“五位一體”虛擬仿真實驗教學管理體系研究

李雪，毛雅蕓，沈高飛*，吳衛兵

（1.上海體育學院 教務處，上海；2.上海體育學院 運動科學學院，上海）

一 引言

實驗教學是高等學校教學的重要組成。實驗教學是指學生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現象的變化中獲取新知識或驗證知識。與傳統理論教學相比，實驗教學在教學理念、教學內容、教學方法、管理模式等方面有利于凸現學生的創造性和主動性，促進理論與實踐相結合；有利于突出學生的綜合設計和多元分析，促進培養創新意識和實踐能力。實驗教學是高校教學改革的重要方向、教學建設的重要內容，對創新性人才培養質量的提高有重要作用[1]。

在不斷深化教育教學改革、全面提高高等教育質量的背景下，教育信息化在培養學生創新精神和實踐能力方面的作用不斷凸顯。虛擬仿真實驗教學是依托虛擬現實、多媒體、人機互動等技術，構建高度仿真的虛擬環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱要求的教學目的的教學活動。虛擬仿真實驗教學項目的教學內容不僅要堅持問題導向，重點解決不具備真實實驗項目條件或實際運行困難，涉及高危或極端環境，高成本、高消耗、不可逆操作，以及大型綜合訓練等問題，同時要堅持需求導向，緊密結合經濟社會發展對高校人才培養的需求，緊密結合專業特色和行業產業發展最新成果。信息技術背景下的實驗教學，倡導自主式、合作式、探究式的學習，通過構建虛擬仿真的實驗教學環境，引導學習者開展基于問題、基于案例、基于研討的主動學習，推動建設推動高校積極探索線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化實驗教學模式創新[2-11]。

二 虛擬仿真實驗教學管理體系的建設要求

教育部《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高〔2012〕4 號）明確提出“強化實踐育人環節，提升實驗教學水平；要加強信息化資源共享平臺建設，向高校和社會開放”。教育部《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（教高廳[2017]4 號）》和《關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知（教高函[2018]5 號）》，提出“高校是虛擬仿真實驗教學項目建設和應用的主體，高校應將建設和使用虛擬仿真實驗教學項目作為推進完善現有實踐教學體系、提高實驗教學質量的重要舉措”。高校虛擬仿真實驗教學管理的職能包括：在堅持“能實不虛”的基礎上加大虛擬仿真實驗教學項目建設力度，有序有效推進虛擬仿真實驗教學項目的建設、應用及管理。依托先進可靠的實驗研發技術，強化虛擬仿真實驗教學開放共享應用管理，促進實驗教學質量穩步提高。

三 “五位一體”虛擬仿真實驗教學管理研究

虛擬仿真實驗教學管理基于傳統面授實驗教學的管理，信息技術的介入又賦予了教學管理新的內涵：教學管理的范圍不僅包括校內學科實驗教學管理，還包括面向兄弟院校和社會學習者的校外開放共享管理，教學管理的渠道不僅包括傳統的線下實驗教學過程管理，還包括基于虛擬仿真實驗教學平臺的線上實驗教學管理。結合虛擬仿真實驗教學的建設及應用情況，研究構建了涵蓋“課程規劃、課程建設、課程管理、教學平臺、開放共享”五位一體、銜接配合的虛擬仿真實驗教學管理體系，形成“凸現體育特色、打造互動體驗、推進示范引領”的虛擬仿真實驗教學環境，探索虛擬仿真實驗教學管理創新模式和有效途徑，推進培養適應新時代要求的應用型、復合型體育人才。

（一） 課程規劃研究

課程規劃是從頂層設計的角度開展虛擬仿真教學研究，通過制定學校層面的課程建設方案、合理規劃系列虛擬仿真課程體系、依托新文科開展學科交叉融合等角度開展課程規劃管理，從而引領虛擬仿真實驗教學實踐的有序開展。

1. 制定校級建設方案。在深入學習教育部、上海市文件精神的基礎上，上海體育學院研制了《上海體育學院金課建設方案》，提出“虛擬仿真實驗教學課程建設必須圍繞專業核心課程，體現一流本科專業建設成效、展現學科獨特優勢”。上海體育學院的一級學科A+檔是體育學，學校擁有運動訓練、運動康復、體育教育、體育經濟與管理、應用心理學等7 個國家級一流專業，獨立設置的本科實驗課79門，年度開設實驗項目超過240 項。虛擬仿真課程建設聚焦體育學，體現一流專業的人才培養需求，結合已開設的實驗課，依據“能實不虛、虛實結合”原則建設虛擬仿真實驗教學課程，促進信息技術與實驗教學的深度融合。

2.設計虛擬仿真課程體系。虛擬仿真課程建設具有延續性、連續性的特點，學校在校級培育建設的時候著力構建虛擬仿真課程體系，課程之間相互銜接、形成面向專業的虛擬仿真課程群。以體育經濟與管理專業為例，圍繞大型體育賽事開幕式、體育賽事組織、賽事營銷推廣、體育旅游規劃，學校建設了一套圍繞體育賽事“規劃、組織、運營、推廣”的虛擬仿真實驗教學一流課程，幫助學生熟悉大型賽事管理的各個關鍵環節，提學生解決綜合性復雜性問題的實踐技能；以運動康復專業為例，圍繞運動營養、運動急救、運動療法、運動預防建立了一套面向“社區健康師”解決“怎么吃、怎么練、怎么防、怎么調”的健康防護虛擬仿真實驗教學一流課程，切實滿足專業教學及發展需求。

3.新文科背景下的學科交叉融合。新文科是以全球新科技革命、新經濟發展、中國特色社會主義進入新時代為背景，突破傳統文科的思維模式，以繼承與創新、交叉與融合、協同與共享為主要途徑，促進多學科交叉與深度融合，培養學生的創新與創造能力，推動傳統文科的更新升級。新文科背景下，學校依托體育學一流學科開展虛擬仿真實驗課程設計，圍繞“體醫融合”“體教融合”“體管融合”“體心融合”“體藝融合”等開展課程建設及應用管理，建成“運動傷害現場急救”“乒乓球擊球原理”“馬拉松賽事管理”“運動員知覺能力”“電競賽事現場解說”等10 門學科交叉融合的虛擬仿真實驗教學課程，探索“專業優化”“交叉融合”“課程提質”“模式創新”的虛擬仿真實驗教學環境和課程資源建設，成為新文科背景下實驗教學建設及管理的關鍵詞。

（二） 課程建設研究

課程建設管理通過確定課程遴選立項和課程驗收的標準，確保課程的建設質量；在課程建設過程中，以校企合作的形式開展資源研發，在開發過沖中遵循國家的技術標準和接口規范；充分發揮教師團隊的積極性和主動性，建設具有自主知識產權的虛擬仿真課程。

1.課程建設標準。明確虛擬仿真實驗教學課程遴選立項標準，保證教學資源的建設質量。虛擬仿真實驗教學課程立項從項目教學目標及必要性、項目教學內容與交互設計、教學團隊、項目創新、應用推廣等5 個方面確定。課程需要堅持“能實不虛、虛實結合”原則，支撐學生綜合能力培養，以問題、需求導向，以本科教學人才培養為目標，體現必要性及適用性。注重課程實驗步驟的設計、實驗場景及教學內容的搭建。鼓勵課程建設凸現創新性，與行業、企業合作共建、共享，推動教學形式創新、技術創新、模式創新；運用信息技術開展教學理念、教學內容、教學方式方法、開放運行、評價體系等方面優勢與特色明顯，體現體育教育教學特色。

2.課程研發模式。虛擬仿真實驗教學課程建設涉及到三維建模、人機交互、增強現實、虛擬仿真等技術手段，需要專業的技術研發團隊作為課程建設及運行保障。我校積極開展校企合作的實驗研發模式，把學校的學術優勢和企業的技術優勢相融合，聯合優秀企業共同建設。教師團隊結合學科、專業特色，完成虛擬仿真實驗腳本設計、實驗流程設計、實驗交互及測試設計等，公司完成項目三維建模及實驗內容建設、項目測試、試運行以及后續產品的開發及技術支持，教務處、公司團隊共同完成項目平臺運營維護、開放共享安全保障等工作。校企合作嚴格遵循國家的技術標準和接口規范，保障實驗教學的規范、開放運行。

3.課程知識產權。開展虛擬仿真實驗教學課程的自主設計，建設具有學校自主知識產權的虛擬仿真課程，依托課程建設申請軟件著作權。在課程設計過沖中，結合專業核心實驗課程設置交互式實驗步驟，幫助學生系統掌握知識點，體現知識點，模擬具有真實感和沉浸感的訓練環境，真實再現實驗項目和實驗步驟：以運動科學學院建設的“運動傷害現場急救虛擬仿真實驗”為例，作為醫學技術類專業（運動康復、康復治療學等）的核心實驗課程，課程將虛擬仿真技術融入到運動傷害現場急救處理實驗教學中，模擬運動猝死、骨折、扭傷、出血和脊柱等運動傷害的現場處理過程和方法；又如傳媒與藝術學院建設的“電競賽事現場解說虛擬仿真實驗”，課程構建沉浸式的電競解說環境，模擬電競賽事現場主持、解說及評論工作，團隊設計的虛擬實驗課程填補了國內電競賽事解說的空白。

（三） 課程管理研究

為規范虛擬仿真實驗教學課程運行流程、促進課程持續優化與應用推廣，探索建立了由校級（教務處）、二級學院、課程團隊組成的三層管理體系，本著校級總體規劃及教學管理，二級學院具體教學業務管理，課程團隊負責資源建設及運營推廣管理的原則，形成上下協調、協同聯動的管理模式，共同推進虛擬仿真實驗教學的可持續發展。

1.校級管理：由教務處統籌負責學校虛擬仿真實驗教學課程的規劃建設及驗收上線，搭建校級虛擬仿真實驗教學共享平臺，推進示范性虛擬仿真教學資源的開放共享。根據教育部、地方及學校文件精神，組織開展年度虛擬仿真實驗教學課程的遴選立項、教師培訓、驗收上線工作；在校級層面建設具備校內學分認定、校外開放共享的虛擬仿真實驗教學平臺，提供開放化、專業化、網絡化的虛擬仿真實驗教學應用支持服務；結合一流課程申報，配合課程團隊完成與國家級平臺互聯互通等，推進課程開放共享的廣度和深度。

2.院級管理：各二級學院負責項目建設過程監控和項目教學應用管理，負責落實課程教學計劃、教學安排、實驗設備與場地、實驗教學師資等。二級學院依托學院實驗教學示范中心，結合培養方案要求及專業核心實驗課特色，組織開展線上、線下相結合的實驗教學創新實踐，開展基于“三全育人”的虛擬仿真實驗教學課程應用管理，試點開展產學研一體化虛擬仿真實踐教學基地建設及課程推廣，促進形成虛實結合的實驗教學體系，提升資源使用效率和實驗教學改革的成效。

3.教師團隊管理：選擇教學經驗豐富、實驗研究能力較強，積極投身信息技術與課程深度融合的教師擔任課程負責人，課程負責人組建課程教學團隊，教學團隊包括各級管理人員、實驗教師、實驗助理、研發人員、推廣專員等，完成課程整體設計、課程資源建設、項目更新與維護、校內外教學運行、項目開放推廣等多維度管理工作。教師團隊可以借助校級虛擬仿真實驗教學共享平臺方便快捷的開展在線教學工作，包括資源管理、布置實驗、共享批改等，實現課程數據、教學管理、共享管理等。

（四） 教學平臺研究

為更好地開展虛擬仿真實驗教學應用，建設校級虛擬仿真實驗教學平臺，以統一標準、統一規范，提供開放化、專業化、網絡化的虛擬仿真實驗教學項目教學應用及開放共享服務，平臺設計了包括門戶網站管理、實驗教學管理、虛擬仿真項目共享管理、安全保障管理等四大核心模塊，基于以學習者為中心建設一站式虛擬仿真支持服務，持續推動虛擬仿真實驗資源開放共享制度、標準和機制的健全發展。

1.門戶網站管理：建設校級門戶網站管理系統，實現門戶展示和門戶管理的功能。門戶展示提供了虛擬仿真實驗教學咨詢服務和虛擬仿真實驗教學共享服務，涵蓋：通知公告、教師隊伍、實驗教學示范中心、精品課程、教學成果和各類別的虛擬仿真實驗教學課程（項目）。門戶管理提供了站點管理、欄目管理、文章推送管理等各個維度的管理功能。

2. 實驗教學管理：構建了校級、院級、教師三級教學管理系統，校級層面提供了教學數據統計，總的統計了平臺上課程數、覆蓋的學院及學科情況、學習人次及學習時長、注冊人次等。二級院級層面提供了教務與教學統計管理功能，教師負責具體實驗項目的內容管理及教學管理，包括資源管理、布置實驗、共享批改等。

3.項目共享管理：校內，支持多位教師共享課程（項目）資源；校外，提供了用戶管理、在線學習、共享統計、各類別的項目管理功能。共享流程采用的是和ILAB 實驗空間相同的開放式自由選擇的理念，系統內的學生可以從一個包含了所有被設置為共享項目的“實驗項目池子”里自由選做，系統保存學生選做實驗的實驗記錄，并將學生的實驗結果傳達給負責批改共享流程的教師，教師可以自由批改。

4.安全保障管理：研究構建了以SSL 數據加密并使用HTTPS 協議進行傳輸、網頁防篡改、IP 限定、數據備份為核心的安全保證體系，以統一接口、同一服務器提供基礎支撐，同時對接教育部第三方平臺數據集成及標準接口，提供規范、安全的數據傳輸服務。

（五） 開放共享研究

虛擬仿真實驗教學資源的開放共享是高校優化虛擬仿真教學資源結構、提升資源使用效益的必然要求。通過校校合作、校企合作，探索共建共管的新模式，以虛擬仿真教學資源的充分使用和更大范圍開放共享為目標，建立可持續發展的虛擬仿真實驗教學服務支撐體系。依托虛擬仿真實驗平臺、虛擬仿真教學聯盟等促進優質資源向兄弟院校、行業機構、社會組織、個人學習者開放共享。

1.基于教學平臺的開放共享。校級虛擬仿真實驗教學平臺的開放共享主要包括對校外用戶開放和對兄弟院校開放兩種形式，通過兩種開放形式的設定滿足不同場景、不同人群的在線教學需求。校外用戶可以自主注冊賬號，自主注冊登錄的用戶默認為系統中的學生角色，可以體驗和完成學習系統中開放共享的實驗。兄弟院校可以以集體形式（如班級）參與我校的虛擬仿真實驗教學。兄弟院校的師生線下向校內管理者申請使用實驗來教學，管理者通過其申請，允許其使用“校外教學”流程來使用實驗項目，教學流程和校內教學相似。

2.基于虛擬仿真聯盟的開放共享。在國家虛擬仿真實驗教學創新聯盟的指導下，2019 年底，北京體育大學、上海體育學院、武漢體育學院、沈陽體育學院等高校聯合高教社發起成立了“體育類專業實驗教學創新聯盟”，制定《體育學類虛擬仿真實驗教學項目建設指南》，研究本學科領域專業結構和布局，推動已認定的國家級虛擬仿真實驗教學項目向高校和社會開放共享。依托聯盟和建設指南，我校積極促進跨校、跨區域的體育類實驗教學的共建共享，把優質的虛擬仿真資源輻射中西部地區和高校，發揮學校虛擬仿真實驗教學示范引領作用。

四 結語與展望

依托構建的虛擬仿真課程標準化管理體系，學校有序有效推進虛擬仿真實驗教學項目的建設、應用。通過近8 年的建設及應用，建成系列校級虛擬仿真實驗課程，覆蓋運動科學學院、中國乒乓球學院、經濟管理學院、休閑學院等學院的實驗教學，并持續為校外學習者提供開放共享服務和教學支持。建成了一站式、全方位的開放共享實驗環境，探索構建實驗教學全流程的管理平臺，實現實驗室管理、教學應用、實驗數據保存、質量評估等的信息化應用，實現校內學分認定、校外共享應用。學校先后榮獲3項國家級、10 項上海市級虛擬仿真實驗教學一流課程認定，通過示范性項目引領，進一步推動學校形成專業布局合理、教學效果優良、開放共享有效的高等教育信息化實驗教學創新應用。

虛擬仿真實驗教學金課是支撐我校一流本科教育與一流專業、一流課程建設的重要抓手，也是實現學校教學質量提升、改革創新的重要舉措。展望未來，將繼續踐行“互聯網+”實驗教學發展理念，進一步優化虛擬仿真實驗教學項目的評價指標和考核體系，不斷激發二級學院、教學團隊、教師的首創精神，創造性地開展虛擬仿真項目建設和應用。依托學校虛擬仿真實驗教學共享平臺，深入探索線上、線下相融合的實驗教學創新體系，持續推進實驗教學與信息技術深度融合，提升實驗教學質量，推動高等教育教學改革和人才培養創新。