高師類化工專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革及發(fā)展策略

于永生,葛 靈,李天天,姜通武,高愛(ài)萍，井強(qiáng)山

(信陽(yáng)師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000)

化工專業(yè)實(shí)踐性較強(qiáng)，主要依靠實(shí)驗(yàn)課程來(lái)提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和科研能力，其作用不僅驗(yàn)證學(xué)生所學(xué)到的基礎(chǔ)理論知識(shí)，更重要的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式方法及嚴(yán)格且規(guī)范的操作技能，并以此提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力[1]。但傳統(tǒng)高師類化工專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多條件的約束，如部分師范類院系缺乏實(shí)驗(yàn)裝置、化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥劑易燃易爆存在安全隱患、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物或副產(chǎn)物的污染、實(shí)驗(yàn)室空間不足等問(wèn)題致使實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行，導(dǎo)致高師類化工專業(yè)學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力。同時(shí)，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)主要依靠實(shí)驗(yàn)講義和老師指導(dǎo)，按部就班進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，制約了學(xué)生深入探究的學(xué)習(xí)動(dòng)力，也易使學(xué)生失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，不利于教學(xué)活動(dòng)的開展。另外，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及設(shè)備采購(gòu)需校方院系投入大量的資金和人力，限制了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革創(chuàng)新也愈來(lái)愈強(qiáng)烈，而模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的概念也引起了高校的廣泛關(guān)注[2-3]。

近年來(lái)，虛擬仿真技術(shù)迅速發(fā)展，信息化、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化的教育觀念逐漸在高等院校得到發(fā)展，使高校的教育觀念、教育方式得到改變。虛擬仿真技術(shù)利用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相仿的虛擬教學(xué)中心，創(chuàng)建出一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使一些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室不能進(jìn)行的成本高、危險(xiǎn)系數(shù)高的實(shí)驗(yàn)在模擬實(shí)驗(yàn)室完成，同時(shí)也為大型、高成本的訓(xùn)練提供經(jīng)濟(jì)高效的虛擬實(shí)驗(yàn)操作[4-5]。學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)室中可無(wú)限制、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，極大的降低了財(cái)力損耗，同時(shí)也提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力、信息化應(yīng)用能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力和新型技術(shù)的運(yùn)用能力[6-7]。虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)，可以使學(xué)生有更多動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，以此來(lái)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力及信息化應(yīng)用能力，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力[8]。

1 高師類化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀分析

1.1 傳統(tǒng)高師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端

高師類的化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中通常是“照方抓藥”式的教學(xué)模式，學(xué)生先預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)并寫預(yù)習(xí)報(bào)告，而后在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這種教學(xué)模式極易使學(xué)生失去對(duì)于實(shí)驗(yàn)的興趣，也不利于學(xué)生探究能力的提高。

(1)驗(yàn)證性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)多。高師類課程中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)多為“照搬”式的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義中的操作步驟、藥劑及其用量，得出可預(yù)知的結(jié)果。這種教學(xué)模式容易使學(xué)生失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)探索和創(chuàng)新欲望，影響專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量的提高[9-10]。

(2)時(shí)間安排不妥。許多高師類院校的化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)多安排在大三，且開設(shè)多門實(shí)驗(yàn)課程，撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告會(huì)占據(jù)大量時(shí)間，已成為學(xué)生負(fù)擔(dān)，部分學(xué)生會(huì)為了應(yīng)付，不認(rèn)真對(duì)待報(bào)告，學(xué)習(xí)質(zhì)量難以保證[11]。

(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)測(cè)評(píng)體系不合理。對(duì)實(shí)驗(yàn)課的測(cè)試主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)測(cè)評(píng)成績(jī)，很少使用綜合能力測(cè)評(píng)的考核方法，而平時(shí)實(shí)驗(yàn)都有老師在旁邊指導(dǎo)，通過(guò)這樣的測(cè)評(píng)不能反饋學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力。這種測(cè)評(píng)方法容易使學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，只要把實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫好，不管實(shí)驗(yàn)做的怎樣，就可以得到好成績(jī)。使學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的積極性大大降低，不利于化工專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[12]。

(4)缺少對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。課程規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容里，依靠理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)居多，而設(shè)計(jì)、探究型的實(shí)驗(yàn)較少。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義的內(nèi)容，按照規(guī)定的步驟、藥劑、儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，之后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式很難激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，不利于創(chuàng)新意識(shí)的養(yǎng)成[13]。

1.2 高師化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的不足

在部分師范類高校中，受師范性質(zhì)和培養(yǎng)方向的影響，化工專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件與工科類院校存在不少差距。

(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺少。因?qū)嶒?yàn)經(jīng)費(fèi)短缺、缺少管理實(shí)驗(yàn)器材方面專業(yè)人才等諸多原因，導(dǎo)致缺乏專業(yè)方面的實(shí)驗(yàn)器材，使得在專業(yè)素養(yǎng)方面與工科類院校的學(xué)生存在差距。

(2)實(shí)踐機(jī)會(huì)少。化工專業(yè)學(xué)生實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)少，而且實(shí)習(xí)時(shí)，學(xué)生一般都是跟著指導(dǎo)老師參觀化工生產(chǎn)裝置和工藝流程，時(shí)間較短，實(shí)習(xí)過(guò)程中不能將理論知識(shí)與大型化工生產(chǎn)有機(jī)融合，不利于學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，達(dá)不到實(shí)習(xí)目的[14]。

2 化工專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.1 化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是將抽象的實(shí)驗(yàn)形象化、高危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)降級(jí)危險(xiǎn)系數(shù)、成本高的實(shí)驗(yàn)減少經(jīng)濟(jì)消耗、難度高的實(shí)驗(yàn)變得更加簡(jiǎn)單易上手，有利于師范院校的教學(xué)及其質(zhì)量的提升。利用虛擬仿真技術(shù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中可逐漸嘗試讓學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)，教師只在旁邊起輔導(dǎo)作用，以應(yīng)對(duì)學(xué)生無(wú)法處理的緊急情況，這樣有利于激發(fā)學(xué)生的自主探究興趣，是培養(yǎng)新型化工專業(yè)人才的重要輔助工具。

2.1.1 虛擬仿真技術(shù)與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合創(chuàng)造虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式

通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)，教師與學(xué)生之間建立聯(lián)系，一生一平臺(tái)賬號(hào)，學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)原理及實(shí)驗(yàn)的操作步驟及過(guò)程，老師通過(guò)賬號(hào)信息掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)的學(xué)生方能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、反思等。將虛擬仿真技術(shù)與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，為學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)創(chuàng)造機(jī)會(huì)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力，不斷通過(guò)實(shí)踐為理論知識(shí)奠基，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，最終將知識(shí)完全消化吸收[15]。目前，一些關(guān)于包含實(shí)踐與理論結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的網(wǎng)課，被歸入“慕課”(MOOCS)三大主流機(jī)構(gòu)之一的Coursera在線學(xué)習(xí)平臺(tái)[16]。

2.1.2 使學(xué)生由之前的照搬式的學(xué)習(xí)者向創(chuàng)新者轉(zhuǎn)變

近年來(lái)，隨著高等教育體系的不斷發(fā)展，培養(yǎng)有創(chuàng)新型思維人才已成為高等教育的主要目標(biāo)。國(guó)外部分高校對(duì)此已做出了改變：一是不斷完善實(shí)驗(yàn)條件，并制定與實(shí)踐有關(guān)的規(guī)定，將實(shí)踐與學(xué)分結(jié)合，吸引和督促學(xué)生根據(jù)學(xué)到的理論知識(shí)、查閱資料進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；二是建造有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究的環(huán)境，為學(xué)生提供先進(jìn)的設(shè)備、增加開放實(shí)驗(yàn)室數(shù)量；三是將創(chuàng)客空間與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，并對(duì)學(xué)生開放學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的習(xí)慣，要求學(xué)生不能解決的問(wèn)題，參考專家老師的意見(jiàn)，以自己的意向?yàn)橹鲗?dǎo)，向其他專業(yè)的學(xué)生請(qǐng)教的方法進(jìn)行創(chuàng)新研究[17]。

2.1.3 有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提升

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)工科人才必不可少的環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力起至關(guān)重要的作用。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，建立完善的信息教育體系，并將它變成人人都能接觸和使用的學(xué)習(xí)資源，這必將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。正如網(wǎng)課，利用互聯(lián)網(wǎng)的特性，能使每個(gè)學(xué)生在各自空閑的時(shí)間里隨時(shí)隨地的使用學(xué)習(xí)資源。與網(wǎng)課一樣，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可為高溫、高壓、高污染、易爆炸等極端條件的實(shí)驗(yàn)提供安全的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，而對(duì)于實(shí)驗(yàn)成本高、消耗大的實(shí)驗(yàn)，虛擬仿真技術(shù)也可以提供經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)驗(yàn)條件[18]。不止化工專業(yè)，對(duì)于涉及實(shí)驗(yàn)的專業(yè)，該技術(shù)都將為人才培養(yǎng)和教學(xué)水平的提高提供便捷的途徑。

總而言之，在當(dāng)今一切都趨于信息化的大時(shí)代背景下，合理利用先進(jìn)技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)高校的教育教學(xué)方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)母母铮瑢⒏佑欣谂囵B(yǎng)符合時(shí)代背景下的創(chuàng)新型專業(yè)人才。

2.2 化工虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成效

利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與虛擬仿真技術(shù)結(jié)合的教學(xué)方法正在逐步進(jìn)入高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)劃。以下是已完成的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)的情況。

2.2.1 分子設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子或原子團(tuán)的重新排列，是原子或分子間的作用過(guò)程，并伴隨電子的遷移，其反應(yīng)歷程在教學(xué)過(guò)程中難以詳盡的解釋或描述。但理論計(jì)算化學(xué)可為其提供技術(shù)上的支持，可以采用量子化學(xué)解決電子參與的反應(yīng)及分子或原子之間的相互作用，而它的量子化問(wèn)題可粗略不計(jì)，所以利用分子模擬便可將化學(xué)反應(yīng)中所有可能的反應(yīng)歷程及其詳細(xì)演變過(guò)程表示出來(lái)[18]。

2.2.2 化工單元操作實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)

涉及化工單元操作所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，一般都比較復(fù)雜且投資巨大，而多數(shù)師范院校的教學(xué)空間和經(jīng)費(fèi)有限，不能滿足每一位學(xué)生對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際動(dòng)手操作。虛擬仿真技術(shù)可以為此問(wèn)題提供有效的解決方案，滿足實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)需求。教師可利用虛擬中心的器材，在理論教學(xué)過(guò)程中為學(xué)生演示操作過(guò)程，完成實(shí)驗(yàn)步驟的操作和模擬緊急故障處理等，激發(fā)學(xué)生對(duì)化工實(shí)驗(yàn)的探究興趣。若將虛擬操作與實(shí)訓(xùn)結(jié)合，更能達(dá)到加深印象的作用，“虛實(shí)結(jié)合”更利于學(xué)生對(duì)化工單元操作的自主學(xué)習(xí)[18-19]。

2.2.3 化工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地

部分師范類院校由于教學(xué)經(jīng)費(fèi)、課程安排等原因，使得化工專業(yè)的學(xué)生前往化工廠實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)較少，且在有限時(shí)間的實(shí)習(xí)中，把安全培訓(xùn)和工廠參觀列為重點(diǎn)，缺少對(duì)化工專業(yè)最重要的操作技能的鍛煉。另外，化工廠的生產(chǎn)不同于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)，其生產(chǎn)規(guī)模更大、工藝流程更復(fù)雜、所用裝置更多，即使學(xué)生掌握了教學(xué)實(shí)驗(yàn)，但進(jìn)入化工廠后，由于缺少實(shí)際生產(chǎn)的操作技能，易造成生產(chǎn)原料的浪費(fèi)、產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)、損壞生產(chǎn)裝置等問(wèn)題，給化工廠造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)安全事故[20]。學(xué)生在學(xué)校很難接觸到實(shí)際的化工生產(chǎn)，而建立化工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地可以很好的解決這一問(wèn)題。以上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院建造的60萬(wàn)t煤制甲醇仿真工程為例，將實(shí)際工廠依照一定的比例縮小構(gòu)建，并把工廠實(shí)際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)設(shè)置在仿真軟件中，搭建的縮小版生產(chǎn)裝置與檢測(cè)裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)。通過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)基地，使學(xué)生更直觀的體會(huì)實(shí)際化工生產(chǎn)的操作流程及其與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的差距；通過(guò)基本接近真實(shí)化工生產(chǎn)的培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際化工生產(chǎn)的操作認(rèn)知[21-22]。化工虛擬實(shí)訓(xùn)基地的建立，對(duì)高校化工專業(yè)人才的全方位培養(yǎng)能起到積極的推動(dòng)作用。在師范類院校建立化工虛擬實(shí)驗(yàn)室，將許多在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室不能進(jìn)行的操作變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，可使師范院校中化工專業(yè)學(xué)生接觸較為全面的專業(yè)教育，逐步縮小與專業(yè)工科院校的差距，結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，可培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)代發(fā)展的化工專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)夯實(shí)的高水平創(chuàng)新應(yīng)用型人才。

3 虛擬仿真技術(shù)在應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的構(gòu)想雖對(duì)高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的學(xué)生有很大的幫助，但由于這種技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用時(shí)間較短，在實(shí)際教學(xué)中仍面臨著許多亟待解決的問(wèn)題。

3.1 不能貫徹虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方法

關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，教育部曾明文提出，在教學(xué)過(guò)程中要將虛實(shí)結(jié)合，相互補(bǔ)充，能實(shí)不虛作為教學(xué)準(zhǔn)則，不能只單純的運(yùn)用數(shù)字信息化的虛擬操作，將本可以實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)也置于虛擬平臺(tái)，在條件允許的情況下盡量讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)動(dòng)手操作能力，這是現(xiàn)階段虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題之一[23]。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和減少實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)等方面確實(shí)有一定的幫助，但實(shí)際化工生產(chǎn)受許多因素的影響，若只單純依靠虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，虛擬仿真技術(shù)在培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力方面也會(huì)有所限制。將虛擬仿真平臺(tái)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)合，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的不足，兩者共同作用培養(yǎng)專業(yè)人才，才是建立虛擬仿真平臺(tái)的初衷。

3.2 實(shí)驗(yàn)室開放性及資源共享不足

將學(xué)校的教育教學(xué)資源共享，是高校培養(yǎng)人才的需要，同時(shí)也可以提高高校的知名度和影響力。虛擬仿真技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的虛擬仿真平臺(tái)，其作用不再局限于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，互聯(lián)網(wǎng)的開放性將學(xué)校優(yōu)質(zhì)的資源共享，帶動(dòng)教育事業(yè)的發(fā)展也是高校應(yīng)盡的義務(wù)。目前，許多優(yōu)質(zhì)的資源掌握在個(gè)別教師或者某些院系，其他人要用時(shí)，需要經(jīng)過(guò)繁雜的流程，造成時(shí)間和資源的極大浪費(fèi)[24]。為促進(jìn)教育事業(yè)的發(fā)展，各院系、高校之間應(yīng)盡量資源共享、相互借鑒，共同努力探索適應(yīng)教育發(fā)展的共享模式。

3.3 缺少虛擬仿真技術(shù)方面的專業(yè)教師及管理團(tuán)隊(duì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建與發(fā)展需要專業(yè)的團(tuán)隊(duì)管理。無(wú)論是實(shí)驗(yàn)教學(xué)、設(shè)備管理還是共享平臺(tái)的管理，都需要有關(guān)虛擬仿真技術(shù)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)。但現(xiàn)在的應(yīng)用狀態(tài)下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的師資力量和設(shè)備的管理人員都嚴(yán)重短缺，難以滿足教學(xué)計(jì)劃的目標(biāo)。對(duì)年輕教師進(jìn)行培訓(xùn)，引入有關(guān)計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)方面的新型人才，用以充斥實(shí)驗(yàn)室的教師資源與管理團(tuán)隊(duì)，來(lái)共同完成教學(xué)的發(fā)展目標(biāo)。

除了以上主要問(wèn)題，已運(yùn)行的虛擬仿真平臺(tái)還存在一些其他的問(wèn)題，如針對(duì)性不強(qiáng)、缺少資金的投入、管理制度不完善、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少等問(wèn)題。這些問(wèn)題對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用效果有一定的負(fù)面影響，也會(huì)阻礙學(xué)生對(duì)該技術(shù)的使用效果，不利于學(xué)校的發(fā)展。及時(shí)處理這些問(wèn)題，與虛擬仿真技術(shù)不斷地磨合，結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，創(chuàng)造出一種適應(yīng)學(xué)校教育和學(xué)生有效學(xué)習(xí)的新教學(xué)方法。

4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革及發(fā)展策略

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，在高校培養(yǎng)人才中起到了不可忽略的作用。但由于資金、管理團(tuán)隊(duì)、教育體系等方面的原因，虛擬仿真平臺(tái)在運(yùn)用過(guò)程中也出現(xiàn)了許多問(wèn)題。這些暴露的問(wèn)題使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)不能有很好的體驗(yàn)效果，不利于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)及對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)。解決出現(xiàn)的這些問(wèn)題是虛擬仿真平臺(tái)當(dāng)前最緊要的任務(wù)。

4.1 逐步完善虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的管理機(jī)制

從整體來(lái)說(shuō)，在制定管理機(jī)制時(shí)，學(xué)校擁有整體控制權(quán)，但各學(xué)院、專業(yè)也要有一定的自主權(quán)。設(shè)備管理、人員組織、教學(xué)人員、平臺(tái)管理人員各盡其責(zé)，相互協(xié)助，完善管理機(jī)制。各實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、設(shè)備安排要統(tǒng)籌規(guī)劃，完成有限設(shè)備的協(xié)調(diào)和共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源利用最大化。

4.2 根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)用虛擬仿真平臺(tái)教學(xué)時(shí)應(yīng)結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，根據(jù)學(xué)科、專業(yè)以后可能出現(xiàn)的工作環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)符合教學(xué)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)專業(yè)的知識(shí)指導(dǎo)與交流[25-26]。這樣的教學(xué)環(huán)境可以提高學(xué)生的專業(yè)技能，將理論知識(shí)與實(shí)際結(jié)合帶入日常學(xué)習(xí)中，有利于學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，對(duì)認(rèn)知水平及社會(huì)工作適應(yīng)能力亦有一定幫助，提高學(xué)生的綜合能力。

4.3 加強(qiáng)教師與管理團(tuán)隊(duì)的師資力量建設(shè)

為保證虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，要求教師具備教學(xué)水平與新技術(shù)的運(yùn)用能力。部分建立虛擬仿真平臺(tái)的院校，其師資隊(duì)伍缺少專業(yè)虛擬仿真平臺(tái)管理團(tuán)隊(duì)，補(bǔ)充新的技術(shù)專業(yè)人才刻不容緩。可選拔年輕骨干教師進(jìn)行培訓(xùn)，亦可根據(jù)教學(xué)需要，引入不同能力、不同技術(shù)特點(diǎn)的高學(xué)歷人才，來(lái)補(bǔ)充教學(xué)、管理隊(duì)伍，以帶動(dòng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)各方面能力與素質(zhì)的提升。實(shí)驗(yàn)室教師與管理團(tuán)隊(duì)資源的強(qiáng)大，才能確保實(shí)驗(yàn)室保質(zhì)保量的完成教學(xué)目標(biāo)計(jì)劃。

4.4 與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)相結(jié)合

對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，虛擬平臺(tái)的虛擬操作缺少現(xiàn)場(chǎng)操作的真實(shí)體驗(yàn)，掌握知識(shí)的實(shí)際效果不如傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場(chǎng)操作更加印象深刻。在運(yùn)用虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)盡量做到虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛的原則。條件允許的情況下，能在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可先在虛擬平臺(tái)上練習(xí)，而后在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)際操作，這樣能使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的掌握有更深的印象，同時(shí)減少實(shí)驗(yàn)時(shí)的錯(cuò)誤，能應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中突發(fā)情況。對(duì)于高危險(xiǎn)、高成本的實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生在平臺(tái)上反復(fù)練習(xí)，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)理想效果。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，將虛擬仿真平臺(tái)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)相結(jié)合，更有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行，有利于學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。

4.5 建立虛擬仿真教學(xué)新體系

教學(xué)過(guò)程中在完成規(guī)定教學(xué)目標(biāo)前提下，將理論知識(shí)教學(xué)適當(dāng)較少、壓縮，增加實(shí)驗(yàn)課程所占的比例，將虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)置一定個(gè)數(shù)的學(xué)分，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與虛擬實(shí)驗(yàn)室的操作。這樣的課程安排與之前相比，多出來(lái)的實(shí)驗(yàn)課程能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力，通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作可進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。同時(shí)按照創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，刪除過(guò)時(shí)課程，將新增實(shí)驗(yàn)按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、專題研究等加入課程規(guī)劃[27-28]，以重視培養(yǎng)動(dòng)手創(chuàng)新為目標(biāo)，整合課程體系，突出化工專業(yè)特點(diǎn)，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系的科學(xué)性、完整性。

4.6 加大資金投入，設(shè)立專項(xiàng)基金

部分師范院校對(duì)虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)投入欠缺，無(wú)法滿足平臺(tái)建設(shè)的需求。基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生綜合能力提升的積極作用，校方需加大對(duì)虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)的投入，積極促進(jìn)虛擬仿真平臺(tái)的運(yùn)用。另外，學(xué)院可設(shè)立專項(xiàng)基金，用于設(shè)備的維護(hù)和更新，對(duì)有研究成果的教師和學(xué)生進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，以激勵(lì)教師和學(xué)生積極參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的引入，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)設(shè)備不足、教學(xué)時(shí)間空間受限、高危險(xiǎn)性、高成本等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，為學(xué)生提供理論與實(shí)際結(jié)合運(yùn)用的機(jī)會(huì)，同時(shí)在規(guī)范學(xué)生的操作步驟和提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力、整體教學(xué)水平的提高都起到舉足輕重的作用。采用將虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)緊密結(jié)合，以實(shí)為主、虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方法，共同提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，推動(dòng)高校教育質(zhì)量穩(wěn)步提高。另外，院校在建設(shè)與改革時(shí)應(yīng)加強(qiáng)與企業(yè)的合作，從態(tài)度上提高對(duì)虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)的重視，加大經(jīng)費(fèi)投入，加強(qiáng)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，開放對(duì)外資源共享，建設(shè)具有師范院校特色的虛擬仿真平臺(tái)。隨著改革建設(shè)工作的不斷深入，將來(lái)的發(fā)展還會(huì)出現(xiàn)許多其他問(wèn)題，需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷加以完善改正。