基于虛擬仿真技術(shù)的地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

鞠宏偉

摘要：虛擬仿真技術(shù)是提升地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平的重要舉措，將虛擬仿真技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)新方向，借助虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。結(jié)合工作實(shí)踐，分析了新形勢(shì)下地方高校開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義和面臨的挑戰(zhàn)，并針對(duì)地方高校實(shí)際，提出了相應(yīng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教育信息化；高等教育；創(chuàng)新人才

中國(guó)分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）25-0113-02

Abstract： The virtual simulation technology is significant method to improve the information level of experimental teaching in local universities. The virtual simulation technology demonstrates a new direction for experimental teaching reform. The virtual simulation teaching and learning environment built by virtual simulation technology， is an effective way to innovation talents cultivation. Combining the exploration of work practice， analyzed the challenges of the virtual simulation experiment teaching under the new situation， proposed new ideas that benefit the virtual simulation experimental teaching of local universities.

Key words： virtual simulation experimental； experimental teaching； educational informatization； higher education； innovating talents

當(dāng)前，高等教育已進(jìn)入從規(guī)模擴(kuò)張向內(nèi)涵發(fā)展轉(zhuǎn)變的新的發(fā)展時(shí)期。各地方高校面臨著重新確定自己在國(guó)家高等教育中的位置、爭(zhēng)奪教育資源、搶占教育市場(chǎng)、在全國(guó)高等教育競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)得一席之地的嚴(yán)峻形勢(shì)。教學(xué)質(zhì)量是地方高校發(fā)展的生命線，重視和提高教學(xué)質(zhì)量是地方高校應(yīng)對(duì)這種激烈競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)的必要措施。作為地方高等教育質(zhì)量保障體系重要內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，卻相對(duì)薄弱。如何有效地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，加快實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，以培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才，是當(dāng)今地方高校亟待解決的問(wèn)題。由于辦學(xué)經(jīng)費(fèi)的限制、所在地域的限制，直接導(dǎo)致了大多地方高校的實(shí)驗(yàn)室及實(shí)踐基地較少，設(shè)備及師資配備不足，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間少，實(shí)踐能力弱等問(wèn)題。而基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以多次重復(fù)、成本低廉，在發(fā)達(dá)國(guó)家得到普遍采用?；谔摂M仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新思路。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

1.1虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等信息技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。

虛擬仿真技術(shù)有以下四個(gè)主要特征：第一是沉浸感（Immersion）。虛擬仿真系統(tǒng)中產(chǎn)生的虛擬環(huán)境，可讓使用者在多種感知上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺(jué)；第二是交互性（Interaction）。虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)互動(dòng)的環(huán)境，其可以影響或被使用者影響。第三是虛幻性（Imagination）。即環(huán)境是由虛擬仿真系統(tǒng)構(gòu)建的，既可以模擬現(xiàn)實(shí)中真實(shí)存在的環(huán)境，也可模擬出人類想象的環(huán)境；第四是逼真性（Reality）。虛擬環(huán)境與所模擬的現(xiàn)實(shí)世界極其相像，當(dāng)使用者以各種行為作用于虛擬環(huán)境時(shí)，其所做出的反應(yīng)也與現(xiàn)實(shí)世界的相關(guān)規(guī)律及其吻合。

1.2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)的重要內(nèi)容

信息技術(shù)對(duì)地方高等教育發(fā)展具有革命性影響，地方高校須予以高度重視，并加快教育信息化發(fā)展進(jìn)程。要盡快完成教育部提出的相關(guān)任務(wù)目標(biāo)，整合相關(guān)信息資源，建成有自身特色的教學(xué)信息化體系，以培養(yǎng)高素質(zhì)人才、并完善國(guó)民整身教育體系。教育部在發(fā)布的各相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展工作的文件中，明確提出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，并提出了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的指導(dǎo)思想、宗旨、核心和重點(diǎn)，并要求各高校要持續(xù)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與發(fā)展和實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)工作。

1.3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

1.3.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要特點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過(guò)構(gòu)建高度仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可達(dá)到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，尤其是在涉及一些高危及部分極端的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不可逆和不可及的操作，高耗、及大型高綜合性等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的效果。而大多地方高校仍存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備及耗材配備缺口較大、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足等諸多問(wèn)題，這直接導(dǎo)致學(xué)生親手實(shí)踐機(jī)會(huì)少的現(xiàn)狀。另外隨著地方高校不斷發(fā)展遠(yuǎn)程教育，遠(yuǎn)程教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為急待解決的問(wèn)題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)不但能在一定程度上解決地方高校實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、設(shè)備、場(chǎng)所短缺的問(wèn)題，而且它的基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)性可以很好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.3.2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以及時(shí)增加相關(guān)學(xué)科最新、最前沿的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能讓學(xué)生及時(shí)了解和掌握最新技術(shù)和市場(chǎng)主流產(chǎn)品；虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)較之傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以更靈活地加入多種設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以提供更多實(shí)驗(yàn)環(huán)境、豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容項(xiàng)目，學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并及時(shí)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，有助于提高學(xué)生的研究創(chuàng)新能力及動(dòng)手實(shí)踐能力。

2地方高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)面對(duì)的幾大挑戰(zhàn)

隨著信息科技的迅速飛躍發(fā)展，人們學(xué)習(xí)知識(shí)的途徑呈現(xiàn)出多樣化特征?；诨ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新一代教學(xué)模式、學(xué)習(xí)方式，使得當(dāng)代高等教育發(fā)生重大變革，要求地方高校教育者須拓寬思維，科學(xué)地發(fā)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，把握機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)。

2.1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念變革的挑戰(zhàn)

地方高校要想提高自己的教學(xué)教育質(zhì)量，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)創(chuàng)新人才，就必須順應(yīng)時(shí)代科技發(fā)展需求，對(duì)所有老師舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想、模式等進(jìn)行變革。要將信息技術(shù)與信息教學(xué)深度融合，使信息技術(shù)貫穿整個(gè)教學(xué)全過(guò)程，而不是簡(jiǎn)單累加及應(yīng)用，要徹底改變對(duì)教育信息化簡(jiǎn)單片面理解，要依托信息技術(shù)開(kāi)展新的教學(xué)模式，要改變傳統(tǒng)的知識(shí)傳授方式，要以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向。目前仍有較多老師認(rèn)為只有傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才能讓學(xué)生掌握各種基本的實(shí)驗(yàn)技能，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生潛能，而未能發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。所以地方高校如何真正發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處，建立虛實(shí)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，直接關(guān)系著地方高等教育的投資效益。因此，地方高校教師能否打破舊的教育思考與實(shí)踐方式，進(jìn)行教育觀念的變革與創(chuàng)新，是對(duì)地方高校的一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

2.2新時(shí)代學(xué)習(xí)方式變革的挑戰(zhàn)

新時(shí)代的互聯(lián)網(wǎng)交互在線學(xué)習(xí)模式，徹底改變了舊的教育教學(xué)模式。在傳統(tǒng)的教育理念中，一直強(qiáng)調(diào)著從上而下的教育方式，是以老師為中心，所有課程、規(guī)則、考試都是由老師確定。而開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)方式是以學(xué)生為中心，最終的理想結(jié)果是能夠?yàn)槊恳晃粚W(xué)生量身定制屬于個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。因此，地方高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，所構(gòu)建的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境首先要滿足學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的要求，要適應(yīng)新時(shí)代的開(kāi)放式學(xué)習(xí)方式，既要使學(xué)生能靈活便捷地完成高效多樣化的實(shí)驗(yàn)，又能在具體學(xué)習(xí)過(guò)程中交流互動(dòng)與協(xié)作。

2.3提高教師應(yīng)用信息技術(shù)能力的挑戰(zhàn)

地方高校老師一般都具有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)，也具有一定的應(yīng)用信息技術(shù)的能力，但要適應(yīng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的要求，老師尚須具備更高的信息技術(shù)能力。故地方高校仍需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)教師虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)信息技術(shù)技能的培訓(xùn)；并激勵(lì)教師積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絼?chuàng)新和新技術(shù)的應(yīng)用研究。

3地方高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展策略

3.1出臺(tái)切實(shí)可行的政策制度

國(guó)家在國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的相關(guān)文件中，已對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的指導(dǎo)思想、建設(shè)任務(wù)和內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，也提出了具體要求。地方高校在具體實(shí)施時(shí)需出臺(tái)符合自身發(fā)展實(shí)際的政策措施，以保證虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極、規(guī)范、有序開(kāi)展。為確保政策制度的針對(duì)有效，要根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，適時(shí)對(duì)相關(guān)政策制度進(jìn)行補(bǔ)充修訂。

3.2加強(qiáng)校企合作，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)

教育部2015年全國(guó)教育工作會(huì)上提出，地方高校要把辦學(xué)思路真正轉(zhuǎn)到服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展上來(lái)、轉(zhuǎn)到產(chǎn)教融合校企合作上來(lái)，培養(yǎng)的人才要符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)的需求。地方高校要適時(shí)調(diào)整虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展方向，以與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的人才需求方向緊密接軌。

對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的資源建設(shè)，地方高校的老師具有豐富的相關(guān)專業(yè)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技巧和數(shù)據(jù)，而企業(yè)有編程開(kāi)發(fā)軟件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，校企雙方可發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，共同開(kāi)發(fā)資源，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的快速高質(zhì)發(fā)展。

3.3取長(zhǎng)補(bǔ)短，突出特色

地方高校在開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，其目的就是培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的學(xué)生。其作為地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展改革的一項(xiàng)新舉措，有諸多問(wèn)題需解決，諸如技術(shù)應(yīng)用、組織方式、實(shí)施方法等等。就此而言，可研究借鑒國(guó)外與國(guó)內(nèi)985、211等名校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并與本校實(shí)際結(jié)合，突出本校特色，科學(xué)規(guī)劃，合理發(fā)展。

曲阜師范大學(xué)作為地方高校，其現(xiàn)代生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心充分發(fā)揮學(xué)校學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)，積極與地方企業(yè)合作，充分整合學(xué)校相關(guān)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，開(kāi)創(chuàng)性地建設(shè)可共享的優(yōu)質(zhì)虛擬實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)資源；實(shí)現(xiàn)了校企共建共管、可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；形成了“三層次、三模塊、三結(jié)合”的特色鮮明的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。2015年，該仿真虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心申報(bào)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲得成功。這對(duì)其他地方高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展具有一定借鑒意義。

4結(jié)束語(yǔ)

地方高校教育工作者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要意義，并已廣泛開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)工作。在具體發(fā)展過(guò)程中，地方高校要充分認(rèn)清自身不足，積極進(jìn)行開(kāi)放共享的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，將先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法廣泛應(yīng)用，把實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)放在首要位置，這將是今后地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革發(fā)展的一大方向。

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