國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的新時(shí)代教學(xué)特征

熊宏齊

在新形勢(shì)下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在國(guó)內(nèi)高校得到比較快的發(fā)展與普及，在人才培養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面起到了重要的作用。東南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處熊宏齊處長(zhǎng)在有關(guān)文件精神的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)凝練了國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)8個(gè)新時(shí)代的教學(xué)特征；華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處李震彪處長(zhǎng)在觀察與思考的基礎(chǔ)上，客觀地解讀了在開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)程中應(yīng)該注意的相關(guān)問(wèn)題。這兩篇文章對(duì)于高校在新時(shí)代更好地開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠給予廣大讀者一些新的、有益的啟示。

國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的新時(shí)代教學(xué)特征

熊宏齊

（東南大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，江蘇 南京 211189）

國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是教育部推出的5類國(guó)家“金課”之一，其建設(shè)水平遵循國(guó)家“金課”的“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”，即“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)教育部有關(guān)推進(jìn)國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的相關(guān)文件精神和國(guó)家“金課”“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合推進(jìn)國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)思考，總結(jié)凝練出國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目具有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容精彩、實(shí)驗(yàn)構(gòu)思巧妙、實(shí)驗(yàn)技術(shù)先進(jìn)、實(shí)驗(yàn)做法靈活、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)客觀、形象展現(xiàn)抽象、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度、加速推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)平衡發(fā)展等8個(gè)新時(shí)代的教學(xué)特征。

虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)特征

教育部《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》（教高廳[2017]4 號(hào)）[1]和教育部《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》（教高函[2018]5 號(hào)）[2]明確指出，國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)理念：注重以學(xué)生為中心，注重對(duì)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的綜合培養(yǎng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力；國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容：堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，重點(diǎn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作，以及大型綜合訓(xùn)練等問(wèn)題；同時(shí)堅(jiān)持需求導(dǎo)向，緊密結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)高校人才培養(yǎng)的需求，緊密結(jié)合專業(yè)特色和行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新成果；國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)方法: 始終關(guān)注信息化時(shí)代背景下學(xué)生需求，重點(diǎn)實(shí)行基于問(wèn)題、案例的互動(dòng)式、研討式教學(xué)，倡導(dǎo)自主式、合作式、探究式學(xué)習(xí)。

國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是教育部推出的5類“金課”之一，其建設(shè)水平堅(jiān)持“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”，即“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)。高階性是指知識(shí)能力素質(zhì)的有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維；創(chuàng)新性是指教學(xué)內(nèi)容反映前沿性和時(shí)代性，教學(xué)形式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化；挑戰(zhàn)度是指實(shí)驗(yàn)有一定難度，需要學(xué)生努力才能夠得著，對(duì)教師備課和學(xué)生課下有較高要求[3-4]。

依據(jù)教育部關(guān)于推進(jìn)國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的相關(guān)文件精神，和教育部推出“金課”的“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合作者在推進(jìn)國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)中的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)思考，總結(jié)凝練出國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目具有以下8個(gè)新時(shí)代的教學(xué)特征。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容精彩

良好的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容選擇，需緊緊圍繞立德樹(shù)人的根本任務(wù)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的新要求[5-6]。立德樹(shù)人，關(guān)鍵在教師。2014年9月9日，習(xí)近平總書(shū)記到北京師范大學(xué)考察，對(duì)教師提出了要有理想信念、有道德情操、有扎實(shí)學(xué)識(shí)、有仁愛(ài)之心的要求。將理想信念、道德情操、扎實(shí)學(xué)識(shí)、仁愛(ài)之心在教學(xué)中傳承、傳授，就是立德樹(shù)人。其中，扎實(shí)學(xué)識(shí)需要有扎實(shí)的知識(shí)功底、過(guò)硬的教學(xué)能力。要求教師不僅需要過(guò)硬的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，還要洞悉學(xué)科前沿方向，更要有將國(guó)家行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新成果轉(zhuǎn)換為教學(xué)內(nèi)容，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法傳授給學(xué)生的能力，以國(guó)家使命和社會(huì)責(zé)任培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷和將來(lái)獻(xiàn)身國(guó)家的理想信念。國(guó)家行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果轉(zhuǎn)換成實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，需要教學(xué)內(nèi)容的凝練、儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造等環(huán)節(jié)，投入到實(shí)際教學(xué)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，有的成果甚至沒(méi)有辦法轉(zhuǎn)換成實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。因此，將國(guó)家行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果轉(zhuǎn)換成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，不但可以確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)容精彩，還可以縮短投入到教學(xué)的時(shí)間，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的新要求，達(dá)到立德樹(shù)人的教學(xué)目的。

2 實(shí)驗(yàn)構(gòu)思巧妙

國(guó)家行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果轉(zhuǎn)換成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是，本科生所具備的知識(shí)基礎(chǔ)難以讓學(xué)生完全掌握前沿高深的知識(shí)和最先進(jìn)的技術(shù)，該如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)？這就需要虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)課題組對(duì)國(guó)家行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果的核心要義高度凝練，用學(xué)生通曉的、最普通的方法進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生容易自主完成實(shí)驗(yàn)，讓教師容易組織教學(xué)。

舉一個(gè)構(gòu)思巧妙的實(shí)體實(shí)驗(yàn)例子，其實(shí)驗(yàn)構(gòu)思的巧妙性值得我們將前沿高深的知識(shí)和最先進(jìn)的技術(shù)轉(zhuǎn)換成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)借鑒。如油滴實(shí)驗(yàn)，是美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家羅伯特×密立根在1909年所進(jìn)行的一項(xiàng)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)的目的是要測(cè)量單一電子的電荷。方法主要是平衡重力與電力，使噴射撕裂帶電的油滴懸浮于兩片金屬電極之間。并根據(jù)已知的電場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)算出整顆油滴的總電荷量。重復(fù)對(duì)許多油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后，密立根發(fā)現(xiàn)所有油滴的總電荷值皆為同一數(shù)字的倍數(shù)，因此認(rèn)定此數(shù)值為單一電子的電荷e=1.592·10-19庫(kù)侖。該實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象屬于當(dāng)時(shí)微觀世界領(lǐng)域的前沿性問(wèn)題，而一個(gè)非物理專業(yè)的大學(xué)新生就可以很容易完成這一實(shí)驗(yàn)，應(yīng)歸功于該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙、原理清楚、設(shè)備簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確，是一個(gè)著名而有啟發(fā)性的物理實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)技術(shù)先進(jìn)

行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果一般具有2個(gè)屬性。一是具有成果所屬專業(yè)領(lǐng)域鮮明的、前沿性的專業(yè)知識(shí)內(nèi)容，二是具有與本成果相關(guān)的其他專業(yè)領(lǐng)域的最新技術(shù)，這個(gè)最新技術(shù)是成果得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)手段。鮮明的、前沿的專業(yè)知識(shí)內(nèi)核+相關(guān)的其他專業(yè)領(lǐng)域的最新技術(shù)=前沿領(lǐng)域?qū)W科交叉的知識(shí)載體，將這樣的載體轉(zhuǎn)換成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，不僅能夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，也能培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合各專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，達(dá)到提升學(xué)生解決專業(yè)問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)能力素質(zhì)的有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維教學(xué)效果[7-8]。

4 實(shí)驗(yàn)做法靈活

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)要實(shí)行基于問(wèn)題、案例的自主式、合作式、探究式學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生具有挑戰(zhàn)度[9-10]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目代表行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新成果，其底層數(shù)據(jù)支撐來(lái)源于成果實(shí)現(xiàn)過(guò)程的科研數(shù)據(jù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的底層數(shù)據(jù)映射出的專業(yè)知識(shí)內(nèi)容一般比學(xué)生本科教材上介紹的基本知識(shí)內(nèi)容更寬廣，有基本內(nèi)容，也有前沿知識(shí)。成果實(shí)現(xiàn)技術(shù)一般比學(xué)生在實(shí)體實(shí)驗(yàn)室接觸到的技術(shù)更多、更先進(jìn)，具有本專業(yè)領(lǐng)域的基本實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，也有本專業(yè)領(lǐng)域和其他專業(yè)領(lǐng)域的最新實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。學(xué)生利用這樣設(shè)計(jì)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，不僅可以完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本專業(yè)的基本知識(shí)和方法，還可以以基本知識(shí)和方法為起點(diǎn)，進(jìn)一步拓展、探索新的知識(shí)和方法，包括涉及本學(xué)科前沿和跨學(xué)科的知識(shí)和方法。因而，這樣的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目的，即對(duì)學(xué)生而言，大部分的創(chuàng)新只是發(fā)現(xiàn)了自己過(guò)去不知道的事實(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)固然要幫助學(xué)生成就將來(lái)的創(chuàng)新，但主要任務(wù)是要使學(xué)生體驗(yàn)到創(chuàng)新的快樂(lè)和自信，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，并創(chuàng)造條件使這種可貴的品質(zhì)保持下去，鼓勵(lì)學(xué)生持續(xù)性地把發(fā)現(xiàn)的“新”深究下去，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

5 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)客觀

學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后所獲得的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υu(píng)價(jià)是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)中，要求對(duì)學(xué)生獲得的知識(shí)、能力、素質(zhì)進(jìn)行全過(guò)程評(píng)價(jià)，也是對(duì)學(xué)生在該虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中所養(yǎng)成的能力結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。每個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論等部分，也包括學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)必須具備的相關(guān)背景知識(shí)。對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υu(píng)價(jià)包括上述完整實(shí)驗(yàn)過(guò)程，如實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡陌盐斩取?shí)驗(yàn)原理的掌握度、實(shí)驗(yàn)方法的合理度、實(shí)驗(yàn)步驟的規(guī)范度以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確度等。每個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)要素可以設(shè)計(jì)成若干基本點(diǎn)，對(duì)每個(gè)基本點(diǎn)的完成情況與評(píng)分進(jìn)行科學(xué)建模，從而達(dá)到對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的每個(gè)基本點(diǎn)進(jìn)行客觀評(píng)分的目的。

這種自動(dòng)生成的客觀評(píng)價(jià)，最重要的作用是評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ浣Y(jié)果也可以對(duì)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合協(xié)調(diào)性進(jìn)行判斷。通過(guò)大量學(xué)生完成該實(shí)驗(yàn)后的能力評(píng)價(jià)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，能夠起到2個(gè)方面的作用：一是檢查該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的合理性，如果大數(shù)據(jù)分析結(jié)果反映出絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)評(píng)價(jià)體系的某個(gè)或某幾個(gè)基本點(diǎn)的掌握有欠缺，說(shuō)明該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)存在不足，需要改進(jìn)；二是檢查理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的協(xié)調(diào)性，如果通過(guò)共享應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析，有的學(xué)校的學(xué)生對(duì)該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目所有考核基本點(diǎn)的掌握都在合理范圍內(nèi)，說(shuō)明這些學(xué)校的理論教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)是融合協(xié)調(diào)的；如果只有某個(gè)或某幾個(gè)學(xué)校的所有學(xué)生對(duì)該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的一個(gè)或某幾個(gè)基本點(diǎn)掌握欠缺，說(shuō)明這些學(xué)校的理論教學(xué)與該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)不匹配，存在某些缺陷，這些學(xué)校應(yīng)該改進(jìn)相應(yīng)的理論教學(xué)。

這種通過(guò)合理建模，自動(dòng)生成對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目陀^評(píng)價(jià)，減少了教師主觀評(píng)價(jià)的比例，有利于該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步開(kāi)放共享。對(duì)于設(shè)計(jì)類相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，應(yīng)遵循其教學(xué)規(guī)律，在客觀評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加讓學(xué)生大膽創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，加大學(xué)生互評(píng)或?qū)＜以u(píng)價(jià)的權(quán)重，切合實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程。

6 形象展現(xiàn)抽象

上述第4點(diǎn)關(guān)于“實(shí)驗(yàn)做法靈活”部分已經(jīng)闡述了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了“虛擬反映現(xiàn)實(shí)”，再現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題的論點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)還應(yīng)突出“形象展現(xiàn)抽象”，厘清教學(xué)問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)。某些儀器設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、某些實(shí)驗(yàn)對(duì)象的形態(tài)不具有可視性，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在教學(xué)設(shè)計(jì)上可以實(shí)現(xiàn)。如大型加速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、相關(guān)射線的軌跡、偏轉(zhuǎn)、聚焦等實(shí)驗(yàn)對(duì)象的可視化，又如某些可視的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，但其幾何尺度或位置變化很小，難以達(dá)到可視的地步等，都可以通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中的模擬手段而“放大”，放大到隨著某些實(shí)驗(yàn)條件的改變，可以觀察到實(shí)驗(yàn)對(duì)象的相關(guān)因素變化的基本特征和規(guī)律。這里尤其要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，這些不可視的細(xì)微變化，通過(guò)“形象展現(xiàn)抽象”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)而“放大”可視后，其底層的數(shù)據(jù)支撐一定是科學(xué)實(shí)驗(yàn)真實(shí)的數(shù)據(jù)，不能等比例“放大”。

7 拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度

作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本單元的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的教學(xué)運(yùn)行，師生和教學(xué)改革者最關(guān)心的是該項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)方法。

（1）國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的廣度與深度。國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的選擇，應(yīng)堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，重點(diǎn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作，以及大型綜合訓(xùn)練等問(wèn)題。堅(jiān)持需求導(dǎo)向，緊密結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)高校人才培養(yǎng)的需求，緊密結(jié)合專業(yè)特色和行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新成果。因此，國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目或是高校科研成果轉(zhuǎn)化而來(lái)，或是國(guó)家重大工程轉(zhuǎn)化而來(lái)。縮短了最新專業(yè)知識(shí)和技術(shù)投入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間，拉近了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與真實(shí)工程實(shí)踐之間的距離，讓那些不能做、做不上、做不好的實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬仿真技術(shù)在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得以實(shí)現(xiàn)，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的廣度與 深度。

（2）國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目拓展了教學(xué)方法的廣度與深度。國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目始終關(guān)注信息化時(shí)代背景下學(xué)生需求，重點(diǎn)實(shí)行基于問(wèn)題、案例的互動(dòng)式、研討式教學(xué)，倡導(dǎo)自主式、合作式、探究式學(xué)習(xí)。通過(guò)信息技術(shù)，讓現(xiàn)實(shí)環(huán)境下不能實(shí)現(xiàn)或不能很快實(shí)現(xiàn)的各類互動(dòng)式、研討式、團(tuán)隊(duì)式、合作式、探究式教學(xué)成為可能。如設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)病情、病因復(fù)雜病人的臨床診療虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，不同的學(xué)生團(tuán)隊(duì)在通過(guò)人機(jī)交互，模擬臨床問(wèn)診、體格檢查、選擇輔助檢查等環(huán)節(jié)，進(jìn)行虛擬的臨床診療，在做出初步診斷和治療的基礎(chǔ)上，再設(shè)計(jì)模擬會(huì)診環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)生生互動(dòng)、師生互動(dòng)、團(tuán)隊(duì)互動(dòng)，通過(guò)互動(dòng)、互學(xué)而探究未知，從而對(duì)一個(gè)病情、病因復(fù)雜病人做出綜合診斷和正確的治療決策。現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，會(huì)診環(huán)節(jié)往往由于人員因素、場(chǎng)地、排隊(duì)等因素的影響而不能馬上實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在臨床科室輪轉(zhuǎn)實(shí)習(xí)中，參與實(shí)際會(huì)診的機(jī)會(huì)、互動(dòng)的深度與廣度等都會(huì)受到很多因素的影響而弱化，但網(wǎng)上互動(dòng)診療環(huán)節(jié)能夠快速實(shí)現(xiàn)，拓展了互動(dòng)教學(xué)的廣度與深度。

（3）國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目拓展了實(shí)驗(yàn)方法的廣度與深度。國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目要求拓展多途徑、多方案、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方法。有些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，影響實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象變化的變量因素很多，宜采用控制變量法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究；如果每個(gè)因素都要研究，可以采用團(tuán)隊(duì)分工合作的方式完成。有些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)的不同，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)方法可以轉(zhuǎn)換。如某高校建設(shè)了太陽(yáng)能電池特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓和短路電流的測(cè)試、太陽(yáng)能電池板短路電流與不同光照強(qiáng)度的關(guān)系測(cè)試等。該實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)題目到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排可以看出是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。很多高校相關(guān)實(shí)驗(yàn)室配置了數(shù)十臺(tái)（套）該實(shí)驗(yàn)設(shè)備，因此，沒(méi)有必要建設(shè)這個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。若要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)能力和綜合設(shè)計(jì)能力，則可以將該驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的核心步驟保留，融入設(shè)計(jì)一個(gè)小型供用電自治系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中。首先，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，選題很好，由于地形復(fù)雜、居住分散、輸電成本高等因素影響，西部山區(qū)很多居住點(diǎn)還沒(méi)有解決生活用電問(wèn)題，小型光伏電站支撐的供用電系統(tǒng)建設(shè)很有必要；二是小型光伏電站支撐的供用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行成本較高，也適合開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。在這樣一個(gè)小型供用電自治系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，太陽(yáng)能電池特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)是最核心的步驟之一，通過(guò)太陽(yáng)能電池特性測(cè)量確定太陽(yáng)能電池板的數(shù)量，另外再根據(jù)系統(tǒng)的自治要求開(kāi)展虛擬仿真設(shè)計(jì)。這樣就將一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化升級(jí)為一個(gè)必要性很充分的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力的效果。受實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件影響，很多實(shí)驗(yàn)只能進(jìn)行驗(yàn)證，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以拓寬學(xué)生的視野，拓展實(shí)驗(yàn)方法的廣度與深度。

8 加速推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)平衡發(fā)展

國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的廣度與深度，將那些真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作，以及大型綜合訓(xùn)練建設(shè)成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)將行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新成果建設(shè)成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的加速更新，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更加富有新時(shí)代的特征。在大量先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，應(yīng)優(yōu)化減少相關(guān)實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，特別減少那些簡(jiǎn)單的原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，增加綜合設(shè)計(jì)型實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)一步優(yōu)化、“虛-實(shí)”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目體系，滿足新時(shí)代高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。

上述內(nèi)容是作者總結(jié)凝練的國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目所具有的8個(gè)新時(shí)代的教學(xué)特征。另外，加速推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)平衡發(fā)展，也會(huì)進(jìn)一步加速推進(jìn)人才培養(yǎng)課程體系的整體重構(gòu)，推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育全程。由于篇幅有限，這里不再贅述。

[1] 教育部. 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：（教高廳[2017]4號(hào)）[Z]. 2017.

[2] 教育部. 關(guān)于開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知：（教高函[2018]5號(hào)）[Z]. 2018.

[3] 鄭家茂. 對(duì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)若干問(wèn)題的厘析[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007, 26(10): 1–2, 5.

[4] 鄭家茂. 對(duì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)若干問(wèn)題的厘析（續(xù)）[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007, 26(11):1–3.

[5] 熊宏齊，戴玉蓉，鄭家茂. 教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型及其“開(kāi)放內(nèi)稟性”[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008, 25(1): 5–6, 63.

[6] 熊宏齊. 論高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)如何適應(yīng)學(xué)生的自主選擇要求[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013, 30(1): 1–4, 7.

[7] 祖強(qiáng)，魏永軍，熊宏齊. 省級(jí)在線開(kāi)放虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)探討[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017, 34(10): 153–157.

[8] 楊選瑾，熊宏齊. 研究型大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化實(shí)證研究[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2018(3): 77–80.

[9] 祖強(qiáng)，魏永軍. 國(guó)家級(jí)示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目申報(bào)策略探討[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018, 35(9): 247–249.

[10] 李平，毛昌杰，徐進(jìn). 開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013, 32(11): 5–8.

Teaching characteristics of national virtual simulation experiment teaching project in new era

XIONG Hongqi

(Laboratory and Equipment Management Office, Southeast University, Nanjing 211189, China)

The national virtual simulation experiment teaching project is one of the five national “Golden courses” launched by the Ministry of Education, and its construction level follows the standards of the national “Golden course” of “High-level, innovation and challenging”, i.e. the standards of “One challenge and two levels”. According to the document spirit of the Ministry of Education about promoting the construction of national virtual simulation experiment teaching project and the national “Golden course” and its standards and in combination with the experience and relevant thinking of promoting the construction of such project, it is summarized that the national virtual simulation experiment teaching project has eight new-era characteristics such as the excellent experimental contents, ingenious conception of experiments, advanced experimental technology, flexible experimental methods, objective evaluation of experiments, abstract image display, breadth and depth of experimental teaching and acceleration of balanced development of experiment teaching and theoretical teaching.

virtual simulation; experiment teaching; teaching characteristics

G642.0

A

1002-4956(2019)09-0001-04

2019-03-26

熊宏齊（1965—），男，湖南澧縣，博士，教授，實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處處長(zhǎng)，研究方向?yàn)楦叩冉逃c管理。

E-mail: hqxiong@seu.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2019.09.001