技术应用丨虚拟仿真，引领教育变革新时代

随着知识大爆炸时代的来临以及科技的快速发展，教育教学模式迎来了重大变革，学习环境与学习方式的重塑是变革中的重要一环。虚拟仿真技术恰恰是引领这一变革的关键。

文/在线学习新媒体撰稿人  盛雪云

实验云平台

随着知识大爆炸时代的来临以及科技的快速发展，知识的生产方式、呈现方式都在发生深刻变化。人类认识世界、获取知识的方式正在经历一次重大洗礼，教育教学模式也相应迎来重大变革。此时，寻找新的学习模式，探索适应当下知识环境、学习方式的新手段，成为院校和相关企业的重要课题。虚拟仿真技术，为应对这一挑战提供了优质的解决方案。

虚拟仿真教学或成主流学习方式

人类教育拥有悠久的历史，但是作为现代科学体系中的教育，产生的时间很晚，特别是学校教育制度，只有几百年时间。在中国，现代学校制度建立仅有一百多年。从知识的呈现形态和传播方式看，在文字和书本出现之前，人类靠观察和实践两种方式认识自然，有了书本和文字后，知识主要通过文字形态呈现。随着科学技术的发展，知识的呈现形态以及人们获取知识的方式越来越多样化。

从学习角度看，人类可以通过真实世界和抽象世界的学习获取知识。比如我们的远古祖先从草原、森林等真实世界中学习到一手知识；而以文字等为载体传递知识的学校教育，某种意义上属于抽象世界的学习。从真实世界到文字描述是一次由具象到抽象的过程，当中会遗失和简化很多东西，也会碰到许多问题。随着现代技术的发展，如今已经能够通过虚拟技术模仿真实世界，改善人类学习环境，帮助人们更好地获取知识。这恰恰是虚拟仿真的价值所在。

 综上，随着知识呈现形态的转变，结合人类获取知识途径的变化，国家数字化学习资源中心主任单从凯提出，人类的知识学习途径经历了由真实世界到文字世界（主要是学校教育）再到虚拟世界三个阶段。他表示：“虚拟仿真的意义和价值是重塑教学环境，它将引领未来教学的重大变革和人类学习方式的重大变革。”

为了适应国家战略发展和产业转型升级要求，以及满足当下和未来我国教育发展变革的需要，近年来，教育部对虚拟仿真实验实训高度重视，大力扶持虚拟仿真实训基地建设。国家数字化学习资源中心顺应国家发展大趋势，很早便开始关注和重视虚拟仿真技术在教育中的应用，特别是面向职业院校的虚拟仿真软件开发与开放共享。

“当前，我国虚拟仿真资源的建设和开发仍处于初级阶段，还停留在技术呈现层面，各自为政，没有形成整体的教学环境。”单从凯指出，现在虚拟仿真解决的还是有无的问题，未来，很多领域的虚拟仿真教学会成为一种主流的学习模式和不可或缺的教学环节，会融入所有教学环境中，每位教师和每所学校都要迎接这种挑战和变革的到来。

虚拟仿真将带来真正的教学变革

推动数字化学习资源的开放、共享、协同、创新，始终是资源中心不懈追求的使命和价值所在。虚拟仿真资源作为面向未来的资源，一直是他们推动共享的重点。如何运用这些资源有效提升学生的学习效率，增加学生的学习动力和兴趣，是资源中心在虚拟仿真资源开发和应用上关注的重心。10年来，围绕这一重心，资源中心多措并举，开展了多项卓有成效的工作。

一是举办高峰论坛。自2011年起，资源中心开始举办虚拟仿真高峰论坛，单从凯介绍，当时国内的虚拟仿真技术刚刚起步，为数不多的开发商都是针对具体学校开发相关内容，不能开放共享，效益很差。他们希望通过举办相关活动，在院校和企业间搭建桥梁，实现资源共享。同时提高院校对虚拟仿真资源的重视和研究，推进院校的教学模式变革。

二是进行资源汇编。资源中心分别于2014年、2016年推出两个版本的《职业教育虚拟仿真实验实训资源汇编》，梳理和整合国内外相关虚拟仿真资源，以期为厂商和院校提供足够的信息，推动虚拟仿真事业的发展。

三是开发大量的虚拟仿真课程资源。据资源中心课程开发部经理余祖彬介绍，目前，他们开发的虚拟仿真资源有VR十大战役、十大战役博物馆、中国传统手工艺、科学小实验等几大类。其中，VR十大战役主要采用三维建模，通过虚拟仿真技术真实还原历史事实和历史空间。“每一个场景都是完全还原历史，细致到士兵当时的吃、穿、用，以及战场环境⋯⋯”余祖彬以黄海战役为例介绍说，学生可以作为战争中的某一角色进入相应场景，真实感受到当时中日海军的对比，两国经济和军事发展水平的对比等。这样的学习方式，就和传统的文字教学有了根本区别，改变了学生思考问题的环境。“从历史资料搜集再到场景还原、道具还原，相当于电影制作的级别。”余祖彬说。

四是开发实验云平台。为了解决成人学生实验教学存在的问题，2015年，资源中心开发了国家开放大学实验云平台，利用信息化手段，构建虚拟实验实训环境，为开放大学学生提供一个超级实验室，学生们可以随时随地开启实验。不仅解决了实验实训条件不足的问题，也缓解了成人学生的工学矛盾。

经过数年发展，实验云平台的功能日臻完善。同时，资源中心充分利用自身在资源整合方面的优势，将分布在不同厂商、不同院校的实验实训虚拟仿真资源、实验实训设备资源进行整合，在“资源共享”“按需使用”的基本思路下，为开放大学和中高职院校提供集成式共享、分布式共享、互联网+设备式共享三种应用模式。资源中心产品策划部总监吕英娜介绍，集成式共享是集中不同厂商的实验实训资源进行统一部署，分布式共享是将分布在不同院校的实验实训资源进行统一管理，互联网+设备式共享则是将分布在各个院校的实验设备进行互联互通。不管是哪种共享方式，实验云平台都支持从在线选课到在线实训、答疑、考核的各个环节，基本满足开放大学和职业院校部分专业学生的虚拟实验实训需求，形成了一个完整的在线实验实训流程。通过实验云平台，可以将学生在各门课程里涉及的操作步骤、相关数据和成绩等都汇集起来，给学校相关管理部门提供统一的数据来源接口。目前，实验云平台已覆盖10个专业，近500个微实验，33个实训项目，39个实训案例，形成了较为广泛的应用。

未来一片蓝海，将吸引众多企业加入

从2011年至今，资源中心专注于虚拟仿真资源的研究和开发已有10年。“10年前，还没有云的概念，存储、带宽、设备等条件都受到限制，沉浸体验感很差。”单从凯回忆，10年来，虚拟仿真技术得到了快速提升，在教育尤其是职业教育中发挥的作用越来越大。

他认为，虚拟仿真教学设计不是简单还原事物本身的景象，而是要通过设计满足学生学习的需要，与学生学习的规律结合起来，这样的资源才能真正解决教学中的问题，而不仅是技术呈现上的酷炫。“通过技术解决教学和学生学习中的难点，这样才有价值。”

问及对未来的规划，单从凯从四个方面做了回答。

第一，要进一步完善和丰富现有的实验云平台。教育正在面临巨大变革，变革对资源和质量都提出了要求，作为虚拟仿真资源建设的开发商，首先要完善现有平台，推动虚拟仿真资源的开放共享，让更多的学校和学习者从中受益。

第二，进一步扩大资源中心在资源开放共享上的力度，吸引更多虚拟仿真资源开发者将资源共享出来。“当然不是免费共享，而是建立一个机制，通过共享既可以扩大资源覆盖面，又可以增加收益，这样才有更多的人和机构投入到虚拟仿真的开发上。”

第三，瞄准虚拟仿真资源建设过程中的核心问题进行研究、探索和开发。“比如怎样做成一个达到未来要求的国家级虚拟仿真实验中心？它的环境怎么配置？新的技术怎么突破？这一类面向学生教学需要的仿真课程资源怎么设计？这也是我们开发过程中关注的重点。”

第四，加强培训，把新的技术、环境、应用模式，通过培训不断扩大，影响和团结更多的学校，推进虚拟仿真资源开放共享。

单从凯坚信，数字化资源在未来教学中会发挥巨大作用，事实上，现在已经发挥了巨大作用。他们也一直坚信，未来的教育一定是跨越时空的，虚拟仿真技术显然就是未来人类学习的一种主要工具。但是长久以来，国内的教学习惯满堂灌，重理论轻实践，对实践教学环节的重视程度不够，特别是职业教育。“职业院校必须进行突破和变革，观念转变了，虚拟仿真资源才能发挥应有的作用。”

单从凯指出，站在开发商的角度，开发什么样的虚拟仿真资源才能适应学生学习的需要？开发过程中如何避免重复建设和各自为政？如何真正将虚拟仿真资源开发成为可以最大程度为院校共享的产品？未来还有很多机会。他预计，虚拟仿真领域前景广阔，将会吸引包括头部企业在内的众多企业加入。

来源：《在线学习》杂志2021年12月刊（总第77期）

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