面向創(chuàng)新的國家級虛擬仿真實驗教學中心建設

2023年9月28日面向創(chuàng)新的國家級虛擬仿真實驗教學中心建設國家級實驗教學示范中心聯(lián)席會北京大學郝永勝010-6275107113801016544Haoysh@目錄一、建設意義二、指導思想三、建設任務和核心內(nèi)容四、建設過程五、案例六、展望未來教育部加強了對實驗教學工作和實驗教學信息化工作的宏觀指導，先后出臺了強有力的政策。2012年3月13日，教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》2012年3月16日，《教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高〔2012〕4號）《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》明確了發(fā)展規(guī)劃及目標1234推動信息技術與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式……明確了建設各級各類優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源的工作目標…進一步提出了建立數(shù)字教育資源共建共享機制的重要途徑《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》明確提出了創(chuàng)新優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源共建共享機制、實現(xiàn)教育信息化可持續(xù)發(fā)展的新思路《教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》也明確提出，要強化實踐育人環(huán)節(jié)，提升實驗教學水平《教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》提出明確要求2.重點建設一批國家級實驗教學示范中心、國家大學生校外實踐教育基地、高職實訓基地……3.要求加強實踐教學管理，提高實驗、實習實訓、實踐和畢業(yè)設計（論文）質(zhì)量1.要求加強實驗室、實習實訓基地、實踐教學共享平臺建設……5.建立高校與相關部門、科研院所、行業(yè)企業(yè)的共建平臺，促進合作辦學、合作育人、合作發(fā)展……4.要建設優(yōu)質(zhì)教育資源共享體系6.加強信息化資源共享平臺建設，向高校和社會開放國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作是高等教育信息化的組成部分高等教育信息化的基本內(nèi)涵硬件支撐平臺軟件資源環(huán)境信息人才隊伍目標我們就是要鮮明地舉起教育信息化的旗幟，把建設工作納入教育信息化工作的總體布局之中，與教育改革發(fā)展的總體要求相一致，持續(xù)不斷地將國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作開展下去。國家級虛擬仿真實驗中心建設工作也是實驗教學示范中心建設工作的重要內(nèi)容，其指導思想為國家級虛擬仿真實驗教學中心的遴選條件打下了伏筆是實驗教學示范中心的重要組成部分，也是實驗教學示范中心建設的延伸，這將為實驗教學示范中心建設注入新的活力和新的內(nèi)容；持續(xù)調(diào)動省市教育行政部門、高等學校建設實驗教學示范中心的工作積極性，也促進已經(jīng)拿到國家級和省級實驗教學示范中心稱號的學校和單位繼續(xù)投入，持續(xù)建設；將高教司實驗室處工作的有機結合，形成以實驗教學示范中心建設為核心的工作格局國家級虛擬仿真實驗教學中心虛擬仿真實驗教學是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產(chǎn)物做好做實虛擬仿真實驗教學工作虛擬仿真實驗教學中心要充分反映出學科的要求和特點要與信息技術緊密結合要求是省級或國家級的實驗教學中心要有資源共享的良好基礎和廣泛的共享可能性要建成持續(xù)發(fā)展的機制和必要的人員保證目錄一、建設意義二、指導思想三、建設任務和核心內(nèi)容四、建設過程五、案例六、展望未來為確立指導思想，我們開展了廣泛深入的調(diào)查研究；20字指導思想所含內(nèi)容豐富指導思想共享資源突出重點提高效益持續(xù)發(fā)展科學規(guī)劃科學規(guī)劃突出學校、學科、地域、專業(yè)特色考慮持續(xù)發(fā)展和支持服務問題科學規(guī)劃自發(fā)計劃主動激勵從上至下從下而上共享資源是此次建設工作的核心，若無法實現(xiàn)教學資源的共享，仍只能為少數(shù)學生開展教學服務，將無法參與申報工作過去現(xiàn)在/未來少數(shù)學生多個專業(yè)多個學校多個地區(qū)自己用大家用服務對象資源共享共享不是簡單鼓勵大家無償貢獻，而是推動高校建立一種機制通過遴選，授予“國家級虛擬仿真實驗教學中心”稱號，使各級教育行政部門和高校知道，我們已經(jīng)建成和擁有了一批優(yōu)質(zhì)的實驗教學資源引導大家選擇使用，使用后支付相應的費用，補償產(chǎn)品開發(fā)支出和服務支出外，產(chǎn)生合理的利潤，形成良性循環(huán)最終產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益，使資源共享可持續(xù)123了解與推廣引導與實施資源可持續(xù)性共享突出重點：實驗教學信息化包括教學資源的信息化、教學管理的信息化和支持服務的信息化實驗教學信息化教學資源的信息化教學管理的信息化支持服務的信息化提高效益：要強調(diào)社會效益和經(jīng)濟效益并舉，引進社會企業(yè)機制進一步強化國家級和省級實驗教學中心的示范和引領作用…要全面提高高校學生的創(chuàng)新精神和實踐能力…提高優(yōu)質(zhì)實驗教學資源的使用率…推動高校實驗教學改革與創(chuàng)新…提高高等教育實驗教學質(zhì)量持續(xù)發(fā)展：就是穩(wěn)步走、不斷線+堅持寧缺勿濫的原則，完善發(fā)展階梯2013年2014年第一年的工作重點：理清思路，摸索經(jīng)驗2015年…...今后若干年仍將保持規(guī)模，持續(xù)開展建設工作建立起與相關司局的合作模式，對省級教育行政部門和學校發(fā)出一個重要的信號，鼓勵省級教育行政部門和高校重視實驗教學信息化工作，籌措經(jīng)費，制訂政策，開展本地區(qū)的建設工作目錄一、建設意義二、指導思想三、建設任務和核心內(nèi)容四、建設過程五、案例六、展望未來在籌劃國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作初期，一直存在四大方面的困惑；為此，我們通過實地考察、專家座談和學術研討等多種方式對這四個方面問題進行了分析研究什么是虛擬仿真實驗教學中心？建設虛擬仿真實驗教學中心干什么用？如何開展虛擬仿真實驗教學中心？12如何保證虛擬仿真實驗教學中心建設可持續(xù)發(fā)展？43虛擬仿真實驗教學中心是什么，干什么用一、工作指導思想…………………二、建設任務和內(nèi)容…………………三、2013年建設工作………………通知《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》（教高司函〔2013〕94號）文件描述了虛擬仿真實驗教學一些最重要的技術特征：即要利用信息化的重要技術，如虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡通訊等。當然也可以包含其他的一些重要技術。這是幫助我們判別虛擬仿真實驗的主要指標。虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內(nèi)容，是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產(chǎn)物。虛擬仿真實驗教學除了具有重要的技術特征外，還有兩點非常重要要構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，學生可以在這個環(huán)境中開展實驗虛擬仿真實驗是為本科教學而設計和實現(xiàn)的，它要滿足教學大綱的要求信息化技術特征、高度仿真的實驗環(huán)境和對象以及滿足本科教學要求這三個方面構成了國家級虛擬仿真實驗教學中心的本質(zhì)特征

對象以及滿足本科教學要求信息化技術特征高度仿真的實驗環(huán)境本質(zhì)特征虛擬仿真實驗教學依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，學生在虛擬環(huán)境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果虛擬現(xiàn)實多媒體人機交互數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡通訊………………構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象學生在虛擬環(huán)境中開展實驗達到教學大綱所要求的教學效果虛擬仿真實驗教學中心的建設任務進一步界定了它的功能作用，也明確了今年的建設重點，即實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學功能在涉及高?；驑O端的環(huán)境不可及或不可逆的操作高成本高能耗大型或綜合訓練實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學功能為了避免片面機械理解實驗教學信息化，發(fā)揮虛擬仿真實驗教學獨特、不可替代的作用，切實實現(xiàn)提高教學能力，拓展實踐領域，豐富教學內(nèi)容的要求虛實結合能實不虛相互補充建設原則此次對虛擬仿真實驗教學中心建設工作內(nèi)容歸納為四個方面：虛擬仿真實驗教學資源、虛擬仿真實驗教學的管理和共享平臺、教學和管理隊伍和管理體系等方面的建設四個方面構成虛擬仿真實驗教學中心的整體，保證中心的建設和正常運行，缺少哪一方面或哪一方面達不到要求都會出現(xiàn)無法持續(xù)發(fā)展的問題教學資源管理和共享平臺教學和管理隊伍123管理體系4教學資源：總體上來說，可分為三類軟件共享虛擬實驗儀器共享虛擬實驗遠程控制虛擬實驗高水平的教學資源管理和共享平臺：可以是自己創(chuàng)新性開發(fā)的，也可以是引進后二次開發(fā)的擴展性兼容性前瞻性管理和共享平臺應具特征教學和管理隊伍，與示范中心的隊伍是一體的，但也提出了新的要求對它的結構、水平和經(jīng)驗有新要求，要能夠勝任虛擬仿真實驗教學的需要知識結構……...…………………...……...示范中心虛擬仿真實驗教學教學水平教學經(jīng)驗知識結構教學水平教學經(jīng)驗管理體系：虛擬仿真實驗教學中心應依托相應的國家級實驗教學示范中心，建立健全人員、組織、制度保障，推進虛擬仿真實驗教學中心規(guī)范、高效地運轉(zhuǎn)。

運行管理

制度保障管理體系組織保障通過規(guī)范、高效的運轉(zhuǎn)管理體系，最終構建“虛擬仿真實驗+真實物理實驗”、“虛擬仿真實驗+校外現(xiàn)場實踐”、“虛擬仿真實驗+課外創(chuàng)新實驗”三結合的模式，從而實現(xiàn)虛擬仿真實驗教學的目的真實實驗校外現(xiàn)場實踐課外創(chuàng)新實驗+虛擬仿真實驗三相結合虛擬仿真實驗教學模式有效克服了真實環(huán)境中的諸多限制有效激發(fā)了學生自主學習的積極性形成基于產(chǎn)學研良性互動的虛擬仿真實驗資源建設模式，豐富虛擬實驗教學資源課程在線實驗之基本概念課程在線實驗基本概念五大考慮要素實驗的基本設計、調(diào)試能力是必須的，關鍵怎么解決對實驗的直觀感受必不可少，虛實結合是實驗類課程在線實驗的主要方式在線實驗有多種實驗方式：模擬器、仿真器、實物在線課程在線實驗，不是完全取代實際現(xiàn)場實驗，反過來是補充，改變的實驗模式，并不變實驗本來的內(nèi)容傳統(tǒng)的教學資源如何和在線實驗的結合，需要什么？實驗教學信息化在線實驗之必要性課程在線實驗必要性7.實驗質(zhì)量管理（MOOC課程+在線實驗=實驗MOOC？）8.實驗資源的共享（設備、教學資源、師資、實驗模式等）9.激發(fā)實驗隊伍建設（可以突破，可有成果，可有服務）6.傳統(tǒng)實驗：獨立、無跟蹤、不系統(tǒng)、無重現(xiàn)、無共享等10.科研成果轉(zhuǎn)化為實驗內(nèi)容（形式和成果可多樣化）2.不受場地限制（在宿舍就可以實驗，開放實驗室）3.實驗類實驗的連續(xù)性和系統(tǒng)觀建立（有關系，整體平臺）4.實驗預習以及實驗準備，提高實驗效果（自學自實驗）1.實驗設備維護、更新、資源利用問題（是否需多套設備)）5.實驗過程管理（答疑庫、師生、生生交互、實驗過程）在線實驗之方式軟件設計模擬仿真遠程下載調(diào)試虛實真實++（現(xiàn)場實驗）有些實驗內(nèi)容可以是模擬器上純仿真但是這些實驗最后一定必須在實際實驗臺上運行說明在線實驗方式實驗類課程在線實驗——實驗MOOCMOOC課程基本要素（課件、視頻、交互等）在線試驗模擬、仿真、在線，可共享實驗環(huán)境模擬器、仿真器、在線實驗平臺實驗管理實驗過程跟蹤、實驗評測、實驗步驟分析、實驗錯誤分析、實驗結果分析、實驗效果分析在線實驗目前工作總結：各類實驗方式，基本覆蓋了實驗類課程；虛擬仿真、虛實結合、云實驗、在線實驗種類多通過模擬仿真解決知識掌握和基本能力訓練

模擬仿真更適合個性化、創(chuàng)新實驗

真實環(huán)境實驗必不可少在線實驗可系統(tǒng)化、遠程共享云平臺更加關注資源整合、系列實驗、實驗管理實驗設備支持在線實驗注重進一步工作建議（1）——實驗設置：著重選擇一門或多門課程，設計各層次實驗模擬器類實驗-深化理論知識，掌握功能設計能力仿真類實驗-深化實驗概念理解，掌握時序概念在線類實驗-支持共享、并發(fā)用戶使用在線實驗設備的研發(fā)-（遠程操作和控制，信號捕獲和分析，性能）現(xiàn)場實驗-實驗整體概念，性能分析實驗設計：系列化層次化系統(tǒng)化進一步工作建議（2）——研究MOOC教學模式，改革實驗教學模式研究MOOC教學模式，改革實驗教學模式泛在實驗自主實驗團隊實驗個性化實驗進一步工作建議（3）——建立本專業(yè)實驗課程云平臺云平臺建立本專業(yè)實驗課程云平臺實驗環(huán)節(jié)管理、實驗步驟控制，實驗效果分析、實驗過程追溯、實驗交互形式，實驗評價綜合支持實驗資源整合：課程、實驗（構建主義）支撐跨課程系列實驗、學科融合實驗支持多種實驗模式（模擬、仿真、在線、真實）支持在線、并發(fā)、共享支持實驗過程控制（行為主義思想）實驗設備層互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境集群服務器存儲服務器專用CASCVK專用CASCVMVMwarevCenterESX/ESXi虛擬化計算資源池虛擬化存儲資源池虛擬化網(wǎng)絡資源池虛擬機生命周期管理鏡像實驗管理多用戶安全管理策略配置管理組織＼虛擬數(shù)據(jù)中心自助實驗門戶云實驗工作流實驗質(zhì)量管理與報表

數(shù)字邏輯實驗環(huán)境組成原理實驗環(huán)境接口通信實驗環(huán)境計算機網(wǎng)絡實驗環(huán)境其他各類實驗環(huán)境虛擬化技術虛擬化資源池虛擬化管理虛擬化應用層API

平臺管理員學生實驗用戶

教師實驗用戶

企業(yè)課堂用戶上網(wǎng)行為審計VPN系統(tǒng)數(shù)據(jù)審計流量控制系統(tǒng)服務器監(jiān)控漏洞掃描網(wǎng)站防護系統(tǒng)鏈路負載系統(tǒng)防火墻系統(tǒng)實驗課程云平臺云實驗中心特點建設模式開放共享資源效率實踐體系實驗方法虛擬仿真、虛實結合、虛實互補遠程實驗、課堂內(nèi)外、時空不限集中建設、配置部署、升級遷移整體構建、學科交叉、深度融合自主實驗、團隊實驗、設計創(chuàng)新進一步工作建議（4）——具體功能模塊虛擬仿真門戶邏輯實現(xiàn)層資源支撐層仿真實驗異構數(shù)據(jù)服務支持角色管理調(diào)度策略安全機制虛擬仿真實驗云實驗開發(fā)板實驗開發(fā)臺專有實驗開發(fā)設備專業(yè)級網(wǎng)絡設備燒錄文件下載實驗激勵邏輯管腳狀態(tài)回饋網(wǎng)絡腳本處置網(wǎng)絡設備控制虛擬網(wǎng)絡管理計算資源分配仿真實驗模型仿真實驗容器實驗過程管理虛擬實驗可視化門戶平臺配置創(chuàng)建布置選擇計劃評價交互列表燒錄進程狀態(tài)結果拓撲課程師資學生虛機資源展現(xiàn)MOOCs教學平臺虛擬仿真系統(tǒng)平臺1、工具資源多元化：MOOC課程整合多種社交網(wǎng)絡工具和多種形式的數(shù)字化資源，形成多元化的學習工具和豐富的課程資源。2、課程易于使用：突破傳統(tǒng)課程時間、空間的限制，依托互聯(lián)網(wǎng)世界各地的學習者在家即可學到國內(nèi)外著名高校課程。3、課程受眾面廣：突破傳統(tǒng)課程人數(shù)限制，能夠滿足大規(guī)模課程學習者學習。4、課程參與自主性：MOOC課程具有較高的入學率，同時也具有較高的輟學率，這就需要學習者具有較強的自主學習能力才能按時完成課程學習內(nèi)容。1、解決MOOCs課程的實驗部分，特別是工科動手操作部分。2、以課程而不是知識點來組織實驗體系，以及檢驗課程學習成果的評估體系。3、建立以行業(yè)和崗位為特色，而不是限于本專業(yè)的有創(chuàng)新的實驗項目集合。拓展學生和教師的知識面。4、引進企業(yè)先進的培訓體系，以先進的信息技術為社會提供豐富的共享教學資源和教學方法。5、建立沒有實驗室的實驗體系，突破空間和時間限制為學生提供創(chuàng)新性實驗教學方法。目錄一、建設意義二、指導思想三、建設任務和核心內(nèi)容四、建設過程五、案例六、展望未來教育資源建設教學資源

教學隊伍

學校信息平臺管理機制創(chuàng)新和特色資源建設平臺建設教學內(nèi)容校企合作教學資源的創(chuàng)新性、先進性；真實實驗平臺無法開展或高危險的實驗教學資源；或大型、綜合的虛擬實訓資源；或模擬真實實驗教學中成本高、資源消耗大、污染嚴重的實驗教學資源；其他虛擬仿真實驗教學資源可通過配置、連接、調(diào)節(jié)和使用虛擬實驗儀器設備進行實驗；根據(jù)平臺提供的儀器設備自由搭建合理的典型實驗項目具有信息發(fā)布、數(shù)據(jù)收集分析、互動交流、成績評定、成果展示等功能?？蒲性O備用于虛擬仿真實驗教學科研成果拓展虛擬仿真實驗教學范圍、豐富虛擬仿真實驗教學內(nèi)容；科研成果開拓學生視野、提升知識結構、培養(yǎng)綜合設計和創(chuàng)新能力。校企共建共管的合作模式、途經(jīng)和成果；虛擬仿真實驗教學可持續(xù)發(fā)展思路和辦法的可操作性。資源共享虛擬仿真實驗教學資源的共享狀況；進一步實現(xiàn)共享的計劃與安排。教學隊伍建設教學資源教學隊伍學校信息平臺管理機制創(chuàng)新和特色教師水平與實驗教學水平隊伍結構與素質(zhì)中心負責人與骨干教師的學術水平高；教學能力強，實驗教學經(jīng)驗豐富，教學特色鮮明。培訓教師的信息化水平。學科專業(yè)教師與信息技術研發(fā)人員配置合理；青年教師的培養(yǎng)計劃科學合理，并取得實際效果；有企業(yè)背景的人員參與教學中心建設。信息平臺建設教學資源

教學隊伍

信息平臺

管理機制

創(chuàng)新和特色

校園網(wǎng)絡及教學信息化平臺水平網(wǎng)絡管理與安全有大型存儲設備，能夠保障學校的網(wǎng)絡應用；校園網(wǎng)覆蓋學校教學、科研、管理與建筑的比例達100%；校園門戶網(wǎng)站對校內(nèi)外公布虛擬仿真實驗教學信息，提供虛擬仿真實驗教學平臺鏈接等相關服務。有用戶身份管理、認證和計費管理系統(tǒng)，提供用戶認證和權限等級識別；實現(xiàn)網(wǎng)絡的安全運行、管理和維護；具有網(wǎng)絡防病毒、信息過濾和入侵檢測功能。校園卡（一卡通）的多方面應用。管理機制建設教學資源

教學隊伍

信息平臺

管理機制創(chuàng)新和特色組織保障管理規(guī)范資金保障有虛擬仿真實驗教學建設、技術支持和運行維護的專職隊伍有教學中心專職隊伍的管理辦法有設備運行、維護、更新和管理的相關規(guī)范創(chuàng)新和特色建設教學資源

教學隊伍

信息平臺管理機制

創(chuàng)新和特色虛擬仿真實驗教學中心建設中的創(chuàng)新舉措或特色應用。發(fā)揮教師和學生的主觀創(chuàng)造性。提高學生對本專業(yè)的認識和興趣。目錄一、建設意義二、指導思想三、建設任務和核心內(nèi)容四、建設過程五、案例——虛擬實驗平臺分析六、展望未來虛擬實驗平臺現(xiàn)狀——國外現(xiàn)狀（1）TNMVA微軟虛擬學院(/zh-cn/mva）學習資源在線學習虛擬實驗室實時活動認證虛擬實驗室，TechNet虛擬實驗室，通過一系列可在90分鐘或更少時間內(nèi)完成的引導式動手實驗，幫助您快速評估與測試一些最新的Microsoft服務器產(chǎn)品與技術。主要以軟件實驗為主主要以軟件實驗為主Electronics&Communications（21）ComputerScience&E