教育部從2013年開始加快全省院校探求虛擬仿真實驗教學資源建設;2018年上線了“實驗空間”虛擬仿真實驗教學平臺,為全省院校提供了虛擬仿真課程開放共享服務;2020年,教育部認定了5118門課程為首批國家級一流大專課程,其中虛擬仿真實驗教學一流課程728門。
這是一個神奇的平臺,在這兒,你可以步入“超凈間”,進行超冷原子振蕩躍遷實驗;可以登上“火星”,了解火星星表偵測系統控制技術;可以建一個“養豬場”,找到合適的種雞、挑選豬肉直至孵出小雞……這是“實驗空間”國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺,里面有3000余門實驗課程,囊括了農業工程、物理學、電氣類等61個專業類別。
在前不久召開的國務院聯防聯控機制新聞發布會上,教育部高等教育司一級巡視員宋毅表示,國家高等教育智慧教育平臺計劃于6月增設虛擬仿真實驗藍籌股,希望各地各院校積極用好虛擬仿真實驗課資源,滿足在線教學實驗、實踐的須要。
虛擬仿真實驗是高等教育信息化的重要內容和實驗教學的重要組成部份。經過多年建設,它正在解決院校實踐教育中的痛點。
拓展實驗教學的廣度和深度
宋毅介紹,教育部從2013年開始加快全省院校探求虛擬仿真實驗教學資源建設;2018年上線了“實驗空間”虛擬仿真實驗教學平臺,為全省院校提供了虛擬仿真課程開放共享服務;2020年,教育部認定了5118門課程為首批國家級一流大專課程,其中虛擬仿真實驗教學一流課程728門。
上海交通學院大專生院副教授景云告訴科技商報記者,虛擬仿真實驗解決的是實驗教學項目“不能做”“不敢做”“不好做”的問題。
有些實驗對象太過宏觀或微觀,中學生無法理解,實驗室也不能提供合適的實驗條件;有些實驗過程太危險,中學不敢讓中學生進行這樣的實驗;有些實驗儀器與材料價位高昂,實驗室不好搭建這樣的實驗場景。而虛擬仿真實驗,則可以甩掉數學現實的限制,拓展實驗教學的廣度和深度。
景云表示,虛擬仿真實驗根據項目難度可以分為3個層次:一是驗證型實驗,也就是純粹驗證老師課堂上述說的理論知識;第二層是設計綜合型實驗,即設計若干實驗步驟,由實驗者動手進行操作,得出不同的實驗結果,借此理解各步驟在整體實驗中的意義;第三層是創新型實驗,設計者提供若干實驗模塊,由中學生自由組合,在實驗中獲得新的發覺?!皩嶒炘O計者來說,須要將科研成果轉化、應用于實驗教學,設計綜合性、創新性實驗課程,滿足中學生對科技創新實驗的須要;還要與小型生產企業緊密合作,獲取生產現場的真實數據資料,與工程實踐緊密結合,解決中學生在校內未能舉辦實習實踐的問題。”景云說。
比如,上海交通學院交通運輸專業的中學生有一門課程叫《鐵路行車組織》。中學設計的高速高鐵網行車組織全過程管控一體化虛擬仿真實驗中,建立了滬寧杭鐵路網“6線5所11站”的半實物沙盤。通過平臺的虛擬仿真和實物模擬,實驗系統可以驗證運輸計劃、動車運用計劃等多要素理論模型與算法研究推論,同時還能否承當多層次高鐵專業應用實驗內容。“在虛擬仿真實驗中,中學生能更直觀地看見調度工作的成果,就能體驗各工種的協同配合,這將有助于培養她們的整體思維?!本霸平榻B。
“虛實結合”為教學服務
教育部教育武器研究與發展中心的張敏和劉俊波曾撰文強調,虛擬仿真實驗教學項目的建設模式主要有3種:由中學班主任自主設計和開發;由中學班主任提出建設需求,編撰實驗內容腳本,由企業提供技術支持;中學直接訂購企業開發的虛擬仿真實驗產品。
比如,慧科集團就與多所院校合作開發過虛擬仿真實驗項目?;劭萍瘓F數字內容事業部總總監張黎黎向記者表示,企業的角色,是幫助班主任梳理思路、落實腳本、進行開發,并跟蹤師生使用后的反饋。
“一個好的虛擬仿真實驗教學項目物理虛擬仿真實驗室答案,絕對不是看上去多么拉風,而是要實現班主任的教學目標。”張黎黎指出,所有技術都只是手段,最終的目的是要提高教學療效。
景云覺得,一個好的虛擬仿真實驗項目,應當具備四大特征:首先,是應具備網路化特性,在虛擬現實技術的支持下,虛擬實驗室里的虛擬實驗設備儀器與實際設備儀器功能和操作方式大致相同,用戶可以通過網路,不受時間、空間的限制進行實驗;其次,還應具備規?;匦裕鼙娒嬖綇V、通用性越強,虛擬仿真實驗就越容易發揮優勢,解決主干課程的主干實驗問題;再度物理虛擬仿真實驗室答案,還應具備交互性特征,中學生能獲得較好的實驗體驗,并進行自學習;最后,應具備易用性特征,中學生根據提示能夠順利完成實驗。
“值得注意的是,我們不要為了虛擬仿真而虛擬仿真?!本霸票硎?。
教育部文件中有明晰規定,虛擬仿真實驗重點解決真實實驗項目條件不具備或實際運行困難,涉及高?;驑O端環境,高成本,高消耗,不可逆操作等困局。“我們應當‘能實不虛’‘虛實結合’。虛擬仿真實驗開發技術的選擇要以服務教學和培養中學生為基本原則,請勿將完全可以線下舉辦的實驗也進行虛擬仿真技術的‘包裝’?!本霸普f。