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鈦媒體注：本文來自陌陌公眾號硅谷洞察（ID：），作者為Juny，鈦媒體經授權發布。
你還記得學院里學的高數、物理的公式嗎？專業課的知識點現今又能夠背下來幾條？回想上去，過去我們學院學到的知識總是靠死記硬背、考前突擊，真正能深入理解、學因而用的知識在結業以后可以說是寥寥無幾。
現在，伴隨著科技革命的浪潮，教育這個傳統的“慢行業”也正在發生著巨大變遷。知識正在以更直觀生動、高質有效的形式傳遞給中學生，原先厚厚的書本里的這些無趣無味的內容，逐步從紙上演進到多媒體上，從二維的PPT投影逐漸演變到3D視覺呈現和操作。
近幾年來，在全球的頂級院校中，掀起了一股“虛擬仿真實驗室”的新熱潮，通過信息化手段結合學科特色，構建頗具科技感的多個學科虛擬仿真實驗，豐富了教學模式，大大加快了教學資源共享化和教育信息數字化。
哪些是虛擬仿真實驗室？
實驗教學是教育教學過程中重要的組成部份，它可以幫助中學生提升實踐動手能力，加深中學生對知識的理解，尤其對于STEM學科來說不可或缺的。而隨著教育信息化的急速發展，傳統的實驗室、實驗方法早已不能滿足當下的教學需求，虛擬仿真實驗室的出現，正在改變老師們的講課形式。
這么，哪些是虛擬仿真實驗室呢？簡單來講，虛擬仿真實驗室是一種基于Web、VR虛擬現實等前沿技術建立的開放式網路化的虛擬實驗教學系統，是現有各類教學實驗室的數字化和虛擬化。在這個實驗室里，中學生既可以在虛擬實驗臺上動手操作，又可自主設計實驗，班主任則可借助虛擬器材庫中的器材自由搭建任意合理的實驗案例。
不僅實驗環境設計的靈活性，虛擬仿真實驗室還具有著良好的在線幫助和學習功能,同時能夠拓展遠程教育的領域，讓實驗可以通過網路不受時空限制地借助實驗設備進行實驗,和其他實驗者共享資源,實現合作實驗、指導實驗、遠程實驗等,提升學習和研究效率,為實驗教學環節提供強有利的支持。
總體來看，虛擬仿真實驗教學具有以下幾個明顯優勢：
一是成本低，教學質量更能保證。在實驗教學中,實驗器材及實驗所需材料因為受價位的限制而未能普及，有些實驗因時間持續得很長因而未能開辦。但在虛擬實驗教學過程中，器材、時間都不是問題，中學生可以全面體驗虛擬仿真實驗，享受探求和創造的樂趣。
二是互動性強，提升學習主動性與效率。班主任講解過程中，中學生一邊聽一邊看，就能動手跟隨操作，互動性強、體驗感好，在實驗過程中，中學生可以看見近乎真實的實驗療效，加深對知識的理解。中學生還可以自主DIY實驗，進行大膽探求，享受探求和創造的樂趣。
三是能否提供實操訓練的機會，讓中學生在步入產業之前，就才能了解真實產業運作的情況，比如制造業操作、金融業操作等，為她們未來步入職場、進入產業做更好的打算。
其他還有安全性高、更新方便等優點。在現實生活中，有一些實驗比較危險、極具破壞性，在傳統實驗室可能沒法嘗試，但通過虛擬仿真實驗教學，可以安全的進行操作和練習。
據悉，實驗室可通過軟件更新進行內容升級，代替硬件設備的重復采購，相對于傳統的實驗室來說更新周期短、更新成本小，但是對于各個中學生的情況可以詳盡的記錄，有利于班主任教研工作的舉辦。
頂級院校們的虛擬仿真實驗室探求
當前，虛擬仿真實驗室的搭建技術早已十分成熟，而且虛擬仿真實驗室在教學上的應用帶來的幫助早已獲得國外外的廣泛認可。在英國，耶魯學院、加州學院伯克利校區等一眾頂級高校都已布局虛擬仿真實驗室教學，并逐漸推廣。
從電氣、機械、臨床醫學等動手能力要求較強的專業，再到供應鏈管理、金融投資、計算機編程等實訓需求較大的專業，目前都能找到虛擬仿真實驗室的身影。虛擬仿真實驗室教學正在教育過程中發揮著它奇特的效用。
·斯坦福學院商大學：更具實戰意義的金融投資虛擬實驗平臺
金融投資虛擬仿真實驗室是中學生進行期貨、期貨、外匯等金融市場知識學習的情境式實操實訓實驗室。耶魯學院商大學的金融投資虛擬仿真實驗室為中學生提供了一套廣泛的行業標準應用程序，供投資交行、基金管理、對沖基金相關實訓使用。中學生將使用虛擬訓練程序，將應案例研究和動手練習結合使用，以幫助她們通過實訓經驗把握財務、會計、投資管理相關的知識。
耶魯學院金融投資虛擬仿真實驗室的空間布局
該實驗室配備了24個最先進的工作站來模仿交易大廳，并模擬交易大廳實況在后臺播放CNBC的廣播，讓中學生在實際操作交易的過程中更有身臨其境的覺得。而在這個實訓平臺上，無論中學生是要訂購、出售或持有股票、重新平衡ETF的投資組合還是進行行業剖析，平臺上的提供了包括數據剖析、RIT封閉市場交易平臺、投資回測工具、彭博社新聞、Think-cell智庫文件等諸多信息剖析工具，供中學生在實訓中隨時調閱使用。
耶魯學院覺得，該實驗室課程使中學生有機會邊做邊學，因而創造更有意義的學習體驗。中學生才能將課堂理論與真實和模擬的市場數據相結合，以模擬現實情況。同時中學生能夠愈發生動、靈活地把握怎么運用RIT、等軟件，訓練中學生獲取、判斷、運用復雜信息的能力，以易于結業后能快速地適應實際工作環境。
·密歇根州立學院：供應鏈管理中的虛擬實驗
來自德克薩斯州立學院商大學的院士早在2015年就在她的貨運和運輸管理課程中使用了VDI（虛擬桌面系統）進行教學。在該虛擬系統中，中學生可以通過電腦筆記本、平板筆記本或智能手機隨時訪問“實驗室”。在該“實驗室”里，中學生除了能對實際貨運管理軟件進行操作，能夠跟朋友和老師進行實時交流互動。幾年實踐出來，收獲了中學生的廣泛好評，中學生們紛紛表示這才是真正有用的學習技巧。
雖然在供應鏈管理的過程中，因為鏈條過長好多知識都比較具象無法在實踐中進行操作訓練。但在虛擬實驗教學課程中，中學生可以使用（供應鏈網路優化軟件工具），從產品包裝大學物理虛擬仿真實驗平臺，到設計雜貨店布局，以及后續的貨運和運輸，在該平臺上，中學生們都可以各自設計她們覺得好的管理流程。
在設計完畢以后，中學生們還可以在實驗平臺上進行虛擬購物，進一步了解自己之前的每一步流程對最終購物的影響，從供應鏈設計者再到消費者，站在多角度來參與體驗管理流程及結果，愈發深入的了解供應鏈管理的知識，訓練對供應鏈管理工具的操作熟練程度。
在空間設計上，密西根州立學院的學院課室委員會還采用了創新的寢室設計并命名為“參與和主動學習的臥室”（RoomsforAnd，REAL）。REAL空間具有一個教員站，臥室周圍有四個平板顯示器，每張椅子上都有雙平板顯示器，通過這些具有引導性的交互式空間，促進構建起具有協作、動手能力、計算機介入的學習氣氛與討論環境。
·加州學院伯克利校區：用于信息化學系統教學、評測虛擬平臺
近期，加洲學院伯克利校區的研究人員宣布，她們基于，創建了用于信息化學系統大規模開放在線課程(MOOC)的虛擬仿真實驗室。這么首先，信息化學系統是哪些意思呢？
信息化學系統（CPS，Cyber-）是一個綜合估算、網絡和化學環境的多維復雜系統，通過3C（、、）技術的有機融合與深度協作，實現小型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務，它被覺得有望成為繼計算機、互聯網以后世界信息技術的第三次浪潮。簡單來說，信息化學系統就是虛擬數字世界和實體化學世界的融合，跟工業物聯網的本質基本一致，其根本的目的就是智慧制造。
這么，智慧制造其實會涉及到大規模的機器運作，這便會對實踐條件提出了很高的要求。而伯克利學院的該虛擬仿真實驗室除了讓中學生能將真實機器人仿真、使用編程方式進行開發和調試、硬件控制等操作，在無需訪問化學實驗室或任何特定的NI硬件的情況下在虛擬仿真實驗室平臺的在線學習平臺（MOOC）上操作大學物理虛擬仿真實驗平臺，還實現了該平臺能對中學生的操作情況進行手動打分。
研究人員使用軟件開發了兩個組件：一個是布署在虛擬或真實硬件上的模塊化控制程序，中學生們可以使用C或狀態圖模塊開發與平臺獨立的代碼；二是開發了獨立運行的簡易應用程序，提供直觀易懂的GUI來進行仿真、測試、提供手動反饋，并通過手動評分機來進行評分。
加洲學院伯克利校區的CPS虛擬實驗MOOC平臺操作系統界面
該實驗室于2014年首次上線MOOC課程并舉辦了試點，在注冊課程的8500名中學生中其中有大概500名中學生使用了虛擬仿真實驗室軟件，最終342名中學生通過虛擬仿真實驗室的學習并獲得成績證書。而在隨后的一項中學生督查中顯示，94％的中學生覺得虛擬仿真實驗室的操作訓練十分實用，86％的中學生覺得手動評分項目特別有用。據悉，有90％以上使用過虛擬仿真實驗室需誒下的中學生報告說，她們在虛擬實驗平臺上的操作通過的解決方案，只需極少或完全無需任何代碼更改就可以用在實際設備上，這也充分表明了虛擬仿真實驗室提供了一個代替現場實驗室的良好選擇。
不僅以上幾個校區外，耶魯學院醫大學、美國頂級商大學巴布森大學等也正在積極探求、應用虛擬仿真實驗室，以進一步提升教學效率，提升教學成果。而在國外，虛擬仿真實驗室也漸漸從民航航天、醫學實驗研究中邁向了普通院校教育中。此前中央就提出了教學信息化的方向，教育部也確立了建設虛擬仿真實驗室的具體要求，還專門針對虛擬仿真實驗室的特點、環節、適用學科方向進行了深入細致的研究。
從教育擁抱科技的趨勢，以及國外外現有的發展情況我們雖然可以窺探，虛擬仿真實驗室將會成為未來教學中的重要一環，用更新的教育方法與教育理念，能夠培養出更適應當下時代發展的人才。
參考鏈接：
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