,接入学校的教务系统,可随时查看实验室的使用情况;同时可在小程序系统上增加设备借用申请等实用小功能。其次,在教学过程管理上,可增加师生数据的采集维度,学生进入实验室扫码签到、完成某个实验环节打卡记录、找到系统的漏洞填报、遇到问题及时填报、找到新的解决办法及时反馈等,提供灵活的信息反馈方式,及时收集有用的数据。管理老师则可根据这些数据,指导虚拟实验室的改进,并为以后新建其他虚拟实验室提供重要参考。

3.4 数据化促进专业融合

系统共享各教学单位的虚拟实验室的功能介绍、可承担项目信息、在研项目、空闲时间等信息,可促进各教学单位资源共享。同时,通常高校里都有较多的科研团队和在研不同领域的课题,若通过系统进行资源共享,互通有无,多方交流,也可促进全校的教科研项目协同共进,甚至产生更多的跨界融合的研究成果。

4 结语

虚拟仿真实验室作为高校培养人才的重要工具,使用数据化管理的手段,大力提高管理水平,丰富教学数据,促进全校范围的资源共享和专业融合,不但可以大幅提高人才的培养质量,还可以促进高校科研水平的进步,可谓一举多得。本文的观点仍欠缺实践数据的检验,希望能起到抛砖引玉的作用,为高校虚拟仿真实验室的建设提供一点建议。