以人才培養為根本做好虛擬仿真實驗教學項目

梅伏生 趙娟娟 黃 濤

（華中師范大學實驗室與設備管理處 湖北·武漢 430079）

華中師范大學作為教育部教育信息化試點大學之一，重視專業教學與信息技術深度融合，重視信息技術在實驗教學中的應用。2017年以來，學校按照教育部有關虛擬仿真教學項目的規劃，分專業先后培育、建設了虛擬仿真實驗教學項目100余項，涉及物理、化學、生物、心理、歷史、教育、地理、計算機、新聞傳播、經濟管理、音樂等專業。一方面利用學校國家級、省級虛擬仿真實驗教學中心已建設的虛擬仿真實驗教學資源，按照教育部相關建設要求、技術標準，依據教學過程，整合組建一批建虛擬仿真實驗教學項目；另一方面，通過設立科研成果轉化實驗教學項目，通過科教融合，促進實驗教學內容、教學手段改革，融入信息技術，設計改造一批虛擬仿真實驗教學項目；再一方面，將野外拍攝的動植物視頻、相片，結合學校動植物標本材料，利用信息技術還原、加工、挖掘形成學生“全天候野外實習”的虛擬仿真實驗教學項目。2020年新冠肺炎疫情期間，華中師范大學依托國家虛擬仿真實驗教學項目共享服務平臺“實驗空間”組織校內外師生注冊、學習使用在實驗空間中的9個虛擬仿真實驗教學資源，促進網絡學習空間與物理學習空間融合互動，引領推動網絡學習空間的普及應用，充分發揮優質資源示范輻射效能。

信息技術已改變了我們的學習、工作和生活方式，信息技術在實驗教學中的應用或說信息技術與相關專業實驗教學的有機融合是社會進步的必然，但在虛擬仿真實驗教學項目建設中，要始終牢記以提高人才培養質量為出發點和落腳點。

1 正確認識虛擬仿真實驗教學項目建設的內涵

虛擬仿真實驗教學項目，在相關專家們確定這個名稱或說教育部啟動虛擬仿真實驗教學中心建設之前，20世紀80-90年代，在有些專業特別是一些工程專業就已存在（比方，航空航天、水利水電專業），而且取得很好的教學效果。它的本質就是從人才培養目標即要把我們的學生培養一個什么樣的專業人才，反推我們的學生大學期間應掌握多少知識和技能，再反推我們的專業教學除教室的理論教學課外，應該設計哪些實驗、實訓課，且這些課是基于我們人類已處于信息化時代，通過信息技術的融入（各種一代二代三代信息技術的疊加使用），實現教學、學習做到線上線下相結合、課前課中課后相結合、理論與實驗課相結合、虛擬與實體相結合、科研成果轉化實驗教學內容等，從教學理念、內容，到教學手段、方法，到教學評價、管理的教學改革。

虛擬仿真實驗教學項目是一個專業教學人員和信息技術人員合作開發的項目，一方面在技術上，系統軟件是開發不是簡單購買和使用，要有自己的知識產權，同時虛擬仿真實驗教學項目貴在開放共享性，所以技術接口必須符合國家統一的規范，接受校外訪問要保持暢通，項目不涉及不宜對外公開的秘密；另一方面在教學上，項目是面向實驗教學培養目標，針對實體實驗安全性差、難以實現、成本高昂、時空限制等方面原因不便開展的實驗教學任務（這就是問題導向）。項目應實現實驗核心要素，項目的仿真度應著力于還原真實實驗的教學要求、實驗原理、操作環境及互動感受。具體來說，項目應支撐學生綜合能力培養，納入本專業教學計劃，且滿足2個課時的實驗教學需求，學生實際參與的交互性實驗操作步驟須不少于10步，原則上不少于兩個學期的實際教學應用。

專家認定評審的重點指標是：項目的教學內容、教學方法、教學效果、教學資源、核心要素仿真度、共享服務及網絡用戶的評價七個方面。特別要注意“共享服務、網絡用戶評價”，這就體現了虛擬仿真實驗教學項目是“先建設應用、后評價認定”的原則，是一個建設應用好的項目去申請認定，不是申請了項目后再去建設！

2 避免虛擬仿真實驗教學項目建設的三個誤區

當前在虛擬仿真實驗教學項目開發和使用中，我們既要看到信息技術與專業教學融合的必要性和好處，也要關注新技術應用可能存在的風險和挑戰，一方面，我們不能盲目追求技術的高大上，我們必須堅持適合的就是最好的；另一方面，我們不能因噎廢食，不能因為技術沒選擇好出現一些問題，而否定所有信息技術的應用；再者，不能為了虛擬而虛擬，在實際教學中應用，提高教學水平，學生受益才是目的。具體來說，我們在虛擬仿真實驗教學項目建設中，不能因為對技術，畏難而不做、不懂而亂做、誤解而白做。

所謂畏難不做，就是虛擬仿真實驗教學項目中“虛擬仿真”這四個字，是一個泛化的概念，若僅按字面、按信息技術專業的術語去理解成“高度仿真的虛擬環境”，就非常難，確實很多專業還沒法做到，也沒這么多錢去做。上面提到過，實際上這里的虛擬仿真體現的就是信息技術與專業教學融合，目前應用在各專業的虛擬仿真實驗教學項目中的信息技術從易到難、從初級到高級都有，是疊加存在的。

所謂不懂亂做，一是不懂教學，把它做成了科研項目，做成了資源數據庫，沒有教學過程；二是不懂技術，聽技術開發人員講時感覺很美好，但做出來的卻很骨感；三是不懂行情，別人已做好了，這里還低水平重復，起不到教育部要求的優質資源共享目的。

所謂誤解白做，就是把實驗教學與信息技術的結合，理解成了實驗教學過程的信息化，做了一些教學視頻、虛擬教學動畫，沒有操作、沒有互動，把“做實驗變成了看實驗、學實驗”（當然教學視頻、動畫作為實驗前預習可以，但不能代替做實驗）。

3 建設虛擬仿真實驗教學項目的三個“做”

第一點，為什么做？就是要堅持兩個必要性。首先堅持虛擬仿真實驗教學項目是一個必要的實驗教學項目，是滿足本科學生畢業后，就業也好、創業也好、升造讀研也好，應具備、擁有的知識儲備、技能技巧和專業素養等，也就是專業人才培養必需的項目。其次是堅持虛擬仿真是必要的，虛擬仿真實驗教學項目是推進現代信息技術融入實驗教學項目、拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平的重要舉措。不能為了虛擬而虛擬，一定是虛實結合，更高質量訓練學生實驗能力。不能以虛擬仿真技術的功能來代替虛擬仿真實驗教學項目的效果。

第二點，找誰做？虛擬仿真實驗教學是信息技術與專業實驗教學的融合，盡管現代信息技術已發展得很高精尖，但離我們好多專業設想的在實體教學的基礎上更上一層樓的所想及所得的技術要求還有一定距離，而且信息技術本身也在快速發展中。我們專業教師在與企業技術人員打交道時，不應被他們天花亂醉的宣講弄得興奮得不得了，不應盲目追求信息技術的高精尖，適合的、能用的才是最好的。企業技術人員的承諾很美好，但現實可能很骨感。

第三點，怎么做？虛擬仿真實驗教學項目的核心還是專業實驗教學內容、教學過程或學習過程、訓練內容，信息技術如何體現教師如何教、學生如何學、如何練，我們專業教師得先有一個好的教學腳本，技術人員按這個腳本去編寫程序、去設計系統、去開發軟件才行。這里就有一個問題，我們的專業教師提供一個怎樣的腳本，既能表達自己專業的教學、學習、訓練意圖，又能讓技術人員能看懂這個意圖，不走樣或少走樣。這就需要我們的專業教師對技術也稍有了解，或要花很多時間與技術人員溝通?？傊?，專業教師先有一個好的教學腳本，以專業教學為主，讓企業技術人員跟著腳本做，不是以信息技術的展示來代替教學過程。

4 重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”更要重視它的“魂”

教育部大力推動各高校建設虛擬仿真實驗教學項目，一方面為提高本校學生的人才培養質量，更重要的是讓優質資源在全國高校共享，教育部在“雙萬”一流課程建設計劃中，準備認定1500門國家級虛擬仿真實驗教學一流課，就是促進優質資源共享的重要措施，各學校組織相關專業去申報國家級虛擬實驗教學項目的認定工作，也是想爭取獲得最高級別的認可和在國家層面上分享資源享有名譽。

在“虛擬仿真實驗教學”八個字中，“虛擬仿真”只是“形”，“實驗教學”才是“魂”。是否會被認定為國家級項目，在申報時提交教育部的虛擬仿真實驗教學系統、兩個視頻、申請書文字材料等顯得尤為重要，這是專家評審的依據，項目教學團隊既要重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”，更要重視它的“魂”。

重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”。虛擬仿真系統是教學的形式，這個好的“形”包括技術選擇的合適性、技術對教學/學習環境、過程的虛擬仿真度，系統界面、操作友好性，遠程使用方便性、交互體驗的身臨其境感，持續投入、持續改進、技術隊伍支撐等等，要想評審專家在有限的時間內了解到，除了通過系統本身的運行外，還要通過申請書文字材料、視頻材料，項目教學團隊一定要重視這方面的表述。

更要重視虛擬仿真實驗教學項目的“形”。項目教學團隊不要本末倒置，不要簡單認為學?；耸畮兹f甚至幾十萬請了企業幫助開發系統，系統做好了上線了，就大功告成了。重視實驗教學的“魂”：

第一、就是要在提交的教學系統、申請書文字材料、視頻材料中體現我們去爭取國家級“實驗教學”一流課的內涵，就是要體現所在專業一流人才培養的必要性，就是有與同行比較中有自己的“教師教學、學生學習”的優勢和特點，教學負責人、教學團隊在教學中有高招、有特色，團結協作水平高。

第二、就是要在申請書文字材料、視頻材料體現三個導向。一是“問題導向”，即實體教學中的問題，通過虛擬仿真教學解決了，比方過去實體實驗做不了、做不好的問題，現在解決了；二是“需求導向”，就是申報項目所屬專業的畢業生，到社會到行業中去創業就業，需要什么知識和技能，我們這門課就是針對這個需求的；三是“以學生為中心”導向，就是立德樹人，自主學習、個性化學習，申報的項目所屬的課程如何實現？

第三、就是要在申請書文字材料、視頻材料能反映出申報項目是符合“高階性、創新性、挑戰度”的要求。這些都需要教學團隊用專業的教學語言寫出來講出來。

（1）教學理念對標加強，主要指高階性方面，立德樹人是根本任務，能培養有責任感、知識和技能并重型人才，以提升學生自主學習能力等。

（2）跟原來相比，具體哪些教學/學習內容增加了、且教學/學習效果還增強了，同時教學/學習評價還更科學，具體評價方法和程序是什么等等，這就是體現了有挑戰度。

（3）跟原來相比，有哪些具體教學/學習方法創新（虛實結合等），且教學/學習效率提高了，教學/學習范圍擴大了，具體指的是什么，教學示范輻射面更廣了，又有哪些單位等，這就是體現創新性。