交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)的挑戰(zhàn)與對(duì)策
——以資源環(huán)境審計(jì)學(xué)科為例

徐志耀， 戴 瑩， 周 宇，胡龍軍

(1.南京審計(jì)大學(xué) 政府審計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 211815；2.南京審計(jì)大學(xué) 自然資源與環(huán)境審計(jì)研究院，江蘇 南京 211815；3.南京市江寧區(qū)審計(jì)局 資源環(huán)境審計(jì)科，江蘇 南京 211100)

大力推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)，是教育部貫徹國(guó)家“互聯(lián)網(wǎng)+教育”戰(zhàn)略的重要舉措.教育部在2017年發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目認(rèn)定工作的通知》，開(kāi)始支持首批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)，并規(guī)劃用5年時(shí)間建設(shè)一大批全國(guó)共享的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[1].教育部在2017～2019年共認(rèn)定了728項(xiàng)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，其中前兩年全部為理工類實(shí)驗(yàn)、2019年開(kāi)始認(rèn)定文科類實(shí)驗(yàn).從立項(xiàng)的情況來(lái)看，文科類項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)壓力比理工科類項(xiàng)目要大許多，因此為提升自身競(jìng)爭(zhēng)力，不少文科類項(xiàng)目向理工科類項(xiàng)目交叉，但是在實(shí)踐過(guò)程中，交叉學(xué)科的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)面臨非常多的挑戰(zhàn)，本文以資源環(huán)境審計(jì)學(xué)科為例，探討如何突破這些困境獲得認(rèn)可.

1 國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 理工科類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)大量立項(xiàng)

在2017和2018年獲批的401項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，全部為理、工、農(nóng)、醫(yī)等理工科類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.2017～2019年立項(xiàng)總數(shù)排名前十的學(xué)科分布見(jiàn)表1.其中，醫(yī)藥類獲批的項(xiàng)目最多，包括臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)、化工與制藥、藥學(xué)等，加起來(lái)近200項(xiàng)，單這一大類就占了所有學(xué)科虛擬仿真項(xiàng)目立項(xiàng)總數(shù)的1/4之多；其次是機(jī)械、經(jīng)管和土木等領(lǐng)域，這與我們國(guó)家發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求是完全一致的.

表1 2017～2019年立項(xiàng)總數(shù)排名前十學(xué)科分布情況

1.2 文科類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)異軍突起

自2019年開(kāi)始，教育部開(kāi)始將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的立項(xiàng)范圍延伸到經(jīng)濟(jì)管理學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、哲學(xué)等文科類項(xiàng)目，當(dāng)年文科共立項(xiàng)146項(xiàng)，占當(dāng)年立項(xiàng)總數(shù)的44.65%, 占2017～2019年立項(xiàng)總數(shù)的20.31%.從文科內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，經(jīng)濟(jì)管理、藝術(shù)學(xué)、文學(xué)、教育學(xué)和體育學(xué)排在前五位，立項(xiàng)數(shù)量分別為40、25、20、17和10項(xiàng)，申報(bào)成功率約分別為28.78%、37.31%、33.33%、50%和37.04%.從中可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)管理類申報(bào)成功率最低，說(shuō)明競(jìng)爭(zhēng)壓力最大.從總體上看，文科類立項(xiàng)比率比理工科類立項(xiàng)比率要低，這說(shuō)明教育部對(duì)文科領(lǐng)域的資助雖然有較大幅度的增加，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資助的主要對(duì)象仍集中在理工科領(lǐng)域.

1.3 交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)始出現(xiàn)

對(duì)2017～2019年成功立項(xiàng)的728項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，理工科向文科交叉的情況非常少見(jiàn)，交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)更多表現(xiàn)為文科向理工科交叉.以經(jīng)濟(jì)管理類為例，在40項(xiàng)成功立項(xiàng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，有16項(xiàng)具有向理工科交叉的特征，如中國(guó)人民大學(xué)的“地籍測(cè)量與管理三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目”、西安交通大學(xué)的“基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的社區(qū)發(fā)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)”、常州大學(xué)的“?；愤\(yùn)輸管理與應(yīng)急處置虛擬仿真項(xiàng)目”等，分別明顯地與地質(zhì)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、化學(xué)相交叉.以自然保護(hù)與環(huán)境生態(tài)類為例，10個(gè)項(xiàng)目中僅有復(fù)旦大學(xué)的“水環(huán)境生態(tài)安全評(píng)估虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)”向經(jīng)濟(jì)管理類交叉,其余向文科交叉的案例也可散見(jiàn)于其他理工學(xué)科，但從總體上來(lái)說(shuō)是較為少見(jiàn)的.

2 交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)面臨的主要挑戰(zhàn)

當(dāng)前文獻(xiàn)對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)資源環(huán)境與生態(tài)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)均有不少研究，但對(duì)交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)問(wèn)題的研究非常少[2-4].在教育部虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資助體系中還沒(méi)有一個(gè)專門的“交叉學(xué)科”門類，因此其只能在文科或理工科大類中二選一[5].交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)面臨的難題主要表現(xiàn)在以下方面：

2.1 實(shí)驗(yàn)選題通常遭遇“兩難”

交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)“交叉”，即理論上在理工科、文科都可以靠得上邊，但通常情況下卻是非常容易兩邊都不討好.例如資源環(huán)境審計(jì)就屬于典型的交叉學(xué)科，一方面既可以申報(bào)理工科的“自然保護(hù)與環(huán)境生態(tài)類”和“環(huán)境科學(xué)與工程類”，成功的類似項(xiàng)目如復(fù)旦大學(xué)的“水環(huán)境生態(tài)安全評(píng)估虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)”、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的“流域水環(huán)境決策支持系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等；另一方面也可以申報(bào)文科的“經(jīng)濟(jì)管理類”，如浙江農(nóng)林大學(xué)的“種植業(yè)家庭農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)決策虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”、常州大學(xué)的“?；愤\(yùn)輸管理與應(yīng)急處置虛擬仿真項(xiàng)目”等等.然而，這也帶來(lái)了很高的“兩難”風(fēng)險(xiǎn)：理工科評(píng)審專家可能認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)于主觀化，科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性不足；文科評(píng)審專家則可能會(huì)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)于技術(shù)化，理論性與趣味性不夠等等.

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容經(jīng)常面臨“虛胖”

教育部在《關(guān)于2017～2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》中指出，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)一般為6～8個(gè)學(xué)時(shí)，主要解決教學(xué)中難以實(shí)現(xiàn)的某個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié).理工科的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)大多屬于“短小精悍”類型，例如南京航天航空大學(xué)的“飛機(jī)大部件裝配虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，主要仿真了機(jī)翼等大部件安裝的技術(shù)與過(guò)程.但是，文科類項(xiàng)目大多都是從“大場(chǎng)景、長(zhǎng)時(shí)間”入手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如南通大學(xué)的“基于管理會(huì)計(jì)的制造企業(yè)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”、東華大學(xué)的“創(chuàng)業(yè)決策虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”均屬于這種情況.而交叉學(xué)科既想按理工科的精悍型、又想按文科的大場(chǎng)景型進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后卻常常構(gòu)建了一個(gè)“虛胖”的框架，即場(chǎng)景雖大，但沒(méi)有形成內(nèi)在一致的實(shí)驗(yàn)邏輯，也沒(méi)有構(gòu)成針對(duì)性強(qiáng)的科學(xué)問(wèn)題.

2.3 實(shí)驗(yàn)操作時(shí)常陷入“雜亂”

理工科類實(shí)驗(yàn)操作步驟普遍非常清晰，實(shí)驗(yàn)者必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范與操作流程，雖然可以自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，但具體實(shí)驗(yàn)操作仍然屬于線性過(guò)程.如飛機(jī)零部件的安裝實(shí)驗(yàn)，操作流程是非常規(guī)范的，學(xué)生只能調(diào)整安裝的高度、角度、力度等具體參數(shù)，以得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.而文科類實(shí)驗(yàn)則不同，實(shí)驗(yàn)者在整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程中具有非常高的自主程度，實(shí)驗(yàn)操作屬于非線性過(guò)程.如湖南師范大學(xué)的“法律談判虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，談判過(guò)程中可以隨時(shí)對(duì)對(duì)方進(jìn)行試探性引導(dǎo)、刺激和詢問(wèn)，并根據(jù)對(duì)方反應(yīng)進(jìn)行策略的調(diào)整，屬于典型的非線性實(shí)驗(yàn)操作.然而，交叉學(xué)科的實(shí)驗(yàn)操作很可能是兩者相結(jié)合的方式，如總體線性、局部非線性，或者總體非線性、局部線性.但如果設(shè)計(jì)得不精巧，很可能會(huì)使整個(gè)實(shí)驗(yàn)陷入混亂，讓實(shí)驗(yàn)者無(wú)所適從.

3 交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)的應(yīng)對(duì)策略

雖然交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)面臨著非常大的挑戰(zhàn)，但是只要充分挖掘交叉學(xué)科亮點(diǎn)、發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，其虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)是可以取得良好效果的.借鑒現(xiàn)有為數(shù)不多交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)，建議從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行應(yīng)對(duì)：

3.1 實(shí)驗(yàn)選題要盡量符合“三高兩不一大”的基本特征

實(shí)驗(yàn)選題要發(fā)揮交叉學(xué)科知識(shí)面廣的優(yōu)勢(shì)，選擇符合“高危險(xiǎn)、高成本、高消耗、不可及、不可逆、大型綜合訓(xùn)練”(可簡(jiǎn)稱為“三高兩不一大”)的實(shí)驗(yàn)主題，形成一定的沖擊力，以快速獲得評(píng)審專家和實(shí)驗(yàn)者的認(rèn)同.這類成功獲批的實(shí)驗(yàn)，如“地震對(duì)建筑物的破壞虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“毒蛇咬傷的救護(hù)思維——以銀環(huán)蛇為例”“臨終老人心理關(guān)愛(ài)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“基于管理會(huì)計(jì)的制造企業(yè)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，其主題就非常符合“三高兩不一大”的特征.而資源環(huán)境審計(jì)作為交叉學(xué)科，類似地可以選擇“危險(xiǎn)性固體廢棄物專項(xiàng)審計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“有毒氣體處理專項(xiàng)審計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“放射性污染防治專項(xiàng)審計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“城鄉(xiāng)大型廢污水處理系統(tǒng)專項(xiàng)審計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“大尺度流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)審計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等作為實(shí)驗(yàn)主題，重點(diǎn)關(guān)注這些有代表性的資源環(huán)境審計(jì)問(wèn)題.

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要著力提煉“一條主線”的簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)

對(duì)728項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)往往具有非常清晰和簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)安排.如常州大學(xué)的“危化品運(yùn)輸管理與應(yīng)急處置虛擬仿真項(xiàng)目”，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的主線非常清晰，即如何根據(jù)隨機(jī)的?；贩N類和數(shù)量，自主設(shè)計(jì)調(diào)度方案、運(yùn)輸路徑、應(yīng)急措施，以最優(yōu)的成本將其送達(dá)目的地.但交叉學(xué)科的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)往往涉及到數(shù)量大、種類多、程度深的專業(yè)知識(shí)和關(guān)鍵問(wèn)題，這些問(wèn)題似乎都很重要、都值得在實(shí)驗(yàn)中加以體現(xiàn)，那么要在6～8個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)中包含如此眾多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，就要堅(jiān)持“一條主線”原則，即以簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)串聯(lián)各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)與主線無(wú)直接關(guān)聯(lián)的部分就應(yīng)果斷放棄.資源環(huán)境審計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)就可以借鑒自然科學(xué)領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，以“尋優(yōu)”作為實(shí)驗(yàn)的“一條主線”，將所有知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)潔清晰、渾然一體.

3.3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要努力達(dá)成“問(wèn)題引導(dǎo)”的趣味系統(tǒng)

由于交叉學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)常常橫跨文、史、哲、經(jīng)、管、理、工、農(nóng)、醫(yī)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，而實(shí)驗(yàn)者往往只是某個(gè)領(lǐng)域的專家學(xué)者或教師、學(xué)生，他們?cè)谶M(jìn)行內(nèi)容“多、雜、亂”的仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)不熟悉、不理解，甚至不知所措等問(wèn)題.針對(duì)這些問(wèn)題，可行的方案之一是以問(wèn)題為導(dǎo)向，增強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的趣味性.資源環(huán)境審計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)面臨自然資源種類多樣化、環(huán)境工程技術(shù)復(fù)雜化、審計(jì)流程專業(yè)化和法律法規(guī)繁雜化等眾多挑戰(zhàn)，但如果能將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成問(wèn)題導(dǎo)向，激勵(lì)實(shí)驗(yàn)者以偵探查案的方式去完成實(shí)驗(yàn)步驟，就可以利用其好奇心，大大提升實(shí)驗(yàn)者對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的興趣，在趣味性的引導(dǎo)下克服上述問(wèn)題.當(dāng)然，引導(dǎo)性問(wèn)題也不宜太多，只需在主要場(chǎng)景或關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)處設(shè)置即可.