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摘要：总结和归纳国家级虚拟仿真实验教学项目建设和省内虚拟仿真实验教学项目评审的经验和思考，从研究现状、顶层设计、内容建设、金课特性等方面进行论述，以期为各高校虚拟仿真实验教学项目的建设提供参考，促进虚拟仿真实验教学项目水平和质量的全面提升，为人才培养和实验教学改革的方向提供参考。
关键词：虚拟仿真；实验教学项目；项目建设
本文引用格式：余丹，等.国家级虚拟仿真实验教学项目的建设与思考[J].教育现代化,2020,7(53):8-11.
Construction and Application Experience of National Virtual Simulation Experiment Teaching Project
YU Dan,XUE Mao-qiang,CHEN Jing-meng,YANG Ling
(Xiamen University,National Medical Virtual Simulation Experiment Teaching Center,Xiamen Fujian)
Abstract:Summarize the experience and thinking of the construction of national virtual simulation experimental teaching projects,and discuss from the research status,top-level design,content construction,characteristics of golden courses,etc.,with a view to providing references for the construction of virtual simulation experimental teaching projects in universities and promoting virtual The comprehensive improvement of the level and quality of simulation experiment teaching projects provides a reference for the direction of personnel training and reform of experimental teaching.
Key words:Virtual simulation;Experimental teaching project;Project construction
一 引言
随着现代信息技术特别是计算机网络技术的快速发展，信息化已经改变了我们工作和生活，同时也对我们的教育教学领域产生了巨大的影响。虚拟仿真项目是“互联网+教育”、“智能+教育”的未来教育形态，是一种新的教育生产力，国家级虚拟仿真实验项目就是国家级“金课”[1]。那么如何建设好一门“高阶性、创新性和挑战度”的虚拟仿真实验金课，是我们实验教学改革中需要不断思考和探索的。本文从厦门大学2018年申报成功的国家级医学虚拟仿真实验教学项目《心血管病虚拟仿真院前院内急救综合技能培训实验项目》的建设历程，总结和归纳国家级虚拟仿真实验教学项目建设的经验和思考。
二 目前国内虚拟仿真教学发展现状
2012年教育部颁布了《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》和《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》，从国家层面对今后十年教育信息化工作进行了整体设计和全面部署，为下一阶段教育信息化发展提供了行动纲领，不断促进教育质量的提高与信息技术的融合；2015年为了促进学科专业与信息技术深度融合，教育部高教司颁布了《关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》全国各大高校纷纷成立了虚拟仿真实验教学中心；2017年教育部办公厅颁布了《教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，在前期虚拟仿真实验教学中心建设的基础上，不断加强高等教育实验教学优质资源建设与应用，着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平，建设一批国家级虚拟仿真实验教学项目。
教育部从2017年开始每年启动一批国家级虚拟仿真实验项目的评定工作[2]，旨在促进虚拟仿真实验项目的建设，促进中央部委所属高校将“国家虚拟仿真实验教学项目”纳入“十三五”期间中央高校教育教学改革专项的重要内容，加大经费投入，予以重点支持，持续建设与完善。图表中可见近三年来，全国申报项目数、认定项目数、专业类数量都持续增加，竞争越来越激烈。那么，如何来建设一个合格的国家级虚拟仿真实验教学项目，是需要每一个高校教育者不断思考和探索的。
三 做好虚拟仿真实验教学的顶层设计
虚拟仿真实验教学项目的建设最难的就在于它的顶层设计，设计得好就成功了一半。所谓的顶层设计，最主要的是项目的选题，找到最适合最需要的实验项目或其中的一个方面进行虚拟仿真的设计，使其能够真正促进学生能力的培养，实验教学的改革[3]。真正好的项目，是可以利用专业中必备的知识点去解决现实中的具体问题，并给学生提供一定的创新和试错的机会，从而增加学生对知识点理解的广度和深度，并启发学生的知识探索欲和技术创新能力。
1.虚拟仿真实验教学项目的建设必须以完整的实验教学项目为基础，实际上就是现代信息技术与实验教学项目的深度融合，其根本目的还是为了实现性教育信息化。因此，项目不能够凭空想象一个，必须从现有课程的实验课中进行挖掘，寻找平时教学中的痛点和难点。虚拟仿真实验教学项目的建设是为了将来能够更好地服务实验教学，拓展实验教学内容的深度和广度，延伸实验教学的时间和空间。因此国家级虚拟仿真实验项目要求必须纳入本专业教学计划，且满足2个课时的实验教学需求。
2.坚持问题为导向，重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难的项目[4]。找到日常教学中的痛点和难点，这就是我们项目立项的根据。但这并不是说，所有耗时长，消耗大的项目都适合做虚拟仿真实验项目，而这往往是很多高校老师容易选择作为虚拟仿真实验教学项目建设的根据。例如无色气体的扩散在实际中是很难看到气体的扩散轨迹的，但是在虚拟仿真实验项目中，我们可以通过颜色的深浅来做到，这其实就是在解决现实实验项目无法实现的问题。
3.坚持需求为导向，密切结合经济社会发展对高校人才培养的要求[5]。例如我校的虚拟仿真实验项目落实贯彻执行国家《“健康中国2030”规划纲要》、《国家卫生计生委办公厅关于提升急性心脑血管疾病医疗救治能力的通知》（国卫办医函〔2015〕189号）和《胸痛中心建设与管理指导原则（试行）》（国卫办医函〔2017〕1026号）文件精神，满足我国健康中国建设中对院前急救、公众急救培训的需要大大增加，为了扩大急救普及和培养专业的心血管病急救人才的需要。
4.需要结合当地地区的特点，及相关人才培养的需求。例如沿海的高校因为其地理优势，对海洋及海洋生物等相关专业的研究，有着比其他高校得天独厚的优势，而且专业科研成果往往较多。科研成果转化为常规实验需要一个漫长的过程，但是虚拟仿真项目就可以让先进的技术和内容尽快投入教学，大大的缩短，高水平的科研成果转化时间。
5.紧密结合学校定位和专业特色，以及行业产业发展的最新成果[6]。我国大部分高校的专业课程设置都是相似的，为了避免重复建设，还是需要结合自己学校定位和专业特色，尽量做到：人无我有、人有我全、人全我专、人专我特，让自己的项目不同于其他的高校。这样在后期共享时，大家都能享受中该专业中最好的资源，实现资源利用的最大化、最优化。
6.利用好现在信息化技术的最新成果。有些虚拟仿真实验项目是以最后学生提交视频来作为实验报告的，或者有些虚拟仿真实验项目，需要多个地方的同时协作，如地质灾害的模拟新闻实时报道，那么就可以用到现在的5G技术，做到项目技术先进。
7.坚持以学生为中心，以能力培养为目标[2]。高校实验教学中，有一些创新实践训练，学科学业竞赛课程设计中的创新训练项目[7]，是可以通过虚拟仿真的模式进行构思设计实施和运作的，例如课程设计中的学生一些设计和创新，可以通过虚拟仿真实验软件进行初步的设计和构思，最后通过3D打印技术来实现的。
四 做好虚拟仿真实验教学的内容建设
（一）实验场景的设计
所有的实验场景最好是基于生活中可见的现象或者一个事例出发，为了解释这个现象或者解决这个问题，学生需要利用基本概念、基础知识、基础技术，甚至体现相关的专业素质，达到运用知识解决问题，并有相关创新和实践的能力。因此需要给学生一定的自由度和选择权，有必要的操作向导和自由联系（如同学之间、小组之间，师生之间等）的模式。
（二）实验对象的设计
可以是虚拟的人，虚拟的动物，虚拟的器械，虚拟的模型等等，让学生和实验对象之间能够产生有效的互动[8]，并且实验对象可以根据学生不同的操作产生不同的结果，其实验结果不应该是单向的，而应该是多项的。
（三）实验模块的设计
每一个实验模块需要对应一个相应的基础知识或基本技能，每个模块需要包含一定的实验任务，观察指标等等。学生实际交互性实验操作步骤必须不少于10步，过多或过少的实验操作步骤都不利于学生对该项知识或技能的理解和运用。
（四）实验评价的设计[9]
虚拟仿真实验教学项目应纳入学校相关专业培养方案和教学课程制定相关教学效果的评价办法，对学生在实验中的表现要有相对应的评价并提供反馈和激励。实验评价的方式可以是多种多样的，可以是文字，可以是操作流程，可以是视频，可以是数据。在教学模式当中涉及到原则性错误，需要当场进行反馈，在考核模式中最后也应该告知学生哪些是正确的，哪些是错误的，以及如果错误那么正确答案应该是什么。
（五）线上线下的设计
虚拟仿真实验教学项目，可以完全替代某些高危的现实中的实践项目，也可以作为某些实验项目的补充或课前练习或课后测试。通过对课程体系的调整，真正做到虚拟结合、虚拟互补，既能打破学生实践的空间时间限制，又能实现教育中知识、能力、态度的三要素，从知识的理解到知识的运用，培养学生专业胜任能力。
五虚拟仿真实验项目的金课特性
（一）必要性
要真正做到能实不需，可是在实践中做得到的，就不要用虚拟仿真实验项目，不要为了建设虚拟仿真实验项目，为了虚而虚。针对专业培养、人才培养的需要，对专业胜任能力必须的知识点和不能在现实中重复实践的项目进行虚拟仿真建设。
（二）体验性
国家级虚拟仿真实验项目应该能够让学生有参与感、体验感、沉浸感、代入感，这不一定非要用某些高端如AR、VR等的技术，有时候一段拍好的情景录像，一段电影画面，可以帮助学生对场景有深刻的认识，从而引出相应的问题或解决办法。
（三）科学性
项目设计与实验内容的科学性，所有的虚拟仿真实验项目必须基于一个科学事实，而不是凭空想象，其背后必须有专业理论和循证数据支撑。对一些比较新的专业或有一定争议的实验项目是不适合进行虚拟仿真实验建设的，不能一虚再虚。
（四）创新性[10]
虚拟仿真项目不是简单的把实验项目虚拟化，而应着重培养学生利用信息化进行创新。例如可以是一个知识点的拓展和衍生，例如自行设计实验，修改不同的实验条件来观察实验结果变化并思考里面的原理，还可以提交不同的设计方案，并利用计算机算法来模拟不同方案来评选最优方案。
（五）应用性[11]
与实际教学过程相结合，尤其是线上线下的结合，增加项目的应用性；同时虚拟仿真实验项目的知识点是可以解决现实中的问题，有一定的应用前景，而并非简单的实验项目虚拟化。
（六）示范性
要具有可扩展性，可共享性，人无我有、人有我全、人全我专、人专我特，有一定的行业推广价值和专业的引领作用。
（七）综合性
项目需要有若干个实验模块及其相对应的知识和技能，并体现各模块之间重要知识点是如何互相串联，互相联系的，培养学生综合运用知识的能力。例如可以利用计算机仿真程序模拟类似新型冠状病毒SARS-CoV-2这样的公共卫生时间的防控，利用预防医学、流行病学、临床医学、护理学、重症医学、统计学、微生物学、病理学等多学科的知识来模拟此类卫生应急突发事件的处理。
（八）规范性
项目中涉及到的专业术语和相关场景必须符合学术规则，不能出现表述不准确，不恰当的现象。同时项目涉及共享需要明确其知识产权，做到使用规范[12]。
总之，好的虚拟仿真实验课程需要具备高阶性，创新性和挑战度（两性一度），体现对学生知识能力态度的培养，鼓励院校间互相协作，学科交叉融合，实行基于问题案例的互动式研讨式教学，倡导自主式合作式探究式学习，创新实验教学项目资源的呈现方式，以基本概念、基础知识、基本技术为核心，以重要的科学问题和科学现象为引导，以学生的科研思维科学素养和科研能力培养为重点，从而建设出真正的虚拟仿真“金课”。
参考文献
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