面向创新的国家级虚拟仿真实验教学中心建设

2019年8月23日面向创新的国家级虚拟仿真实验教学中心建设国家级实验教学示范中心联席会北京大学郝永胜[e-mail]2019年8月23日第2页目录一、建设意义二、指导思想三、建设任务和核心内容四、建设过程五、案例六、展望未来2019年8月23日第3页教育部加强了对实验教学工作和实验教学信息化工作的宏观指导，先后出台了强有力的政策。2012年3月13日，教育部印发了《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》2012年3月16日，《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）2019年8月23日第4页《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》明确了发展规划及目标1234推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式……明确了建设各级各类优质数字教育资源的工作目标…进一步提出了建立数字教育资源共建共享机制的重要途径《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》明确提出了创新优质数字教育资源共建共享机制、实现教育信息化可持续发展的新思路2019年8月23日第5页《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》也明确提出，要强化实践育人环节，提升实验教学水平《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》提出明确要求2.重点建设一批国家级实验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、高职实训基地……3.要求加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量1.要求加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设……5.建立高校与相关部门、科研院所、行业企业的共建平台，促进合作办学、合作育人、合作发展……4.要建设优质教育资源共享体系6.加强信息化资源共享平台建设，向高校和社会开放2019年8月23日第6页国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作是高等教育信息化的组成部分高等教育信息化的基本内涵硬件支撑平台软件资源环境信息人才队伍目标我们就是要鲜明地举起教育信息化的旗帜，把建设工作纳入教育信息化工作的总体布局之中，与教育改革发展的总体要求相一致，持续不断地将国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作开展下去。2019年8月23日第7页国家级虚拟仿真实验中心建设工作也是实验教学示范中心建设工作的重要内容，其指导思想为国家级虚拟仿真实验教学中心的遴选条件打下了伏笔是实验教学示范中心的重要组成部分，也是实验教学示范中心建设的延伸，这将为实验教学示范中心建设注入新的活力和新的内容；持续调动省市教育行政部门、高等学校建设实验教学示范中心的工作积极性，也促进已经拿到国家级和省级实验教学示范中心称号的学校和单位继续投入，持续建设；将高教司实验室处工作的有机结合，形成以实验教学示范中心建设为核心的工作格局国家级虚拟仿真实验教学中心2019年8月23日第8页虚拟仿真实验教学是学科专业与信息技术深度融合的产物做好做实虚拟仿真实验教学工作虚拟仿真实验教学中心要充分反映出学科的要求和特点要与信息技术紧密结合要求是省级或国家级的实验教学中心要有资源共享的良好基础和广泛的共享可能性要建成持续发展的机制和必要的人员保证2019年8月23日第9页目录一、建设意义二、指导思想三、建设任务和核心内容四、建设过程五、案例六、展望未来2019年8月23日第10页为确立指导思想，我们开展了广泛深入的调查研究；20字指导思想所含内容丰富指导思想共享资源突出重点提高效益持续发展科学规划2019年8月23日第11页科学规划突出学校、学科、地域、专业特色考虑持续发展和支持服务问题科学规划自发计划主动激励从上至下从下而上2019年8月23日第12页共享资源是此次建设工作的核心，若无法实现教学资源的共享，仍只能为少数学生开展教学服务，将无法参与申报工作过去现在/未来少数学生多个专业多个学校多个地区自己用大家用服务对象资源共享2019年8月23日第13页共享不是简单鼓励大家无偿贡献，而是推动高校建立一种机制通过遴选，授予“国家级虚拟仿真实验教学中心”称号，使各级教育行政部门和高校知道，我们已经建成和拥有了一批优质的实验教学资源引导大家选择使用，使用后支付相应的费用，补偿产品开发支出和服务支出外，产生合理的利润，形成良性循环最终产生良好的社会效益和经济效益，使资源共享可持续123了解与推广引导与实施资源可持续性共享2019年8月23日第14页突出重点：实验教学信息化包括教学资源的信息化、教学管理的信息化和支持服务的信息化实验教学信息化教学资源的信息化教学管理的信息化支持服务的信息化2019年8月23日第15页提高效益：要强调社会效益和经济效益并举，引进社会企业机制–进一步强化国家级和省级实验教学中心的示范和引领作用…–要全面提高高校学生的创新精神和实践能力…–提高优质实验教学资源的使用率…–推动高校实验教学改革与创新…提高高等教育实验教学质量2019年8月23日第16页持续发展：就是稳步走、不断线+坚持宁缺勿滥的原则，完善发展阶梯2013年2014年第一年的工作重点：理清思路，摸索经验2015年…...建立起与相关司局的合作模式，对省级教育行政部门和学校发出一个重要的信号，鼓励省级教育行政部门和高校重视实验教学信息化工作，筹措经费，制订政策，开展本地区的建设工作2019年8月23日第17页目录一、建设意义二、指导思想三、建设任务和核心内容四、建设过程五、案例六、展望未来2019年8月23日第18页在筹划国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作初期，一直存在四大方面的困惑；为此，我们通过实地考察、专家座谈和学术研讨等多种方式对这四个方面问题进行了分析研究什么是虚拟仿真实验教学中心？建设虚拟仿真实验教学中心干什么用？如何开展虚拟仿真实验教学中心？12如何保证虚拟仿真实验教学中心建设可持续发展？432019年8月23日第19页虚拟仿真实验教学中心是什么，干什么用一、工作指导思想…………………………………………………………………二、建设任务和内容…………………………………………………………………三、2013年建设工作………………………………………………………………通知《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函〔2013〕94号）文件描述了虚拟仿真实验教学一些最重要的技术特征：即要利用信息化的重要技术，如虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等。当然也可以包含其他的一些重要技术。这是帮助我们判别虚拟仿真实验的主要指标。•虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。2019年8月23日第20页虚拟仿真实验教学除了具有重要的技术特征外，还有两点非常重要要构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生可以在这个环境中开展实验虚拟仿真实验是为本科教学而设计和实现的，它要满足教学大纲的要求2019年8月23日第21页信息化技术特征、高度仿真的实验环境和对象以及满足本科教学要求这三个方面构成了国家级虚拟仿真实验教学中心的本质特征对象以及满足本科教学要求信息化技术特征高度仿真的实验环境本质特征2019年8月23日第22页虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果虚拟现实多媒体人机交互数据库网络通讯………………构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象学生在虚拟环境中开展实验达到教学大纲所要求的教学效果2019年8月23日第23页虚拟仿真实验教学中心的建设任务进一步界定了它的功能作用，也明确了今年的建设重点，即实现真实实验不具备或难以完成的教学功能在涉及高危或极端的环境不可及或不可逆的操作高成本高能耗大型或综合训练实现真实实验不具备或难以完成的教学功能2019年8月23日第24页为了避免片面机械理解实验教学信息化，发挥虚拟仿真实验教学独特、不可替代的作用，切实实现提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容的要求虚实结合能实不虚相互补充•建设原则2019年8月23日第25页此次对虚拟仿真实验教学中心建设工作内容归纳为四个方面：虚拟仿真实验教学资源、虚拟仿真实验教学的管理和共享平台、教学和管理队伍和管理体系等方面的建设四个方面构成虚拟仿真实验教学中心的整体，保证中心的建设和正常运行，缺少哪一方面或哪一方面达不到要求都会出现无法持续发展的问题教学资源管理和共享平台教学和管理队伍123管理体系42019年8月23日第26页教学资源：总体上来说，可分为三类软件共享虚拟实验仪器共享虚拟实验远程控制虚拟实验高水平的教学资源2019年8月23日第27页管理和共享平台：可以是自己创新性开发的，也可以是引进后二次开发的扩展性兼容性前瞻性管理和共享平台应具特征2019年8月23日第28页教学和管理队伍，与示范中心的队伍是一体的，但也提出了新的要求对它的结构、水平和经验有新要求，要能够胜任虚拟仿真实验教学的需要知识结构–…–…–...–…–…–…–…–…–…–…–...–…–…–...示范中心虚拟仿真实验教学教学水平教学经验知识结构教学水平教学经验2019年8月23日第29页管理体系：虚拟仿真实验教学中心应依托相应的国家级实验教学示范中心，建立健全人员、组织、制度保障，推进虚拟仿真实验教学中心规范、高效地运转。运行管理制度保障管理体系组织保障2019年8月23日第30页通过规范、高效的运转管理体系，最终构建“虚拟仿真实验+真实物理实验”、“虚拟仿真实验+校外现场实践”、“虚拟仿真实验+课外创新实验”三结合的模式，从而实现虚拟仿真实验教学的目的真实实验校外现场实践课外创新实验+虚拟仿真实验三相结合虚拟仿真实验教学模式有效克服了真实环境中的诸多限制有效激发了学生自主学习的积极性形成基于产学研良性互动的虚拟仿真实验资源建设模式，丰富虚拟实验教学资源2019年8月23日第31页课程在线实验之基本概念课程在线实验基本概念五大考虑要素实验的基本设计、调试能力是必须的，关键怎么解决对实验的直观感受必不可少，虚实结合是实验类课程在线实验的主要方式在线实验有多种实验方式：模拟器、仿真器、实物在线课程在线实验，不是完全取代实际现场实验，反过来是补充，改变的实验模式，并不变实验本来的内容传统的教学资源如何和在线实验的结合，需要什么？实验教学信息化2019年8月23日第32页在线实验之必要性课程在线实验必要性7.实验质量管理（MOOC课程+在线实验=实验MOOC？）8.实验资源的共享（设备、教学资源、师资、实验模式等）9.激发实验队伍建设（可以突破，可有成果，可有服务）6.传统实验：独立、无跟踪、不系统、无重现、无共享等10.科研成果转化为实验内容（形式和成果可多样化）2.不受场地限制（在宿舍就可以实验，开放实验室）3.实验类实验的连续性和系统观建立（有关系，整体平台）4.实验预习以及实验准备，提高实验效果（自学自实验）1.实验设备维护、更新、资源利用问题（是否需多套设备)）5.实验过程管理（答疑库、师生、生生交互、实验过程）2019年8月23日第33页在线实验之方式软件设计模拟仿真远程下载调试虚实真实++（现场实验）有些实验内容可以是模拟器上纯仿真但是这些实验最后一定必须在实际实验台上运行说明2019年8月23日第34页实验类课程在线实验——实验MOOCMOOC课程–基本要素（课件、视频、交互等）在线试验–模拟、仿真、在线，可共享实验环境–模拟器、仿真器、在线实验平台实验管理–实验过程跟踪、实验评测、实验步骤分析、实验错误分析、实验结果分析、实验效果分析在线实验2019年8月23日第35页目前工作总结：各类实验方式，基本覆盖了实验类课程；虚拟仿真、虚实结合、云实验、在线实验种类多通过模拟仿真解决知识掌握和基本能力训练模拟仿真更适合个性化、创新实验真实环境实验必不可少在线实验可系统化、远程共享云平台更加关注资源整合、系列实验、实验管理实验设备支持在线实验注重2019年8月23日第36页进一步工作建议（1）——实验设置：着重选择