教育部從2013年開(kāi)始加快全省院校探求虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)；2018年上線了“實(shí)驗(yàn)空間”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為全省院校提供了虛擬仿真課程開(kāi)放共享服務(wù)；2020年,教育部認(rèn)定了5118門課程為首批國(guó)家級(jí)一流大專課程，其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程728門。
這是一個(gè)神奇的平臺(tái)，在這兒，你可以步入“超凈間”，進(jìn)行超冷原子振蕩躍遷實(shí)驗(yàn)；可以登上“火星”，了解火星星表偵測(cè)系統(tǒng)控制技術(shù)；可以建一個(gè)“養(yǎng)豬場(chǎng)”，找到合適的種雞、挑選豬肉直至孵出小雞……這是“實(shí)驗(yàn)空間”國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)，里面有3000余門實(shí)驗(yàn)課程，囊括了農(nóng)業(yè)工程、物理學(xué)、電氣類等61個(gè)專業(yè)類別。
在前不久召開(kāi)的國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制新聞發(fā)布會(huì)上，教育部高等教育司一級(jí)巡視員宋毅表示，國(guó)家高等教育智慧教育平臺(tái)計(jì)劃于6月增設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)藍(lán)籌股，希望各地各院校積極用好虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課資源，滿足在線教學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐的須要。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是高等教育信息化的重要內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部份。經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，它正在解決院校實(shí)踐教育中的痛點(diǎn)。
拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度
宋毅介紹，教育部從2013年開(kāi)始加快全省院校探求虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)；2018年上線了“實(shí)驗(yàn)空間”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為全省院校提供了虛擬仿真課程開(kāi)放共享服務(wù)；2020年,教育部認(rèn)定了5118門課程為首批國(guó)家級(jí)一流大專課程，其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程728門。
上海交通學(xué)院大專生院副教授景云告訴科技商報(bào)記者，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)解決的是實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目“不能做”“不敢做”“不好做”的問(wèn)題。
有些實(shí)驗(yàn)對(duì)象太過(guò)宏觀或微觀，中學(xué)生無(wú)法理解，實(shí)驗(yàn)室也不能提供合適的實(shí)驗(yàn)條件；有些實(shí)驗(yàn)過(guò)程太危險(xiǎn)，中學(xué)不敢讓中學(xué)生進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)；有些實(shí)驗(yàn)儀器與材料價(jià)位高昂，實(shí)驗(yàn)室不好搭建這樣的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，則可以甩掉數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)的限制，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度。
景云表示，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)根據(jù)項(xiàng)目難度可以分為3個(gè)層次：一是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，也就是純粹驗(yàn)證老師課堂上述說(shuō)的理論知識(shí)；第二層是設(shè)計(jì)綜合型實(shí)驗(yàn)，即設(shè)計(jì)若干實(shí)驗(yàn)步驟，由實(shí)驗(yàn)者動(dòng)手進(jìn)行操作，得出不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，借此理解各步驟在整體實(shí)驗(yàn)中的意義；第三層是創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)者提供若干實(shí)驗(yàn)?zāi)K，由中學(xué)生自由組合，在實(shí)驗(yàn)中獲得新的發(fā)覺(jué)。“對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，須要將科研成果轉(zhuǎn)化、應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)計(jì)綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程，滿足中學(xué)生對(duì)科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的須要；還要與小型生產(chǎn)企業(yè)緊密合作，獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)數(shù)據(jù)資料，與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，解決中學(xué)生在校內(nèi)未能舉辦實(shí)習(xí)實(shí)踐的問(wèn)題。”景云說(shuō)。
比如，上海交通學(xué)院交通運(yùn)輸專業(yè)的中學(xué)生有一門課程叫《鐵路行車組織》。中學(xué)設(shè)計(jì)的高速高鐵網(wǎng)行車組織全過(guò)程管控一體化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，建立了滬寧杭鐵路網(wǎng)“6線5所11站”的半實(shí)物沙盤。通過(guò)平臺(tái)的虛擬仿真和實(shí)物模擬，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以驗(yàn)證運(yùn)輸計(jì)劃、動(dòng)車運(yùn)用計(jì)劃等多要素理論模型與算法研究推論，同時(shí)還能否承當(dāng)多層次高鐵專業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。“在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，中學(xué)生能更直觀地看見(jiàn)調(diào)度工作的成果，就能體驗(yàn)各工種的協(xié)同配合，這將有助于培養(yǎng)她們的整體思維。”景云介紹。
“虛實(shí)結(jié)合”為教學(xué)服務(wù)
教育部教育武器研究與發(fā)展中心的張敏和劉俊波曾撰文強(qiáng)調(diào)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)模式主要有3種：由中學(xué)班主任自主設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)；由中學(xué)班主任提出建設(shè)需求，編撰實(shí)驗(yàn)內(nèi)容腳本，由企業(yè)提供技術(shù)支持；中學(xué)直接訂購(gòu)企業(yè)開(kāi)發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。
比如，慧科集團(tuán)就與多所院校合作開(kāi)發(fā)過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。慧科集團(tuán)數(shù)字內(nèi)容事業(yè)部總總監(jiān)張黎黎向記者表示，企業(yè)的角色，是幫助班主任梳理思路、落實(shí)腳本、進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并跟蹤師生使用后的反饋。
“一個(gè)好的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室答案，絕對(duì)不是看上去多么拉風(fēng)，而是要實(shí)現(xiàn)班主任的教學(xué)目標(biāo)。”張黎黎指出，所有技術(shù)都只是手段，最終的目的是要提高教學(xué)療效。
景云覺(jué)得，一個(gè)好的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)具備四大特征：首先，是應(yīng)具備網(wǎng)路化特性，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下，虛擬實(shí)驗(yàn)室里的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器與實(shí)際設(shè)備儀器功能和操作方式大致相同，用戶可以通過(guò)網(wǎng)路，不受時(shí)間、空間的限制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；其次，還應(yīng)具備規(guī)模化特性，受眾面越廣、通用性越強(qiáng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)就越容易發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，解決主干課程的主干實(shí)驗(yàn)問(wèn)題；再度物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室答案，還應(yīng)具備交互性特征，中學(xué)生能獲得較好的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，并進(jìn)行自學(xué)習(xí)；最后，應(yīng)具備易用性特征，中學(xué)生根據(jù)提示能夠順利完成實(shí)驗(yàn)。
“值得注意的是，我們不要為了虛擬仿真而虛擬仿真。”景云表示。
教育部文件中有明晰規(guī)定，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高危或極端環(huán)境，高成本，高消耗，不可逆操作等困局。“我們應(yīng)當(dāng)‘能實(shí)不虛’‘虛實(shí)結(jié)合’。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)技術(shù)的選擇要以服務(wù)教學(xué)和培養(yǎng)中學(xué)生為基本原則，請(qǐng)勿將完全可以線下舉辦的實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行虛擬仿真技術(shù)的‘包裝’。”景云說(shuō)。