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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(jīng)授權(quán)發(fā)布。
你還記得學(xué)院里學(xué)的高數(shù)、物理的公式嗎？專業(yè)課的知識點現(xiàn)今又能夠背下來幾條？回想上去，過去我們學(xué)院學(xué)到的知識總是靠死記硬背、考前突擊，真正能深入理解、學(xué)因而用的知識在結(jié)業(yè)以后可以說是寥寥無幾。
現(xiàn)在，伴隨著科技革命的浪潮，教育這個傳統(tǒng)的“慢行業(yè)”也正在發(fā)生著巨大變遷。知識正在以更直觀生動、高質(zhì)有效的形式傳遞給中學(xué)生，原先厚厚的書本里的這些無趣無味的內(nèi)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(xiàn)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(jié)合學(xué)科特色，構(gòu)建頗具科技感的多個學(xué)科虛擬仿真實驗，豐富了教學(xué)模式，大大加快了教學(xué)資源共享化和教育信息數(shù)字化。
哪些是虛擬仿真實驗室？
實驗教學(xué)是教育教學(xué)過程中重要的組成部份，它可以幫助中學(xué)生提升實踐動手能力，加深中學(xué)生對知識的理解，尤其對于STEM學(xué)科來說不可或缺的。而隨著教育信息化的急速發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗室、實驗方法早已不能滿足當(dāng)下的教學(xué)需求，虛擬仿真實驗室的出現(xiàn)，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(xiàn)實等前沿技術(shù)建立的開放式網(wǎng)路化的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，是現(xiàn)有各類教學(xué)實驗室的數(shù)字化和虛擬化。在這個實驗室里，中學(xué)生既可以在虛擬實驗臺上動手操作，又可自主設(shè)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(huán)境設(shè)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(xué)習(xí)功能,同時能夠拓展遠程教育的領(lǐng)域，讓實驗可以通過網(wǎng)路不受時空限制地借助實驗設(shè)備進行實驗,和其他實驗者共享資源,實現(xiàn)合作實驗、指導(dǎo)實驗、遠程實驗等,提升學(xué)習(xí)和研究效率,為實驗教學(xué)環(huán)節(jié)提供強有利的支持。
總體來看，虛擬仿真實驗教學(xué)具有以下幾個明顯優(yōu)勢：
一是成本低，教學(xué)質(zhì)量更能保證。在實驗教學(xué)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(xù)得很長因而未能開辦。但在虛擬實驗教學(xué)過程中，器材、時間都不是問題，中學(xué)生可以全面體驗虛擬仿真實驗，享受探求和創(chuàng)造的樂趣。
二是互動性強，提升學(xué)習(xí)主動性與效率。班主任講解過程中，中學(xué)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(xué)生可以看見近乎真實的實驗療效，加深對知識的理解。中學(xué)生還可以自主DIY實驗，進行大膽探求，享受探求和創(chuàng)造的樂趣。
三是能否提供實操訓(xùn)練的機會，讓中學(xué)生在步入產(chǎn)業(yè)之前，就才能了解真實產(chǎn)業(yè)運作的情況，比如制造業(yè)操作、金融業(yè)操作等，為她們未來步入職場、進入產(chǎn)業(yè)做更好的打算。
其他還有安全性高、更新方便等優(yōu)點。在現(xiàn)實生活中，有一些實驗比較危險、極具破壞性，在傳統(tǒng)實驗室可能沒法嘗試，但通過虛擬仿真實驗教學(xué)，可以安全的進行操作和練習(xí)。
據(jù)悉，實驗室可通過軟件更新進行內(nèi)容升級，代替硬件設(shè)備的重復(fù)采購，相對于傳統(tǒng)的實驗室來說更新周期短、更新成本小，但是對于各個中學(xué)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(dāng)前，虛擬仿真實驗室的搭建技術(shù)早已十分成熟，而且虛擬仿真實驗室在教學(xué)上的應(yīng)用帶來的幫助早已獲得國外外的廣泛認(rèn)可。在英國，耶魯學(xué)院、加州學(xué)院伯克利校區(qū)等一眾頂級高校都已布局虛擬仿真實驗室教學(xué)，并逐漸推廣。
從電氣、機械、臨床醫(yī)學(xué)等動手能力要求較強的專業(yè)，再到供應(yīng)鏈管理、金融投資、計算機編程等實訓(xùn)需求較大的專業(yè)，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(xué)正在教育過程中發(fā)揮著它奇特的效用。
·斯坦福學(xué)院商大學(xué)：更具實戰(zhàn)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(xué)生進行期貨、期貨、外匯等金融市場知識學(xué)習(xí)的情境式實操實訓(xùn)實驗室。耶魯學(xué)院商大學(xué)的金融投資虛擬仿真實驗室為中學(xué)生提供了一套廣泛的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序，供投資交行、基金管理、對沖基金相關(guān)實訓(xùn)使用。中學(xué)生將使用虛擬訓(xùn)練程序，將應(yīng)案例研究和動手練習(xí)結(jié)合使用，以幫助她們通過實訓(xùn)經(jīng)驗把握財務(wù)、會計、投資管理相關(guān)的知識。
耶魯學(xué)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(xué)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(xùn)平臺上，無論中學(xué)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(yè)剖析，平臺上的提供了包括數(shù)據(jù)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(xué)生在實訓(xùn)中隨時調(diào)閱使用。
耶魯學(xué)院覺得，該實驗室課程使中學(xué)生有機會邊做邊學(xué)，因而創(chuàng)造更有意義的學(xué)習(xí)體驗。中學(xué)生才能將課堂理論與真實和模擬的市場數(shù)據(jù)相結(jié)合，以模擬現(xiàn)實情況。同時中學(xué)生能夠愈發(fā)生動、靈活地把握怎么運用RIT、等軟件，訓(xùn)練中學(xué)生獲取、判斷、運用復(fù)雜信息的能力，以易于結(jié)業(yè)后能快速地適應(yīng)實際工作環(huán)境。
·密歇根州立學(xué)院：供應(yīng)鏈管理中的虛擬實驗
來自德克薩斯州立學(xué)院商大學(xué)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(tǒng)）進行教學(xué)。在該虛擬系統(tǒng)中，中學(xué)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(xué)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(xué)生的廣泛好評，中學(xué)生們紛紛表示這才是真正有用的學(xué)習(xí)技巧。
雖然在供應(yīng)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(xùn)練。但在虛擬實驗教學(xué)課程中，中學(xué)生可以使用（供應(yīng)鏈網(wǎng)路優(yōu)化軟件工具），從產(chǎn)品包裝大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺，到設(shè)計雜貨店布局，以及后續(xù)的貨運和運輸，在該平臺上，中學(xué)生們都可以各自設(shè)計她們覺得好的管理流程。
在設(shè)計完畢以后，中學(xué)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(yīng)鏈設(shè)計者再到消費者，站在多角度來參與體驗管理流程及結(jié)果，愈發(fā)深入的了解供應(yīng)鏈管理的知識，訓(xùn)練對供應(yīng)鏈管理工具的操作熟練程度。
在空間設(shè)計上，密西根州立學(xué)院的學(xué)院課室委員會還采用了創(chuàng)新的寢室設(shè)計并命名為“參與和主動學(xué)習(xí)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(dǎo)性的交互式空間，促進構(gòu)建起具有協(xié)作、動手能力、計算機介入的學(xué)習(xí)氣氛與討論環(huán)境。
·加州學(xué)院伯克利校區(qū)：用于信息化學(xué)系統(tǒng)教學(xué)、評測虛擬平臺
近期，加洲學(xué)院伯克利校區(qū)的研究人員宣布，她們基于，創(chuàng)建了用于信息化學(xué)系統(tǒng)大規(guī)模開放在線課程(MOOC)的虛擬仿真實驗室。這么首先，信息化學(xué)系統(tǒng)是哪些意思呢？
信息化學(xué)系統(tǒng)（CPS，Cyber-）是一個綜合估算、網(wǎng)絡(luò)和化學(xué)環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C（、、）技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)小型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)，它被覺得有望成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)以后世界信息技術(shù)的第三次浪潮。簡單來說，信息化學(xué)系統(tǒng)就是虛擬數(shù)字世界和實體化學(xué)世界的融合，跟工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)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(guī)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(xué)院的該虛擬仿真實驗室除了讓中學(xué)生能將真實機器人仿真、使用編程方式進行開發(fā)和調(diào)試、硬件控制等操作，在無需訪問化學(xué)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(xué)習(xí)平臺（MOOC）上操作大學(xué)物理虛擬仿真實驗平臺，還實現(xiàn)了該平臺能對中學(xué)生的操作情況進行手動打分。
研究人員使用軟件開發(fā)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(xué)生們可以使用C或狀態(tài)圖模塊開發(fā)與平臺獨立的代碼；二是開發(fā)了獨立運行的簡易應(yīng)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(xué)院伯克利校區(qū)的CPS虛擬實驗MOOC平臺操作系統(tǒng)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(xué)生中其中有大概500名中學(xué)生使用了虛擬仿真實驗室軟件，最終342名中學(xué)生通過虛擬仿真實驗室的學(xué)習(xí)并獲得成績證書。而在隨后的一項中學(xué)生督查中顯示，94％的中學(xué)生覺得虛擬仿真實驗室的操作訓(xùn)練十分實用，86％的中學(xué)生覺得手動評分項目特別有用。據(jù)悉，有90％以上使用過虛擬仿真實驗室需誒下的中學(xué)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(shè)備上，這也充分表明了虛擬仿真實驗室提供了一個代替現(xiàn)場實驗室的良好選擇。
不僅以上幾個校區(qū)外，耶魯學(xué)院醫(yī)大學(xué)、美國頂級商大學(xué)巴布森大學(xué)等也正在積極探求、應(yīng)用虛擬仿真實驗室，以進一步提升教學(xué)效率，提升教學(xué)成果。而在國外，虛擬仿真實驗室也漸漸從民航航天、醫(yī)學(xué)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(xué)信息化的方向，教育部也確立了建設(shè)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(huán)節(jié)、適用學(xué)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(xiàn)有的發(fā)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(xué)中的重要一環(huán)，用更新的教育方法與教育理念，能夠培養(yǎng)出更適應(yīng)當(dāng)下時代發(fā)展的人才。
參考鏈接：
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