推进虚拟现实技术应用　提高高校教育教学质量

李　平

(教育部教育装备研究与发展中心，北京 100816)

1　新时代的新观念

当前，教育系统正在认真学习贯彻落实十九大精神，并把贯彻落实十九大精神作为单位事业发展的新契机，再定位、再布局。在中国特色社会主义新时代要有新作为，教育工作必须要紧紧围绕培养什么人、如何培养人和为谁培养人这个核心，树立新的发展观、质量观和教学观[1]。具体来说，新时代教育发展观就是建设教育强国，为实现中华民族伟大复兴奠定坚实基础；质量观就是发展素质教育、落实立德树人根本任务，促进人的全面发展，着力培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人；教学观就是要加强实践育人，强化学生关键能力核心素质培养，重点培养认知能力、合作能力、创新能力和职业能力，着重培养适应社会需要的创新型、复合型、应用型人才[2]。

2　深化实验教学改革

实践表明，实验教学是培养学生动手能力、创新能力和综合素质的一个至关重要的环节，是理论与实践相结合的一种卓有成效的教育模式，学生通过实验将知识与技能转化为解决问题的能力，同时进一步加深对理论的理解，直至实现知识创新。深化实验教学改革、加强实践教学环节是国家实施“素质教育”和高等教育“质量工程”、全面提高教育质量的重要内容。“十三五”期间，是我国高等教育巩固成果、深化改革、提高质量、持续发展的关键时期[3]。人才培养必须以强化实践教学为着力点，必须以信息技术的应用作为提高教学质量的重要手段，必须推进教学方法的改革，拓展实验教学的广度，提升实验教学学科综合性、技术先进性和方法探究性，实现实验教学效果的新突破。

与信息技术相比，传统的实验技术与手段在实际实验教学过程存在一些难以克服的问题，比如有一些高危险、高成本、消耗大、污染严重的实验项目，也有一些不可及或不可逆、大型综合等无法开展的实验，还有一些实验项目受时间、地点、人力、物力、财力等限制，致使实验教学无法全面有效开展，制约了教学质量。因此，改革创新实验教学技术与手段势在必行。

3　信息化技术的应用

近年来，互联网、物联网、虚拟现实、云计算、大数据、人工智能等信息技术不断涌现，正在深刻地改变着我们的生活、工作和学习方式。信息技术在教育领域更可以得到广泛应用、深度融合(见图1)。随着虚拟现实(VR)装备的逐步推广应用，2016年被称为虚拟 现实元年，虚拟现实技术已经引起了各级各类教育培训机构的广泛关注，虚拟现实的教育应用案例不断涌现，虚拟现实创造未来教育的序幕已经拉开[4]。

图1　信息技术与教育教学深度融合

随着信息技术的发展，虚拟仿真实验教学已经成为加强实践教学、提高教学质量的重要手段，成为传统实验教学的一种有效的补充。虚拟仿真实验既能再现真实实验的全过程，又能克服传统实验的各种制约和弊端，有效解决目前实验教学中存在的诸多问题，达到优化教育资源、提高教学质量的目的。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，学生在高度仿真的虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学目的[5]。

4　虚拟仿真实验教学中心建设成绩斐然

为了贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》精神，根据《教育信息化十年发展规划》[6]的指导意见，教育部在2013-2015年启动了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，取得了积极的反响和良好的效果，已遴选出300个国家级虚拟仿真实 验教学中心，分布在26个省市(自治区)(见表1)，其中理工类211个，农林医药类53个，人文社科类36个(见表2)。

表1　国家级虚拟仿真实验教学中心建设情况-从地区分布来看

表2　国家级虚拟仿真实验教学中心建设情况-从学科分布来看

这些年来，各高校虚拟仿真实验教学中心在提高实验教学质量中充分发挥了其特有的作用(见图2～5)。

图2　压水堆核电站实时仿真系统的硬件环境

图3　飞行器操纵训练单元

图4　城市高架桥梁施工过程虚拟仿真实验教学系统典型界面

图5　虚实结合的高速铁路综合调度指挥仿真实验系统

2017年，教育部印发了关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知[7]，计划到2020年遴选出1 000项示范性虚拟仿真实验教学项目。目标是推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的高等教育信息化实验教学项目示范新体系，支撑高等教育教学质量全面提高。

在教育部的推动下，近年来我国高校掀起了积极开发应用虚拟现实技术的热潮，涌现了众多的虚拟现实教育应用成果。2012～2016年期间，我国作者在国内外发表的有关虚拟现实教育应用、虚拟实验室网络化管理的高水平学术论文，SCI/EI检索的数量均领先于世界其他国家(见图6、7)。

图6　虚拟现实教育应用SCI/EI论文作者国别情况

图7　虚拟实验室网络化管理SCI/EI论文作者国别

伴随着教育部国家级虚拟仿真实验教学中心的建设和遴选工作，天津、广东、广西、湖北、福建、安徽、江苏、四川、云南、陕西、青海、辽宁、河南、山东等部分省教育厅先后开展了或正在开展省级虚拟仿真实验教学中心的建设和评审工作。中国高等教育学会实验室管理工作分会在全国开展了大规模的虚拟仿真实验教学研讨活动，国家级实验教学示范中心联席会组织了形式多样的虚拟仿真技术应用研讨和虚拟仿真实验教学成果展示，全国广大高校教师和领导积极参与，掀起了一场轰轰烈烈的虚拟现实教育应用高潮。

但是从虚拟仿真实验教学中心建设的情况看，资源的开放共享仍处于起步和探索阶段，面临着许多问题和困难，具体表现在：

(1) 虚拟仿真实验教学资源和管理平台建设缺乏统一标准和规范；

(2) 优质虚拟仿真教学资源依然不足，难以满足实验教学的需要；

(3) 虚拟现实技术在教育教学中的应用不够深入，没有与其他教学手段实现深度融合；

(4) 教师缺少信息技术条件下的教学环境、课程体系和教学模式的设计经验；难以鉴别和选择层出不穷的虚拟现实设备和虚拟仿真实验资源；

(5) 缺乏全国范围内的共享机制和渠道。还没有成熟的机制、实现更大范围内的共享。

(6) 缺乏虚拟仿真教学资源的评估体系和实验教学效果的绩效评价体系。

5　建立虚拟现实教育应用研究院

为了推动虚拟现实教育应用，教育部教育装备研究与发展中心与北京润尼尔网络科技有限公司共同成立了虚拟现实教育应用研究院。研究院将为从事虚拟现实教育应用研究的专家、学者搭建相互交流和沟通的平台，汇集学校在虚拟现实教育应用方面的共识，促进各学科虚拟仿真实验教学资源的合作共建，促进虚拟仿真实验教学成果在全国范围内的共享。

虚拟现实教育应用研究院成立后，研究院工作规划设想如下：

(1) 制定技术标准

虚拟现实实验教学装备建设是一项长期而工程量浩大的工作。建设中学校面临各种不同技术和解决方案的选择。由于对计算机硬件、虚拟实验软件体系结构、网络平台、框架、组件、接口等没有统一的标准和规范，导致在开发虚拟实验装备时盲目性大，虚拟仿真资源兼容性不强，二次开发难度较大，可重用性差。研究院将组织行业相关专家共同研究制定虚拟现实教育应用装备的技术标准和资源开发规范。

(2) 探索共享机制

通过标准和规范建设，在技术层面上实现软件资源的数据共享，建设虚拟仿真项目库，实现实验教学资源管理与信息支撑服务的科学化与系统化，满足多专业、多学校和多地区共同开展虚拟仿真实验教学的需要。同时开展资源共建共享机制研究，形成可落地、可推广的共建共享方案，实现虚拟仿真实验教学的可持续性发展。

(3) 引领示范建设

按照标准规范的要求，形成高校虚拟仿真实验室建设整体方案，并且通过校企合作的方式，创建一批标准化的、示范性的虚拟仿真实验室，引领高校VR教学实验室建设。

(4) 开展测评服务

构建虚拟仿真教学系统及资源的测试环境，对虚拟仿真实验教学硬件环境、管理平台和软件资源，开展第三方测评服务；探索虚拟仿真实验教学效果评价方法，保障虚拟仿真对人才培养的正确方向，同时用以指导改进虚拟仿真装备与资源的开发和建设。

(5) 组织培训活动

面向全国高校的实验教学和管理人员举办高水平的研讨活动；组织具有丰富虚拟仿真实验教学研究和教学经验的专家教授对高校实验教师进行高水平培训，为一线实验教师提供虚拟仿真实验教学观摩和上机实践，提高实验教学人员的信息素养，共享基于虚拟现实教育装备的实验教学模式。

(6) 搭建交流平台

通过研讨会、参观考察、网络媒体等多种形式搭建交流平台，将虚拟现实教育应用成果进行宣传和推广，让更多高校便捷地获取经验。

6　结　语

总之，新时代是教育改革发展的时代，也是教育装备大有作为的时代。虚拟现实教育应用研究院将在新时代教育思想的引领下，紧密围绕中央、国务院和教育部的相关政策文件，深入推进信息技术与实验教学的深度融合，在各位专家的指导下，通过3年时间逐步推动实现上述的规划设想，不断加强实验教学优质资源建设与应用，持续推进实验教学信息化建设和实验教学资源开放共享，携手推动实验教学改革与创新，着力提高我国高校实验教学质量和实践育人水平。让我们一起共同努力，在新时代实现新作为。

参考文献(References)：

[1]习近平.全国高校思想政治工作会议上的讲话(2016-12-07)[z].

[2]中共中央办公厅 国务院办公厅印发《关于深化教育体制机制改革的意见》(2017-09-24)[z].

[3]国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)[z].

[4]刘德建,刘晓琳,张琰等.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究, 2016, 22(4):25-31.

[5]教高厅函[2015]24号,教育部办公厅关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[z].

[6]教技[2012]5号,教育信息化十年发展规划(2011-2020年)[z].

[7]教高厅[2017]4号,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[z].