夏興有 鄒廣平 曲嘉

摘要：文章對目前高校虛擬實驗室的建設(shè)情況進行研究討論和剖析，確定建造虛擬實驗室的原則和目的;突出建設(shè)特色，推進資源共享;理清虛擬實驗室與實物實驗室之間的關(guān)聯(lián);增強虛擬實驗室的學(xué)術(shù)科研實力，使得虛擬實驗室發(fā)展更進一步。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗室;資源共享;實驗教學(xué)

從2012年開始，教育部支持和倡行虛擬實驗室的文件連續(xù)出臺，對虛擬仿真實訓(xùn)實驗系統(tǒng)的構(gòu)建，虛擬實驗室建設(shè)的指導(dǎo)思想、目的、內(nèi)容和相關(guān)問題進行說明。2013年以來，教育部開始建設(shè)國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，評出了首批100個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。在此之前，因為沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各高校建立起來的虛擬實驗室的科研能力也是各有良莠。教育部出臺一系列文件后，高校隨之建立了數(shù)百個國家級和省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)也得到了進一步的發(fā)展，在這之后高校也開展了校級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)。

高等學(xué)校虛擬仿真實驗教學(xué)中心存在多方面的優(yōu)點，尤其在經(jīng)費投入、實驗時間、實驗空間、實驗環(huán)境等方面具有突出的優(yōu)勢，這樣就實現(xiàn)了虛擬實驗室和實物實驗室的深度融合。在高?？蒲薪虒W(xué)中，實驗教學(xué)能力擴展和補充需要虛擬仿真實驗教學(xué)中心作為一個實現(xiàn)平臺，虛擬實驗室在建設(shè)方面具有維護成本低和節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，在教學(xué)科研方面有效率高、學(xué)生易于學(xué)習(xí)和操作等優(yōu)點。虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)不僅能提升實驗教學(xué)質(zhì)量，而且還很好地推動了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，使得實驗教學(xué)與信息化相輔相成。

虛擬仿真實驗教學(xué)中心是前所未有的模式，在建設(shè)和后期管理階段想必會遇到許多新問題。本文討論了針對當(dāng)前技術(shù)條件下虛擬實驗室建設(shè)中須引起關(guān)注的幾個問題，這些問題對加強促進和優(yōu)化虛擬實驗室建設(shè)，推進虛擬實驗室可持續(xù)發(fā)展具有重要的參考價值。

一、進一步明確虛擬實驗室的建設(shè)原則與目的

現(xiàn)如今，隨著通信技術(shù)的進步和信息技術(shù)的臻于完善，各高校實驗教學(xué)不斷地推進、深化改革，實驗教學(xué)形式發(fā)生了巨大變化，實驗教學(xué)內(nèi)容的要求也愈來愈高，隨之保障實驗條件和實驗經(jīng)費壓力也相應(yīng)變大，這就直接對實驗教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生創(chuàng)新思維和科研能力的培養(yǎng)產(chǎn)生很大的影響。虛擬實驗室的建設(shè)被提上了日程。

虛擬實驗室是利用計算機系統(tǒng)，結(jié)合通信和信息技術(shù)處理融合創(chuàng)新，完成或完善實驗。實驗者在逼真的環(huán)境中進行實驗研究，直觀認(rèn)知原理、深刻理解實驗背景和在工程中的應(yīng)用，效果等同實物實驗，有的還優(yōu)于實物實驗。對于學(xué)生來說，虛擬實驗室培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)鉆研、自主設(shè)計創(chuàng)新的能力。

高等學(xué)校虛擬仿真實驗室的建設(shè)原則首先是虛實結(jié)合，是在需要實的情況下實，需要虛的情況下虛，不能虛實混亂。適合虛擬實驗建設(shè)的有以下幾類實驗：第一是危險性大，高污染、高耗能、高輻射和實驗成本高的實驗項目，虛擬實驗時不用擔(dān)心安全，可隨意發(fā)揮，解決實物實驗室因條件限制而無法開展的問題;第二是現(xiàn)實中由于條件限制難以實現(xiàn)或特別復(fù)雜的實驗項目，比如醫(yī)學(xué)和生物學(xué)方面的一些實驗項目，虛擬實驗可增加學(xué)生的實踐機會，提高學(xué)生參與實驗的積極性 ;第三是不可復(fù)制和復(fù)制難度大的實驗項目，例如考古等，可以進行虛擬仿真實驗;第四是經(jīng)典的實驗項目，虛擬實驗可便于學(xué)生課前預(yù)習(xí)，模擬操作，增加他們的了解和認(rèn)識，為實物實驗做準(zhǔn)備，鍛煉了學(xué)生的動手能力，對實物實驗項目進行了補充;第五是新技術(shù)與新成果轉(zhuǎn)化成的實驗項目，這類實驗內(nèi)容新、方法新，受設(shè)備條件限制，開設(shè)起來有難度，利用相應(yīng)的實驗軟件，虛擬實驗更及時方便。

二、突出特色，避免千篇一律

虛擬仿真實驗教學(xué)項目要出“金項目”，出精品項目，避免“水項目”。在建設(shè)虛擬仿真實驗室的過程中，高校要以能體現(xiàn)學(xué)校辦學(xué)特色、學(xué)科優(yōu)勢和專業(yè)特點的虛擬仿真實驗室為重點項目，不追求大而全，要致力于精而專。每個虛擬實驗室都要有特色，每個虛擬實驗室都要成為一個品牌，既要和其他高校虛擬實驗室有共性的地方，更要和其他高校同類實驗室有區(qū)別，這樣的虛擬實驗室建設(shè)才有價值。

三、推進資源共享，避免重復(fù)建設(shè)

虛擬實驗室不能一窩蜂地建設(shè)，高校應(yīng)從自身發(fā)展水平出發(fā)，循序漸進地進行虛擬仿真實驗室建設(shè)，特色不明顯的不建，無優(yōu)勢的不建，虛擬仿真效果不好的不建，更不能出現(xiàn)粗制濫造的情況。虛擬仿真實驗室的建設(shè)不僅易于資源信息共享，而且還可促進院校之間的交流、深化學(xué)科專業(yè)間的合作，相互借鑒，優(yōu)勢互補，也能避免重復(fù)建設(shè)和開發(fā)，確保高?？蒲薪虒W(xué)資源的高效利用。還可以多方聯(lián)合開發(fā)，既有利于虛擬實驗信息資源共享，又節(jié)約成本，這也能夠?qū)崿F(xiàn)各具特色的實驗教學(xué)內(nèi)容體系。虛擬實驗室在優(yōu)化教學(xué)資源配置，突出教學(xué)資源優(yōu)勢，實現(xiàn)教學(xué)資源共享共建方面推動了高?，F(xiàn)代化教學(xué)的發(fā)展。

四、理清虛擬仿真實驗室與實物實驗室的關(guān)系

實物實驗是操作者利用真實的儀器設(shè)備進行的實驗，既需要設(shè)備還需要有場地作為保障;在實物實驗室中無法完成或者完成有難度的實驗，可以利用計算機通過虛擬實驗技術(shù)完成實驗，這是以虛代實的實驗?zāi)Ｊ?。虛擬仿真實驗具有避免風(fēng)險、節(jié)約成本、綠色和環(huán)保等優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的實物實驗對實驗者而言更有優(yōu)勢。對于具體實驗項目，做實物實驗還是虛擬實驗，要根據(jù)課程要求和授課對象的特點來決定，要重實驗效果，重學(xué)生能力培養(yǎng)。認(rèn)為虛擬實驗項目可以代替實物實驗項目，因此不去開設(shè)實物實驗項目，這個觀點是不正確的。實物實驗相對虛擬實驗更加直觀和更有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決分析問題的能力，所以要以實物實驗為主，能開設(shè)實物實驗的必須開設(shè)，虛擬實驗可以作為補充，以補充不能完全代替的實物實驗。兩種實驗項目各有所長，虛擬實驗雖然能相對真實地模擬實驗過程，但在具體操作方法和感官方面與真實環(huán)境有很大差距。

用虛擬實驗室完全取代傳統(tǒng)實驗室是不合理的，更不能通過虛擬實驗平臺把經(jīng)典的實物實驗簡單的完成，也不能因?qū)嵨飳嶒灢僮鲝?fù)雜、實驗耗材浪費等而虛擬化。受條件制約，一些實物實驗不能進行，那就需要虛擬實驗代替。雖然虛擬實驗室對實驗教學(xué)效果有一定的提升，但是對于一些實驗項目尤其是對專業(yè)要求極高的實驗項目，虛擬實驗的實驗結(jié)果再好，不是傳統(tǒng)實驗，結(jié)果也不能實現(xiàn)共享。虛擬實驗室的建設(shè)可以有效地降低傳統(tǒng)實驗室的建設(shè)成本，高校也不能因此以虛擬實驗室作為重點。因此在建設(shè)過程中一定要把握好虛擬仿真實驗建設(shè)原則和傳統(tǒng)實驗室的比例。

五、注重長效機制建設(shè)

就一些機制和體制來說，虛擬實驗室的建設(shè)和教學(xué)是一種前所未有的形式，肯定會出現(xiàn)一些問題。必須建立一套良性、高效、協(xié)調(diào)的運行機制和管理體制，才能更好的發(fā)揮作用，才能調(diào)動教師和管理人員的積極性，才能激勵學(xué)生積極參與。鑒于和實物實驗室的不同，虛擬實驗室項目的內(nèi)容系統(tǒng)、講義系統(tǒng)和學(xué)生的評價系統(tǒng)也是重中之重。要在虛擬仿真實驗教學(xué)中心建立教研人員和管理團隊工作內(nèi)容的量化方式和合理的考核辦法。虛擬實驗平臺的日常管理和維護也需要制定詳細(xì)的規(guī)章制度。要保證虛擬實驗室的可持續(xù)發(fā)展，虛擬仿真實驗室的前階段建設(shè)以及接下來的進一步發(fā)展，高校經(jīng)費的投入是實現(xiàn)的前提。

六、豐富虛擬實驗室內(nèi)涵，提升科學(xué)研究能力

在進行虛擬仿真實驗室建設(shè)時，根據(jù)實驗項目特點，挖掘內(nèi)涵，豐富內(nèi)容，為進一步加強虛擬實驗室的科研功能和創(chuàng)新能力，需要建立一批優(yōu)秀的能夠彰顯虛擬實驗室科研功能的虛擬實驗項目。同時，高校還應(yīng)該結(jié)合科研項目進行虛擬實驗室建設(shè)，側(cè)重科研功能，兼顧實驗教學(xué)，這樣建成的虛擬實驗項目起點高，具有前瞻性和創(chuàng)新性。在師生使用虛擬仿真實驗室進行科研項目的同時把學(xué)科最新、最前沿的科研成果精煉轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M實驗項目，使得虛擬實驗項目不在拘泥于教學(xué)，還能擴大虛擬仿真實驗室的資源。

隨著高等教育信息化的進步，高校虛擬實驗教學(xué)中心的建設(shè)也順應(yīng)這一趨勢，實現(xiàn)了高校實驗教學(xué)的深化改革，也提升了高校的教學(xué)能力和教學(xué)質(zhì)量。相對于傳統(tǒng)實驗室和實驗教學(xué)，虛擬實驗室是一種新模式，教學(xué)方式更加豐富，表現(xiàn)形式也更加靈活，在提高學(xué)生素質(zhì)、促進實驗技術(shù)手段創(chuàng)新等方面將發(fā)揮重要作用。虛擬實驗是一種新的教學(xué)模式，作為傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的完善和補充，它契合了當(dāng)今高校人才培養(yǎng)的需求。為了更好的服務(wù)高校的教學(xué)科研能力，虛擬仿真實驗室也會順應(yīng)時代潮流，實現(xiàn)更進一步的發(fā)展。

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編輯/宋宇