交叉学科虚拟仿真实验建设的挑战与对策
——以资源环境审计学科为例

徐志耀， 戴 莹， 周 宇，胡龙军

(1.南京审计大学 政府审计学院，江苏 南京 211815；2.南京审计大学 自然资源与环境审计研究院，江苏 南京 211815；3.南京市江宁区审计局 资源环境审计科，江苏 南京 211100)

大力推进虚拟仿真实验建设，是教育部贯彻国家“互联网+教育”战略的重要举措.教育部在2017年发布了《关于开展示范性虚拟仿真实验教学项目认定工作的通知》，开始支持首批虚拟仿真实验建设，并规划用5年时间建设一大批全国共享的虚拟仿真实验[1].教育部在2017～2019年共认定了728项国家级虚拟仿真实验，其中前两年全部为理工类实验、2019年开始认定文科类实验.从立项的情况来看，文科类项目的竞争压力比理工科类项目要大许多，因此为提升自身竞争力，不少文科类项目向理工科类项目交叉，但是在实践过程中，交叉学科的虚拟仿真实验建设面临非常多的挑战，本文以资源环境审计学科为例，探讨如何突破这些困境获得认可.

1 国家虚拟仿真实验建设现状

1.1 理工科类虚拟仿真实验大量立项

在2017和2018年获批的401项虚拟仿真实验，全部为理、工、农、医等理工科类的实验项目.2017～2019年立项总数排名前十的学科分布见表1.其中，医药类获批的项目最多，包括临床医学、医学基础、化工与制药、药学等，加起来近200项，单这一大类就占了所有学科虚拟仿真项目立项总数的1/4之多；其次是机械、经管和土木等领域，这与我们国家发展的重大战略需求是完全一致的.

表1 2017～2019年立项总数排名前十学科分布情况

1.2 文科类虚拟仿真实验异军突起

自2019年开始，教育部开始将虚拟仿真实验的立项范围延伸到经济管理学、文学、历史学、哲学等文科类项目，当年文科共立项146项，占当年立项总数的44.65%, 占2017～2019年立项总数的20.31%.从文科内部结构来看，经济管理、艺术学、文学、教育学和体育学排在前五位，立项数量分别为40、25、20、17和10项，申报成功率约分别为28.78%、37.31%、33.33%、50%和37.04%.从中可以发现，经济管理类申报成功率最低，说明竞争压力最大.从总体上看，文科类立项比率比理工科类立项比率要低，这说明教育部对文科领域的资助虽然有较大幅度的增加，但虚拟仿真实验资助的主要对象仍集中在理工科领域.

1.3 交叉学科虚拟仿真实验开始出现

对2017～2019年成功立项的728项虚拟仿真实验进行分析发现，理工科向文科交叉的情况非常少见，交叉学科实验更多表现为文科向理工科交叉.以经济管理类为例，在40项成功立项的虚拟仿真实验中，有16项具有向理工科交叉的特征，如中国人民大学的“地籍测量与管理三维虚拟仿真实验教学项目”、西安交通大学的“基于社会网络大数据的社区发现仿真实验”、常州大学的“危化品运输管理与应急处置虚拟仿真项目”等，分别明显地与地质学、计算机学、化学相交叉.以自然保护与环境生态类为例，10个项目中仅有复旦大学的“水环境生态安全评估虚拟仿真教学实验”向经济管理类交叉,其余向文科交叉的案例也可散见于其他理工学科，但从总体上来说是较为少见的.

2 交叉学科虚拟仿真实验建设面临的主要挑战

当前文献对虚拟仿真实验，以及对资源环境与生态类虚拟仿真实验建设均有不少研究，但对交叉学科虚拟仿真实验建设问题的研究非常少[2-4].在教育部虚拟仿真实验资助体系中还没有一个专门的“交叉学科”门类，因此其只能在文科或理工科大类中二选一[5].交叉学科虚拟仿真实验建设面临的难题主要表现在以下方面：

2.1 实验选题通常遭遇“两难”

交叉学科虚拟仿真实验的特点“交叉”，即理论上在理工科、文科都可以靠得上边，但通常情况下却是非常容易两边都不讨好.例如资源环境审计就属于典型的交叉学科，一方面既可以申报理工科的“自然保护与环境生态类”和“环境科学与工程类”，成功的类似项目如复旦大学的“水环境生态安全评估虚拟仿真教学实验”、哈尔滨工业大学的“流域水环境决策支持系统虚拟仿真实验”等；另一方面也可以申报文科的“经济管理类”，如浙江农林大学的“种植业家庭农场经营决策虚拟仿真实验”、常州大学的“危化品运输管理与应急处置虚拟仿真项目”等等.然而，这也带来了很高的“两难”风险：理工科评审专家可能认为实验过于主观化，科学性与严谨性不足；文科评审专家则可能会认为实验过于技术化，理论性与趣味性不够等等.

2.2 实验内容经常面临“虚胖”

教育部在《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》中指出，虚拟仿真实验一般为6～8个学时，主要解决教学中难以实现的某个教学环节.理工科的虚拟仿真实验大多属于“短小精悍”类型，例如南京航天航空大学的“飞机大部件装配虚拟仿真实验”，主要仿真了机翼等大部件安装的技术与过程.但是，文科类项目大多都是从“大场景、长时间”入手进行实验设计，如南通大学的“基于管理会计的制造企业运营优化虚拟仿真实验”、东华大学的“创业决策虚拟仿真实验”均属于这种情况.而交叉学科既想按理工科的精悍型、又想按文科的大场景型进行设计，最后却常常构建了一个“虚胖”的框架，即场景虽大，但没有形成内在一致的实验逻辑，也没有构成针对性强的科学问题.

2.3 实验操作时常陷入“杂乱”

理工科类实验操作步骤普遍非常清晰，实验者必须严格遵守相应的技术规范与操作流程，虽然可以自主进行实验设计，但具体实验操作仍然属于线性过程.如飞机零部件的安装实验，操作流程是非常规范的，学生只能调整安装的高度、角度、力度等具体参数，以得到不同的实验结果.而文科类实验则不同，实验者在整个实验流程中具有非常高的自主程度，实验操作属于非线性过程.如湖南师范大学的“法律谈判虚拟仿真实验”，谈判过程中可以随时对对方进行试探性引导、刺激和询问，并根据对方反应进行策略的调整，属于典型的非线性实验操作.然而，交叉学科的实验操作很可能是两者相结合的方式，如总体线性、局部非线性，或者总体非线性、局部线性.但如果设计得不精巧，很可能会使整个实验陷入混乱，让实验者无所适从.

3 交叉学科虚拟仿真实验建设的应对策略

虽然交叉学科虚拟仿真实验建设面临着非常大的挑战，但是只要充分挖掘交叉学科亮点、发挥自身优势，其虚拟仿真实验建设是可以取得良好效果的.借鉴现有为数不多交叉学科虚拟仿真实验的成功经验，建议从以下几个方面着手进行应对：

3.1 实验选题要尽量符合“三高两不一大”的基本特征

实验选题要发挥交叉学科知识面广的优势，选择符合“高危险、高成本、高消耗、不可及、不可逆、大型综合训练”(可简称为“三高两不一大”)的实验主题，形成一定的冲击力，以快速获得评审专家和实验者的认同.这类成功获批的实验，如“地震对建筑物的破坏虚拟仿真实验”“毒蛇咬伤的救护思维——以银环蛇为例”“临终老人心理关爱虚拟仿真实验”“基于管理会计的制造企业运营优化虚拟仿真实验”，其主题就非常符合“三高两不一大”的特征.而资源环境审计作为交叉学科，类似地可以选择“危险性固体废弃物专项审计虚拟仿真实验”“有毒气体处理专项审计虚拟仿真实验”“放射性污染防治专项审计虚拟仿真实验”“城乡大型废污水处理系统专项审计虚拟仿真实验”“大尺度流域水生态环境保护专项审计虚拟仿真实验”等作为实验主题，重点关注这些有代表性的资源环境审计问题.

3.2 实验内容要着力提炼“一条主线”的简洁结构

对728项虚拟仿真实验进行分析发现，这些实验往往具有非常清晰和简洁的结构安排.如常州大学的“危化品运输管理与应急处置虚拟仿真项目”，整个实验的主线非常清晰，即如何根据随机的危化品种类和数量，自主设计调度方案、运输路径、应急措施，以最优的成本将其送达目的地.但交叉学科的虚拟仿真实验往往涉及到数量大、种类多、程度深的专业知识和关键问题，这些问题似乎都很重要、都值得在实验中加以体现，那么要在6～8个课时的实验中包含如此众多的实验内容，就要坚持“一条主线”原则，即以简洁的结构串联各个实验内容，对与主线无直接关联的部分就应果断放弃.资源环境审计虚拟仿真实验建设就可以借鉴自然科学领域的成功经验，以“寻优”作为实验的“一条主线”，将所有知识点和实验步骤进行有机串联，使实验简洁清晰、浑然一体.

3.3 设计实验要努力达成“问题引导”的趣味系统

由于交叉学科虚拟仿真实验常常横跨文、史、哲、经、管、理、工、农、医等多个专业领域，而实验者往往只是某个领域的专家学者或教师、学生，他们在进行内容“多、杂、乱”的仿真实验时常常会出现不熟悉、不理解，甚至不知所措等问题.针对这些问题，可行的方案之一是以问题为导向，增强虚拟仿真实验系统的趣味性.资源环境审计虚拟仿真实验面临自然资源种类多样化、环境工程技术复杂化、审计流程专业化和法律法规繁杂化等众多挑战，但如果能将实验设计成问题导向，激励实验者以侦探查案的方式去完成实验步骤，就可以利用其好奇心，大大提升实验者对虚拟仿真实验的兴趣，在趣味性的引导下克服上述问题.当然，引导性问题也不宜太多，只需在主要场景或关键转折点处设置即可.