科技商報記者 張蓋倫
這是一個神奇的平臺。 在這里，您可以步入“超潔凈室”，進行超冷原子振蕩和躍遷實驗； 可以去“火星”了解火星星面探測系統(tǒng)的控制技術(shù)； “養(yǎng)豬場”，尋找合適的飼養(yǎng)戶，挑選豬肉，直到小雞孵化……這是“實驗空間”國家級虛擬仿真實驗教學(xué)課程共享平臺，包含3000多門實驗課程，包括農(nóng)業(yè)工程、物理、61個專業(yè)電氣等類別。
在不久前舉行的國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機制新聞發(fā)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6月新增虛擬仿真實驗藍籌股。 用好虛擬仿真實驗課程資源，滿足在線教學(xué)實驗和實踐的需要。
虛擬仿真實驗是高等教育信息化的重要內(nèi)容，是實驗教學(xué)的重要組成部分。 經(jīng)過多年建設(shè)，正在解決高校實踐教學(xué)痛點。
拓展實驗教學(xué)的廣度和深度
宋毅介紹，教育部自2013年起加快全省高校虛擬仿真實驗教學(xué)資源建設(shè)； 2018年，“實驗空間”虛擬仿真實驗教學(xué)平臺上線，為全省高校虛擬仿真課程提供開放共享服務(wù)； 2020年，教育部確定首批國家一流大學(xué)精品課程5118門，其中虛擬仿真實驗教學(xué)一流課程728門。
上海交通大學(xué)研究生院副教授景云告訴科技商報記者，虛擬仿真實驗解決了“做不到”、“不敢做”、“難做”的問題。做”的實驗教學(xué)項目。
有些實驗對象過于宏觀或微觀，中學(xué)生難以理解，實驗室無法提供合適的實驗條件； 有些實驗過程太危險，中學(xué)生不宜進行此類實驗； 有些實驗儀器和材料價格昂貴，實驗室無法搭建這樣的實驗場景。 虛擬仿真實驗可以擺脫數(shù)學(xué)現(xiàn)實的限制，拓展實驗教學(xué)的廣度和深度。
景云表示，虛擬仿真實驗根據(jù)項目難度可以分為三個層次：一是驗證性實驗，即純粹在老師課堂上驗證上述理論知識；二是驗證性實驗。 二是綜合實驗的設(shè)計，即設(shè)計幾個實驗步驟，實驗者手動進行操作，得到不同的實驗結(jié)果，從而了解每個步驟在整個實驗中的意義； 第三層是創(chuàng)新實驗。 設(shè)計者提供了幾個實驗?zāi)K，由中學(xué)生自由組合并在實驗中獲得。 新發(fā)現(xiàn)。 “對于實驗設(shè)計者來說，既要把科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用到實驗教學(xué)中，設(shè)計綜合性、創(chuàng)新性的實驗課程，滿足中學(xué)生科技創(chuàng)新實驗的需求；又要與小型生產(chǎn)企業(yè)緊密合作。獲取生產(chǎn)現(xiàn)場信息，真實數(shù)據(jù)和材料與工程實踐緊密結(jié)合，解決中學(xué)生無法在校實習(xí)的問題。 景云說道。
例如物理虛擬實驗室是學(xué)科教學(xué)軟件嗎，上海交通大學(xué)交通專業(yè)的中學(xué)生有一門課程叫《鐵路行車組織》。 在中學(xué)設(shè)??計的高鐵高鐵網(wǎng)中，對高鐵網(wǎng)管控一體化全過程虛擬仿真實驗，建立了“6條線路、5條線路”的半實物沙盤。滬寧杭鐵路網(wǎng)的“車站和11個車站”。 實驗系統(tǒng)通過平臺的虛擬仿真和物理仿真，可驗證運輸方案、動車組運行方案等多因素理論模型和算法研究推論，還可承擔(dān)多層次的高鐵專業(yè)應(yīng)用實驗內(nèi)容。 “在虛擬仿真實驗中，中學(xué)生可以更直觀地看到調(diào)度工作的結(jié)果物理虛擬實驗室是學(xué)科教學(xué)軟件嗎，體驗到各類工作的協(xié)調(diào)性，有利于培養(yǎng)他們的整體思維?！?景云介紹道。
“虛實結(jié)合”服務(wù)于教學(xué)
教育部教育兵器研發(fā)中心的張敏、劉俊波曾撰文強調(diào)，虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)模式主要有三種：中學(xué)班主任自主設(shè)計開發(fā)； 中學(xué)班主任提出建設(shè)要求，編寫實驗內(nèi)容腳本，企業(yè)提供技術(shù)支持； 中學(xué)直接訂購企業(yè)開發(fā)的虛擬仿真實驗產(chǎn)品。
例如，慧科集團已與多所高校合作開發(fā)虛擬仿真實驗項目。 慧科數(shù)字內(nèi)容事業(yè)部首席總監(jiān)張麗麗告訴記者，企業(yè)的作用是幫助班主任梳理思路、實現(xiàn)劇本、開發(fā)劇本，并跟蹤老師和學(xué)生使用后的反饋。
“一個好的虛擬仿真實驗教學(xué)項目絕對不是看起來有多酷，而是要達到班主任的教學(xué)目標?！?張麗麗指出，一切技術(shù)都只是手段，最終目的是提高教學(xué)效果。
景云認為，一個好的虛擬仿真實驗項目應(yīng)該具備四大特點：一是具有網(wǎng)絡(luò)化的特點。 在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，虛擬實驗室中的虛擬實驗設(shè)備與實際設(shè)備儀器的功能和操作方法大致相同，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行實驗，不受時間和空間的限制； 其次，還應(yīng)具有規(guī)?；奶攸c，受眾越廣、通用性越強，虛擬仿真實驗就越容易發(fā)揮優(yōu)勢。 解決主干課程的主要實驗問題； 第三，還應(yīng)具有互動功能，以便中學(xué)生獲得更好的實驗體驗并進行自學(xué)； 最后，應(yīng)具有易用性的特點，中學(xué)生可以根據(jù)提示順利完成實驗。
“值得注意的是，我們并不是為了虛擬模擬而進行虛擬模擬?！?景云說道。
教育部文件中有明確規(guī)定，虛擬仿真實驗重點解決真實實驗項目不具備條件或難以操作、涉及高風(fēng)險或極端環(huán)境、高成本、高消耗的困難，以及不可逆操作。 “要‘忠實于現(xiàn)實’和‘虛擬現(xiàn)實相結(jié)合’。虛擬仿真實驗開發(fā)技術(shù)的選擇應(yīng)本著為中學(xué)生教學(xué)和培養(yǎng)服務(wù)的基本原則。不要用虛擬仿真技術(shù)來包裝實驗?？梢噪x線舉行。'。” 景云說道。