實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心相互融合協(xié)同發(fā)展

孫建林, 贠　冰, 姜　偉

(北京科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 北京　100083)

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實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心相互融合協(xié)同發(fā)展

孫建林, 贠冰, 姜偉

(北京科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 北京100083)

國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè),極大地推動(dòng)了我國高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè),促進(jìn)了高校優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的整合和共享,但是,又面臨著如何持續(xù)發(fā)展的新課題。隨著近兩年虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的開展,推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)、應(yīng)用和推廣以成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心可持續(xù)發(fā)展的重要途徑和動(dòng)力。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)需要結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點(diǎn),為實(shí)驗(yàn)資源的共享創(chuàng)造條件；構(gòu)建 “虛實(shí)”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心相互促進(jìn)、互為補(bǔ)充、協(xié)同發(fā)展。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心； 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心； 相互融合； 協(xié)同發(fā)展

自教育部2005年5月12日發(fā)布了《教育部關(guān)于開展高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作的通知》(教高[2005]8號)文件,正式在全國高等學(xué)校開展國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(以下簡稱“示范中心”)建設(shè)和評審工作以來,全國已經(jīng)建設(shè)了800個(gè)示范中心和數(shù)千個(gè)省級示范中心。示范中心的建設(shè),極大地推動(dòng)了我國高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè),促進(jìn)了高校優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的整合和共享。2013年教育部又啟動(dòng)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(以下簡稱“仿真中心”)的建設(shè),兩期已建設(shè)了200個(gè)仿真中心。

示范中心驗(yàn)收后如何進(jìn)一步發(fā)揮示范中心的示范和輻射作用,如何處理示范中心與仿真中心的相互關(guān)系已經(jīng)成為當(dāng)前面臨新課題,為此提出:促進(jìn)示范中心與仿真中心的相互融合、協(xié)同發(fā)展,共建“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,推廣優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

1　示范中心持續(xù)發(fā)展的新課題

1.1材料學(xué)科國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)情況

“十一五”期間,材料學(xué)科組國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心共建設(shè)有16個(gè)中心,其中12個(gè)為材料類,4個(gè)紡織服裝類,其中材料類的是:北京科技大學(xué)、中南大學(xué)、四川大學(xué)、重慶大學(xué)、東北大學(xué)、鄭州大學(xué)、武漢理工大學(xué)、燕山大學(xué)、北方民族大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、昆明理工大學(xué)、湘潭大學(xué)。

“十二五”期間，新增10個(gè)材料類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心:清華大學(xué)先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、北京科技大學(xué)冶金工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、天津大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)踐教學(xué)中心、華東理工大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、廈門大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、西北工業(yè)大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

1.2示范中心通過驗(yàn)收后如何可持續(xù)發(fā)展

經(jīng)過多年的建設(shè)投入,國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心普遍取得了顯著成果[1-8]。以北京科技大學(xué)材料國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為例,2012年12月,通過教育部驗(yàn)收。經(jīng)過3期“211工程”的重點(diǎn)建設(shè)、教育部“修購計(jì)劃”的持續(xù)支持,特別是北京市“重點(diǎn)學(xué)科群”的投入和北京市、國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè),實(shí)驗(yàn)中心的裝備和環(huán)境得到了進(jìn)一步改善,涵蓋了從材料設(shè)計(jì)、制備、加工、性能分析測試、中試、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等全部實(shí)驗(yàn)過程,整體規(guī)模和水平完全可以與世界一流大學(xué)的同類實(shí)驗(yàn)室媲美。針對通過驗(yàn)收后如何可持續(xù)發(fā)展、示范效應(yīng)如何體現(xiàn)、如何共享示范中心的建設(shè)成果等問題,中心采取了以下舉措:完善運(yùn)行管理機(jī)制；集聚優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資；培育優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)；深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；建設(shè)優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源；提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平,充分發(fā)揮示范輻射作用。

2　仿真中心建設(shè)的內(nèi)涵與特點(diǎn)

目前，在各類教育中,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用越來越普遍,教育部已經(jīng)于2013年、2014年在我國高校中開展了兩批國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作,以實(shí)現(xiàn)全面提高高校學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、持續(xù)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享、推動(dòng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新的目的。

2.1仿真中心建設(shè)的內(nèi)涵

根據(jù)2013年、2014年材料、冶金學(xué)科申報(bào)情況,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心需要依托國家級或省部級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,必須要在教學(xué)資源建設(shè)、隊(duì)伍建設(shè)、共享共建以及創(chuàng)新方面做出自己的特色。

仿真中心建設(shè)要發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢,創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)、開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，填補(bǔ)部分實(shí)驗(yàn)課程的空白(解決微觀抽象、無法內(nèi)部觀察)，滿足學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。將科研成果轉(zhuǎn)化用于實(shí)驗(yàn)教學(xué),自行開發(fā)模擬分析軟件；設(shè)計(jì)綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程(人機(jī)交互),滿足學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的需要；與大型生產(chǎn)企業(yè)緊密合作,獲取生產(chǎn)現(xiàn)場真實(shí)數(shù)據(jù)資料；與工程實(shí)踐緊密結(jié)合,彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐的需要(校內(nèi)無法開展)[9-12]。

2.2仿真實(shí)驗(yàn)功能特點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的難度可以分為:基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)綜合型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)3類；按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源可以分為:學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)、校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)3類；按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的形式可以分為:學(xué)科必修選修實(shí)驗(yàn)、各類學(xué)生競賽、學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)等。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)功能特點(diǎn)主要包括:

(1) 網(wǎng)絡(luò)化。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下,虛擬實(shí)驗(yàn)室里的虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際設(shè)備儀器功能和操作方法大致相同,用戶可以通過網(wǎng)絡(luò),不受時(shí)間、空間的限制,自主訪問。

(2) 開放性。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有遠(yuǎn)程登錄控制技術(shù)和安全性保證。

(3) 交互性。虛擬實(shí)驗(yàn)中具有人機(jī)交互功能,實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)的目的。

(4) 簡單性。學(xué)生不需要經(jīng)過復(fù)雜的培訓(xùn),即可按照提示完成實(shí)驗(yàn)。

3　示范中心推廣示范的主要途徑

以北京科技大學(xué)材料國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為例,通過以下方式發(fā)揮了推廣示范的作用:

3.1建設(shè)仿真中心,共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

從2007年被評為首批材料國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)單位,為適應(yīng)教育信息化綱要的要求,北京科技大學(xué)材料國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心于2008年率先啟動(dòng)了材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作,科學(xué)規(guī)劃,原創(chuàng)設(shè)計(jì)了材料學(xué)科多專業(yè)的典型教學(xué)項(xiàng)目,經(jīng)幾年的應(yīng)用與完善,已形成較為完整的“3模塊,2支撐點(diǎn)”材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),多種訪問形式與國內(nèi)數(shù)所相關(guān)高校共享共建、并牽頭建立材料公共虛擬仿真實(shí)驗(yàn)共享網(wǎng),共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

3.2舉辦學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)競賽,吸引關(guān)注實(shí)驗(yàn)教學(xué)

舉辦學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)競賽,相互交流、相互學(xué)習(xí),是共享國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)成果的有效途徑。

金相實(shí)驗(yàn)是材料專業(yè)必開的一門實(shí)驗(yàn)課程,北京科技大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心發(fā)起并舉辦了首屆全國大學(xué)生金相實(shí)驗(yàn)技能大賽。此后，第二屆全國大賽2013年在東南大學(xué)舉行，第三屆大賽2014年在北方民族大學(xué)舉行，第四屆大賽2015年10月在昆明理工大學(xué)舉行,報(bào)名參賽的高校增加到110所,參加預(yù)賽的本科生約1萬名,示范效果突出。

3.3推行實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平認(rèn)證,提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平

以實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證、資質(zhì)認(rèn)定為手段,有助于全面提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理水平,為教學(xué)、科研與社會(huì)服務(wù)提供實(shí)驗(yàn)分析測試平臺(tái),有助于促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室儀器資源的共享和開放服務(wù),有利于示范中心建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4搭建大學(xué)生科技創(chuàng)新(SRTP)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃(Student Research Training Program 簡稱SRTP)是本科實(shí)踐教育教學(xué)改革的重要舉措之一。自2007年起，在各大高校開展了本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃(SRTP),國家也在逐年提高對大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的扶持力度。各個(gè)高校也都非常重視。通過調(diào)查,發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生希望在本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中加強(qiáng)對創(chuàng)新意識(shí)與能力的培養(yǎng)。這也對示范中心的建設(shè)提出了新的要求。

為應(yīng)對大學(xué)生科技創(chuàng)新意識(shí)與能力期望值逐步提高,大學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)新要求、新形式與新挑戰(zhàn),需要搭建大學(xué)生科技創(chuàng)新(SRTP)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),改革實(shí)驗(yàn)室管理模式,從而進(jìn)一步發(fā)揮示范中心作用,結(jié)合實(shí)驗(yàn)中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地方面的優(yōu)勢,促進(jìn)大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)開展。

3.5發(fā)揮材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究會(huì)的作用,加強(qiáng)校際交流

由清華大學(xué)、北京科技大學(xué)等高校牽頭,成立了全國高校材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究會(huì),第二屆理事會(huì)第一次會(huì)議于 2014 年10 月31日至11 月2 日在云南省昆明市召開,理事會(huì)成員高校達(dá)70余所。成立材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究會(huì),為校際交流提供了一個(gè)從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與交流的平臺(tái)。

4　示范中心與仿真中心相互促進(jìn)共同發(fā)展

4.1建立“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,推廣優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源

作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)重要補(bǔ)充的虛擬實(shí)驗(yàn),不應(yīng)該完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式。在有條件的情況下,要盡量安排學(xué)生接觸實(shí)物進(jìn)行操作,這樣才能讓學(xué)生更好地掌握實(shí)際操作技能,處理各種實(shí)際問題。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要用于現(xiàn)實(shí)環(huán)境無法開展、條件受到限制、實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長的實(shí)驗(yàn),是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的有效補(bǔ)充。“虛實(shí)結(jié)合”始終應(yīng)該是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則之一。

4.2示范中心與仿真中心相互促進(jìn),共同發(fā)展

如圖1所示,進(jìn)行示范中心與仿真中心建設(shè)必須堅(jiān)持相互促進(jìn)、共同發(fā)展的原則。

圖1　示范中心與仿真中心相互促進(jìn)共同發(fā)展

一方面,虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)要依托已經(jīng)建成的示范中心或重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)中心與虛擬仿真中心的融合。虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置也要依托示范中心的重點(diǎn)專業(yè)和學(xué)科,擴(kuò)大基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的深度和廣度,把實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有機(jī)整合,進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

另一方面,示范中心也要制定一系列完備的管理?xiàng)l例和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,遵循“能實(shí)不虛”“虛實(shí)結(jié)合”的原則,促進(jìn)擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在教學(xué)工作中的應(yīng)用和推廣,同時(shí)根據(jù)實(shí)際的教學(xué)效果對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行改進(jìn)和完善。

最后,借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開放性和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn),把示范中心的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享,提供更多的訪問途徑,充分發(fā)揮兩個(gè)中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中的示范效應(yīng)。

5　結(jié)語

推進(jìn)材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)、應(yīng)用和推廣是示范中心可持續(xù)發(fā)展的重要途徑和動(dòng)力。仿真中心的建設(shè)一定要結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點(diǎn),選取有代表性的典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,為實(shí)驗(yàn)資源的共享共建創(chuàng)造條件。建立“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向之一。國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心與國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心相互促進(jìn)、互為補(bǔ)充、共享資源。

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Integrative and coordinated development of experimental teaching demonstration center and virtual simulation experimental teaching center

Sun Jianlin, Yun Bing, Jiang Wei

(School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology,Beijing 100083,China)

The construction of national experimental teaching demonstration centers has greatly pushed forward the reform of experimental teaching and laboratory construction in Chinese universities and promoted the integration and sharing of high quality teaching resources. However,it is also faced with a new problem of sustainable development. With the progress of virtual simulation experimental teaching centers in the past two years,the construction,application and popularization of virtual simulation experiments have become an important way and driving force of sustainable development for the experimental teaching demonstration centers. The construction of these virtual simulation centers must be combined with the characteristics of the subject,and create the conditions for the sharing of the experimental resources. To establish the combination of the virtual and real experimental teaching mode will help the experimental teaching demonstration center and the virtual simulation experimental teaching center to promote and complement each other and develop together collaboratively.

experimental teaching demonstration center; virtual simulation experimental center; integration; coordinated development

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.055

實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)

2016-05-16

2012年度北京市人才培養(yǎng)共建項(xiàng)目子課題(GJ201204)；2014年度北京市人才培養(yǎng)共建項(xiàng)目(GJ201403);北京科技大學(xué)2011年度校教育教學(xué)改革與研究重點(diǎn)項(xiàng)目(JG2011Z03)

孫建林(1963—),男,山東龍口，博士,教授,國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心主任，主要研究方向?yàn)椴牧霞庸すに嚰安牧峡茖W(xué)與工程、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè).

E-mail：sjl@ustb.edu.cn

G482

A

1002-4956(2016)9-0208-03