推進虛擬現實技術應用　提高高校教育教學質量

李　平

(教育部教育裝備研究與發展中心，北京 100816)

1　新時代的新觀念

當前，教育系統正在認真學習貫徹落實十九大精神，并把貫徹落實十九大精神作為單位事業發展的新契機，再定位、再布局。在中國特色社會主義新時代要有新作為，教育工作必須要緊緊圍繞培養什么人、如何培養人和為誰培養人這個核心，樹立新的發展觀、質量觀和教學觀[1]。具體來說，新時代教育發展觀就是建設教育強國，為實現中華民族偉大復興奠定堅實基礎；質量觀就是發展素質教育、落實立德樹人根本任務，促進人的全面發展，著力培養德智體美全面發展的社會主義建設者和接班人；教學觀就是要加強實踐育人，強化學生關鍵能力核心素質培養，重點培養認知能力、合作能力、創新能力和職業能力，著重培養適應社會需要的創新型、復合型、應用型人才[2]。

2　深化實驗教學改革

實踐表明，實驗教學是培養學生動手能力、創新能力和綜合素質的一個至關重要的環節，是理論與實踐相結合的一種卓有成效的教育模式，學生通過實驗將知識與技能轉化為解決問題的能力，同時進一步加深對理論的理解，直至實現知識創新。深化實驗教學改革、加強實踐教學環節是國家實施“素質教育”和高等教育“質量工程”、全面提高教育質量的重要內容。“十三五”期間，是我國高等教育鞏固成果、深化改革、提高質量、持續發展的關鍵時期[3]。人才培養必須以強化實踐教學為著力點，必須以信息技術的應用作為提高教學質量的重要手段，必須推進教學方法的改革，拓展實驗教學的廣度，提升實驗教學學科綜合性、技術先進性和方法探究性，實現實驗教學效果的新突破。

與信息技術相比，傳統的實驗技術與手段在實際實驗教學過程存在一些難以克服的問題，比如有一些高危險、高成本、消耗大、污染嚴重的實驗項目，也有一些不可及或不可逆、大型綜合等無法開展的實驗，還有一些實驗項目受時間、地點、人力、物力、財力等限制，致使實驗教學無法全面有效開展，制約了教學質量。因此，改革創新實驗教學技術與手段勢在必行。

3　信息化技術的應用

近年來，互聯網、物聯網、虛擬現實、云計算、大數據、人工智能等信息技術不斷涌現，正在深刻地改變著我們的生活、工作和學習方式。信息技術在教育領域更可以得到廣泛應用、深度融合(見圖1)。隨著虛擬現實(VR)裝備的逐步推廣應用，2016年被稱為虛擬 現實元年，虛擬現實技術已經引起了各級各類教育培訓機構的廣泛關注，虛擬現實的教育應用案例不斷涌現，虛擬現實創造未來教育的序幕已經拉開[4]。

圖1　信息技術與教育教學深度融合

隨著信息技術的發展，虛擬仿真實驗教學已經成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段，成為傳統實驗教學的一種有效的補充。虛擬仿真實驗既能再現真實實驗的全過程，又能克服傳統實驗的各種制約和弊端，有效解決目前實驗教學中存在的諸多問題，達到優化教育資源、提高教學質量的目的。虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在高度仿真的虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學目的[5]。

4　虛擬仿真實驗教學中心建設成績斐然

為了貫徹落實《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》精神，根據《教育信息化十年發展規劃》[6]的指導意見，教育部在2013-2015年啟動了國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作，取得了積極的反響和良好的效果，已遴選出300個國家級虛擬仿真實 驗教學中心，分布在26個省市(自治區)(見表1)，其中理工類211個，農林醫藥類53個，人文社科類36個(見表2)。

表1　國家級虛擬仿真實驗教學中心建設情況-從地區分布來看

表2　國家級虛擬仿真實驗教學中心建設情況-從學科分布來看

這些年來，各高校虛擬仿真實驗教學中心在提高實驗教學質量中充分發揮了其特有的作用(見圖2～5)。

圖2　壓水堆核電站實時仿真系統的硬件環境

圖3　飛行器操縱訓練單元

圖4　城市高架橋梁施工過程虛擬仿真實驗教學系統典型界面

圖5　虛實結合的高速鐵路綜合調度指揮仿真實驗系統

2017年，教育部印發了關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知[7]，計劃到2020年遴選出1 000項示范性虛擬仿真實驗教學項目。目標是推動高校積極探索線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式，形成專業布局合理、教學效果優良、開放共享有效的高等教育信息化實驗教學項目示范新體系，支撐高等教育教學質量全面提高。

在教育部的推動下，近年來我國高校掀起了積極開發應用虛擬現實技術的熱潮，涌現了眾多的虛擬現實教育應用成果。2012～2016年期間，我國作者在國內外發表的有關虛擬現實教育應用、虛擬實驗室網絡化管理的高水平學術論文，SCI/EI檢索的數量均領先于世界其他國家(見圖6、7)。

圖6　虛擬現實教育應用SCI/EI論文作者國別情況

圖7　虛擬實驗室網絡化管理SCI/EI論文作者國別

伴隨著教育部國家級虛擬仿真實驗教學中心的建設和遴選工作，天津、廣東、廣西、湖北、福建、安徽、江蘇、四川、云南、陜西、青海、遼寧、河南、山東等部分省教育廳先后開展了或正在開展省級虛擬仿真實驗教學中心的建設和評審工作。中國高等教育學會實驗室管理工作分會在全國開展了大規模的虛擬仿真實驗教學研討活動，國家級實驗教學示范中心聯席會組織了形式多樣的虛擬仿真技術應用研討和虛擬仿真實驗教學成果展示，全國廣大高校教師和領導積極參與，掀起了一場轟轟烈烈的虛擬現實教育應用高潮。

但是從虛擬仿真實驗教學中心建設的情況看，資源的開放共享仍處于起步和探索階段，面臨著許多問題和困難，具體表現在：

(1) 虛擬仿真實驗教學資源和管理平臺建設缺乏統一標準和規范；

(2) 優質虛擬仿真教學資源依然不足，難以滿足實驗教學的需要；

(3) 虛擬現實技術在教育教學中的應用不夠深入，沒有與其他教學手段實現深度融合；

(4) 教師缺少信息技術條件下的教學環境、課程體系和教學模式的設計經驗；難以鑒別和選擇層出不窮的虛擬現實設備和虛擬仿真實驗資源；

(5) 缺乏全國范圍內的共享機制和渠道。還沒有成熟的機制、實現更大范圍內的共享。

(6) 缺乏虛擬仿真教學資源的評估體系和實驗教學效果的績效評價體系。

5　建立虛擬現實教育應用研究院

為了推動虛擬現實教育應用，教育部教育裝備研究與發展中心與北京潤尼爾網絡科技有限公司共同成立了虛擬現實教育應用研究院。研究院將為從事虛擬現實教育應用研究的專家、學者搭建相互交流和溝通的平臺，匯集學校在虛擬現實教育應用方面的共識，促進各學科虛擬仿真實驗教學資源的合作共建，促進虛擬仿真實驗教學成果在全國范圍內的共享。

虛擬現實教育應用研究院成立后，研究院工作規劃設想如下：

(1) 制定技術標準

虛擬現實實驗教學裝備建設是一項長期而工程量浩大的工作。建設中學校面臨各種不同技術和解決方案的選擇。由于對計算機硬件、虛擬實驗軟件體系結構、網絡平臺、框架、組件、接口等沒有統一的標準和規范，導致在開發虛擬實驗裝備時盲目性大，虛擬仿真資源兼容性不強，二次開發難度較大，可重用性差。研究院將組織行業相關專家共同研究制定虛擬現實教育應用裝備的技術標準和資源開發規范。

(2) 探索共享機制

通過標準和規范建設，在技術層面上實現軟件資源的數據共享，建設虛擬仿真項目庫，實現實驗教學資源管理與信息支撐服務的科學化與系統化，滿足多專業、多學校和多地區共同開展虛擬仿真實驗教學的需要。同時開展資源共建共享機制研究，形成可落地、可推廣的共建共享方案，實現虛擬仿真實驗教學的可持續性發展。

(3) 引領示范建設

按照標準規范的要求，形成高校虛擬仿真實驗室建設整體方案，并且通過校企合作的方式，創建一批標準化的、示范性的虛擬仿真實驗室，引領高校VR教學實驗室建設。

(4) 開展測評服務

構建虛擬仿真教學系統及資源的測試環境，對虛擬仿真實驗教學硬件環境、管理平臺和軟件資源，開展第三方測評服務；探索虛擬仿真實驗教學效果評價方法，保障虛擬仿真對人才培養的正確方向，同時用以指導改進虛擬仿真裝備與資源的開發和建設。

(5) 組織培訓活動

面向全國高校的實驗教學和管理人員舉辦高水平的研討活動；組織具有豐富虛擬仿真實驗教學研究和教學經驗的專家教授對高校實驗教師進行高水平培訓，為一線實驗教師提供虛擬仿真實驗教學觀摩和上機實踐，提高實驗教學人員的信息素養，共享基于虛擬現實教育裝備的實驗教學模式。

(6) 搭建交流平臺

通過研討會、參觀考察、網絡媒體等多種形式搭建交流平臺，將虛擬現實教育應用成果進行宣傳和推廣，讓更多高校便捷地獲取經驗。

6　結　語

總之，新時代是教育改革發展的時代，也是教育裝備大有作為的時代。虛擬現實教育應用研究院將在新時代教育思想的引領下，緊密圍繞中央、國務院和教育部的相關政策文件，深入推進信息技術與實驗教學的深度融合，在各位專家的指導下，通過3年時間逐步推動實現上述的規劃設想，不斷加強實驗教學優質資源建設與應用，持續推進實驗教學信息化建設和實驗教學資源開放共享，攜手推動實驗教學改革與創新，著力提高我國高校實驗教學質量和實踐育人水平。讓我們一起共同努力，在新時代實現新作為。

參考文獻(References)：

[1]習近平.全國高校思想政治工作會議上的講話(2016-12-07)[z].

[2]中共中央辦公廳 國務院辦公廳印發《關于深化教育體制機制改革的意見》(2017-09-24)[z].

[3]國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)[z].

[4]劉德建,劉曉琳,張琰等.虛擬現實技術教育應用的潛力、進展與挑戰[J].開放教育研究, 2016, 22(4):25-31.

[5]教高廳函[2015]24號,教育部辦公廳關于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[z].

[6]教技[2012]5號,教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)[z].

[7]教高廳[2017]4號,教育部辦公廳關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知[z].