虚拟仿真实验教学中心建设的探索与建议

虚拟仿真实验教学中心建设的探索与建议

陈剑波孙欢邹同华万建伟

1.天津商业大学，资产设备管理处天津300134;

2.天津商业大学天津市制冷技术重点实验室天津300134;3天津商业大学经济学院天津300134

【摘要】随着虚拟仿真实验教学在高校教学中的地位越来越重要，建设虚拟仿真实验教学中心已经成为高等院校培养人才的一个重要任务。为了提高虚拟仿真实验室建设和管理水平，根据天津商业大学虚拟仿真实验教学中心建设的现状及建设过程中遇到的问题，通过与传统实验室相结合、教学资源的开放共享、提高虚拟仿真实验教学中心的利用率和完善实验教学师资队伍的建设等方面入手阐述了天津商业大学虚拟仿真实验教学中心的建设与管理方法，以便进一步推动天津商业大学实验教学的改革与创新。

【关键词】虚拟仿真；实验教学；虚拟仿真实验教学中心建设；

TheexplorationandsuggestionoftheVirtualsimulationexperimentteachingcenter

ChenJian-bo1SunHuan1ZouTong-hua2Wanjianwei3

（1.DepartmentofAssetsandEquipmentManagement，TianjinUniversityofCommerce，Tianjin，300134，China；2.TianjinUniversityofCommerce,TianjinKeyLaboratoryofRefrigerationTechnology,Tianjin300134,China，China；3.Schoolofeconomics，TianjinUniversityofCommerce，Tianjin，300134，China）

【Abstract】Withthevirtualsimulationexperimentteachingincollegesanduniversitiesteachingmoreandmoreimportantintheposition,theconstructionofvirtualsimulationexperimentteachingcenterhasbecomeanimportanttaskoftrainingtalentsincollegesanduniversities.Inordertoimprovetheleveloflaboratoryconstructionandmanagementofvirtualsimulation,basedonthevirtualsimulationoftianjinuniversityofcommerce,theexperimentalteachingcenteroftheconstructionofthepresentsituationandtheproblemsintheconstructionprocess,ycombiningwithtraditionallaboratory,opensharingofteachingresources,improvetheutilizationrateofvirtualsimulationexperimentteachingcenterandperfecttheconstructionofexperimentalteachingfacultyandotheraspectsthispaperexpoundsthevirtualsimulationoftianjinuniversityofcommerce,theexperimentalteachingcenterofconstructionandmanagementmethods,inordertofurtherpromotereformandinnovationofexperimentalteachingoftianjinuniversityofcommerce.

【Keywords】virtualsimulation;theexperimentalteaching;Constructionofvirtualsimulationexperimentteachingcenter

随着信息技术的不断发展及我国高等院校全面实施素质教育，高校实验室的建设与管理发生了诸多变化，呈现出实验教学手段新型化，实验操作智能化，实验时间灵活化等特点[1-3]。传统的实验教学中心已无法满足现代高等院校的发展。采用计算机、网络信息等先进技术的虚拟仿真实验教学在高校中的应用日益增多，地位也日渐重要。目前我国高等院校关于虚拟仿真实验教学的研究已有很多，有一些是针对虚拟仿真实验教学资源的开放共享来分析研究，还有一些是研究虚拟仿真技术在实验教学中的应用问题[4-5]。本文将针对我校虚拟仿真实验教学中心建设和管理过程中遇到的问题入手，有针对性的探讨解决这些问题的方法和措施，以期为高校虚拟仿真实验教学改革提供建设思路与参考。

1、我校虚拟仿真实验教学现状

虚拟仿真实验教学的优势引起了国内外各大高校的浓厚兴趣和高度重视，纷纷参与购买、研发和使用虚拟仿真实验教学平台，我校目前面向能源与动力工程、建筑环境与能源应用工程和经济学等15个本科专业，开设虚拟仿真实验课程31门，分别成立了制冷技术与装备虚拟仿真实验教学中心和经济与统计虚拟仿真实验教学中心，其中制冷技术与装备虚拟仿真实验教学中心已获批为天津市级虚拟仿真实验教学中心。

1.1制冷技术与装备虚拟仿真实验教学水平与成果

目前,制冷技术与装备虚拟仿真实验教学中心拥有正式在职教师25人，其中具有正高职称的9人、占36%，具有副高职称的14人、占56%，中级职称2人、占8%；具有博士学位的人数16人，占64%，50岁以下的中青年教师占52%。逐步具备了合理的职称、学位与年龄结构，形成了老中青结构合理的教学梯队，保证了中心具有良好的实验室信息技术开发能力，如表1。5年来，本教学团队成员作为项目负责人共主持国家级和省部级科研课题24项,其中国家8项，获省部级科技项目奖5项，已授权发明专利61项，参与起草国家和行业标准8项；团队有多名教师长期担任国际高水平期刊和会议的编辑或审稿人，已发表核心学术期刊论文230余篇（其中大部分为三大检索）。

1.2经济与统计虚拟仿真实验教学水平与成果

在经济与统计虚拟仿真实验教学中心40名专兼职实验队伍中，45岁以下的中青年超过60%，他们具有扎实的理论基础、良好的虚拟仿真技能和丰富的实验室工作经验，并依托中心良好的教学和科研平台，对虚拟仿真实验教学和实验室建设与管理不断进行探索研究，在近5年间在虚拟仿真实验教学方面取得了丰硕的成果，先后建成了市级精品教材3门，市级精品视频公开课2门，天津市精品教材4门；与企业合作开发了多套国内领先的经济数据分析平台。近五年经济与统计虚拟仿真实验教学中心成员承担项目148项，其中国家社科基金7项，国家自然科学基金项目6项，科技部星火项目2项，其他省部级项目81项，其他项目54项。出版著作22部，教材21部，发表论文543篇，其中，SCI收录16篇，SSCI收录2篇，EI收录11篇，ISTP收录17篇。获教育部高等学校人文社会科学优秀成果1项（三等奖），获省部级优秀社科成果一等奖3项，二等奖1项，三等奖4项，天津市教学成果一等奖1项。主持和参加了教育部和天津市教改立项课题10余项，并积极促进科研成果的转化，已经在实验教学中引用3项教学改革成果。

1.3虚拟仿真实验平台开发成果

在高水平的学术研究和课堂教学实践的带动下，我校虚拟仿真实验教学中心在长期的实验教学过程中也逐步形成了鲜明的特色，具备了较强的虚拟仿真实验平台开发能力。首先，在仿真实验教学方案设计方面，注重科研成果向教学的转化，坚持高水平建设、科研与教学相互为用、相互促进的原则，将高水平的科研成果有效转化为高质量的实验教学开发方案。

我校虚拟仿真实验教学中心的教师围绕已经承担多个国家级项目开发虚拟仿真实验项目。在实验教学中，利用这些成果先后开发了一批适合不同年级以及不同学生个体能力的专题实验。这类实验教学促进了学生对传统实验室接触不到的真实实验、真实环境和真实设备的直观感性认识，提高了学生对科研和专业的兴趣。另外在仿真实验教学的过程中，中心已经开发实现了实物实验与虚拟仿真实验的有机结合。使用半实物仿真系统，使学生能深入了解真实设备的操作原理及真实设备的运行参数的整个过程。

2、存在的问题与原因分析

2.1虚拟仿真实验应用管理难，部署复杂，遭遇开放共享难题。

各高校建设学科门类覆盖齐全、高质量资源库的虚拟仿真实验教学平台是虚拟仿真开放共享的前提条件[6]。然而目前我校的虚拟仿真实验教学仅集中在制冷、应用经济学和应用物理等少数几个学科，且各种实验教学应用软件并没有统一的管理，各实验教学平台的实现方式迥异，运行环境不同，部署安装麻烦，这使虚拟仿真实验教学平台本可以作为实验资源共享的一部分内容不能开放与共享，最大化利用。同时我校已经建设的虚拟仿真实验教学平台主要依靠“市场购买”，具备自主知识产权、自主研发的虚拟仿真实验平台相对较少。各个公司的平台都对授权数量进行限制，且不同的虚拟仿真实验平台兼容性不强，相互对接存在困难，这也导致了我校不同专业的虚拟仿真实验教学平台无法开放共享。

2.2实验教学平台缺乏整体可持续可扩展规划，资源整合困难。

实验室的建设是分阶段、分层次来进行的，随着高等院校实验教学对实验项目专业性和技术性要求的不断提高，早期建设的实验项目已经无法满足需求，需要耗费相当大的人力、物力和财力进行改造，导致实验教学平台无法进一步扩展。同时每个虚拟仿真实验教学平台中存储的用户信息都是独立的，且每个实验系统独立维护自己的数据库，数据库标准不统一，这导致登陆不用虚拟仿真实验教学平台的用户身份无法统一，教学资源无法整合。

2.3实验教学资源重复建设，利用率较低

虚拟仿真实验的进行往往依赖于专门用于做此类实验的实验室，且不同类型的实验项目往往依赖不同类型的实验室，导致有些实验室利用率非常低，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力等限制问题，致使实验教学无法有效开展[7]。同时各高校为了满足自身实验教学的需要及实验教学体系的完整，不可避免的导致部分实验教学资源发生重复，造成实验室建设经费的浪费。另一方面，随着虚拟仿真技术的快速发展，大量企业参与虚拟仿真实验平台的开发，这也导致目前市场上的虚拟仿真教学平台数量巨多，但是质量良莠不齐。

2.4教学指导难以到位，更难以跟踪定位指导。

随着虚拟仿真技术在实验教学中的应用越来越广，对实验老师和实验技术管理人员的要求也越来越高，他们需要花费更多的时间和精力去不断完善虚拟仿真实验教学资源，维护虚拟仿真实验教学平台的日常运行，跟踪实验教学过程。这占用了实验老师和实验技术管理人员大量的精力，导致实验教师很难在有限的时间内细致地指导大批的学生，设计性和探究性试验更是难以开展。

3、虚拟仿真实验教学中心建设的管理策略

鉴于上述高等院校虚拟仿真实验教学中心建设过程中存在的问题与不足，需要明确虚拟仿真实验教学中心建设的基本思路，明确资产设备管理处在虚拟仿真实验教学中心建设与管理过程中的牵头左右，整合与优化虚拟仿真教学资源，科学、系统的推动虚拟仿真实验教学中心的建设[8-9]。

3.1整合资源，紧密联系传统实验室

作为传统实验室的延伸和有效补充，虚拟仿真实验教学中心给教师提供了新的授课方式，丰富了实践教学的内涵，有效的弥补了传统实验教学的不足[10]。同时，虚拟仿真实验教学中心的建设过程中还应做到“虚实结合，以实为主，相互补充”的原则，根据学校各专业学科的特点和设置情况进行建设。

我校目前建设的虚拟仿真实验教学中心主要有以下几类：（1）传统实验室无法完成的实验[10]，如我校的统计调查虚拟仿真实验平台，可有效解决企业不愿提供核心数据的问题；（2）容易发生危险的实验，如我校的氨制冷实验教学；(3)实体实验平台建设成本高的实验，如我校的氨制冷冷库设计实验，在我校进行此类型实验台架的建设会大幅超过学科所能承受的范围；（4）容易污染环境的实验，我校CO2制冷系统虚拟仿真实验解决了传统实验室使用CFC和CFCS等制冷剂工质，造成大气臭氧层破坏，温室效应突出，危害环境的问题；（5）需要反复摸索重复的实验，如我校的制冷系统调节站虚拟仿真实验，不同的调节，会产生不同的制冷效果。通过与真实实验项目的紧密结果，学生通过虚拟仿真实验平台可以熟悉实验操作步骤，参与实验操作过程，掌握实验技巧，显著提高了学生的学校效果和学习成绩。

3.2教学资源开放共享

我校虚拟仿真实验中心教学资源供学校各院系共享使用，依托网络中心提供的基础平台，实现校园网内的资源共享，在学校内部可以通过校园网访问仿真中心，并进行实验操作。仿真实验教学中心面向全体本科生及相关研究生开放，旨在对优秀的本科学生进行系统的科学研究训练、促进学生了解学科前沿的发展现状、掌握科学研究的基本方法和技能、培养科学精神。支持对科学研究具有浓厚兴趣的优秀本科生在指导教师的带领下开展研究，鼓励通过学科交叉提出新思想、新方法和新技术。

3.3提高虚拟仿真实验教学中心的利用率

我校目前已经成立了制冷技术与装备虚拟仿真实验教学中心和经济与统计虚拟仿真实验教学中心，为了提高我校虚拟仿真实验教学中心的使用率，我校针对现有的资源和人员情况，结合相关专业的优势，计划在今后逐步实现对兄弟院校用户的全面开放，并提供远程的虚拟仿真实验教学服务，达到协助兄弟院校建设该专业的目的，提高我校虚拟仿真实验室的使用率。

3.4完善实验教师队伍

实验教师作为实现教学资源开放共享的主体，是虚拟仿真实验教学中心建设的关键之一。然而作为国家科教兴国战略的中坚力量，高校教师本身就是一种稀缺资源[11],虚拟仿真实验教学的师资力量更为稀缺。因此完善实验教师队伍显得愈发重要。我校在保证教学质量和科研的前提下，加强了青年教师的选拔与培养。坚持资深教授传、帮、带的传统，与青年教师共同制定培养方案，为年青教师配备职业发展导师，由我校资深教授在实验课程设计、实验过程以及实验考核等各个教学阶段进行一对一的指导。保证了实验教师团队合理的年龄结果，使得虚拟仿真实验教学中心的建设经验薪火相传。

4、结语

随着虚拟仿真实验教学在高校教学中的地位越来越重要，建设虚拟仿真实验教学中心已经成为高等院校培养人才的一个重要任务。但是从目前的情况来看，天津商业大学虚拟仿真实验教学中心的建设仍处于起步阶段，仍然存在许多问题需要解决。通过紧密联系传统实验室，开放共享教学资源，提高利用率，完善师资队伍，深入思考，积极探索不断推进天津商业大学虚拟仿真实验教学中心更快更好的发展。

参考文献(References)：

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[11]朱瑾，李捍无．从大学城模式谈高校资源共享[J]．西安建筑科技大学学报(社会科学版)2006，25(1)93-96.

【作者简历】陈剑波（1989-），男，山西霍州人，硕士，助理实验师，主要研究方向为实验室教学管理，Email：chenjianbo@tjcu.edu.cn。

【基金项目】天津商业大学青年基金：虚拟仿真实验教学模式的推广与应用（项目编号：15QNJJ18）。