Simone
当前，伴随着科技革命的浪潮，教育这个传统的“慢行业”正在发生着巨大变革。知识正在以更为直观生动、高质有效的方式传递给学生，从那些厚厚的枯燥无味的课本内容逐渐演进到多媒体上，从二维的PPT投影逐步演进到3D视觉呈现和操作。
近年来，在国内外高校中，掀起了一股“虚拟仿真实验室”的新风潮，通过信息化手段结合学科特色，打造富有科技感的多个学科虚拟仿真实验，丰富了教学模式，大大推进了教学资源共享化和教育信息数字化。
01
什么是虚拟仿真实验室？
虚拟仿真实验室是利用虚拟现实（VR）技术打造的集教学、实验实践、教学资源开发、科研开展、科创竞赛及会议功能于一体的多媒体实验室。它以计算机图形学为基础，把高分辨率的立体投影显示技术、多通道视景同步技术、音响技术、传感器技术等完美地融合在一起，从而产生一个被三维立体投影画面包围的完全沉浸式的虚拟环境。
总体上来看，虚拟仿真实验教学具有以下几个显著优势：
1、增强教学效果
生动、逼真、立体的表现形式，能让抽象的实验过程浓缩在形象逼真的动画演示中，教师可结合实际的教学需求，最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势，提高教学效果。
2、增强课堂趣味性
借助对多媒体技术（音频、视频、图像）、虚拟仿真技术、传感技术、输入输出技术构建了了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境，使学习者体验置身其中的感觉，能够实现互动实验教学，能最大限度地激发学生的自主实验兴趣，有助于发展学生的构建思维，具有独特的实验教学的实践作用。
3、演示实验室无法完成的实验
对于实验室条件无法满足的化学实验项目，例如：实验成本较高的实验、对环境造成严重污染的实验、以及无法进行微观现象观测的实验，均可借助虚拟实验室开展教学。
4、方便高效的教学辅助工具
重要的实验辅助教与学工具，实验齐全，器材零损耗，可反复利用，随时随地都可“走进”实验室。在虚拟实验教学过程中，器材、时间都不是问题，学生可以全面体验虚拟仿真实验，享受探索和创造的乐趣。
02
国内外高校的虚拟仿真实验室探索
虚拟仿真技术的互动性和逼真性带来了教育的革命性升级，它让实验和实践变得更加简便有效，而它寓教于乐的属性也改变了学生们感知世界的方式。
当前，虚拟仿真实验室的搭建技术已经非常成熟，并且虚拟仿真实验室在教学上的应用带来的帮助已经获得了广泛认可。在国外的众多顶尖院校，如美国斯坦福大学、耶鲁大学等都已布局虚拟仿真实验室教学，并逐步推广。
美国斯坦福大学商学院 的金融投资虚拟仿真实验室为学生提供了一套广泛的行业标准应用程序，供投资银行、基金管理、对冲基金相关实训使用。学生将使用虚拟训练程序，将应案例研究和动手练习结合使用，以帮助他们通过实训经验掌握财务、会计、投资管理相关的知识。
斯坦福大学金融投资虚拟仿真实验室的空间布局
该实验室配备了24个最先进的工作站来模仿交易大厅，并模拟交易大厅实况在后台播放CNBC的广播，让学生在实际操作交易的过程中更有身临其境的感觉。
而在这个实训平台上，无论学生是要购买、出售或持有股票、重新平衡ETF的投资组合还是进行行业分析，平台上的提供了包括FactSet数据分析、RIT封闭市场交易平台、Portfolio123投资回测工具、彭博社新闻、Think-cell智库文件等众多信息分析工具，供学生在实训中随时调取使用。
美国耶鲁大学 注重发展虚拟实验室的可移动性和即时性。该校在分子生物学、发育生物学和细胞生物学等专业上利用PAD 产品完成实验。教师和学生通过 PAD 上的移动应用程序对实验室的数字显微镜进行记录和分析，同时还可以将获得的图像和资料存档。
英国 Open University 的开放科学实验室可以开放所有在线实验室的实验功能，还可以通过遥控仪器实现远程实验。而且，该实验室还架设了一批集网络应用和虚拟现实为一体的实验室，可以实现虚拟仪器设备的在线共享等功能。
在国内方面，此前中央就提出了教学信息化的方向，教育部也确立了建设虚拟仿真实验室的具体要求，还专门针对虚拟仿真实验室的特性、环节、适用学科方向进行了深入细致的研究。教育部2017年印发了关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知，计划到2020年遴选出1000项示范性虚拟仿真实验教学项目。至此，国内高校掀起了积极开发应用虚拟仿真教学项目的热潮。
中国农业大学 建立了机械与农业工程虚拟仿真实验教学中心，按照实验教学“虚实结合、相互补充” 的原则，提出了“三平台、九模块”的虚拟仿真实验教学体系。
北京邮电大学 开发了网络、通讯、电子三门学科的虚拟实验系统，采用JAVA Applet技术、B/S结构和J2EE框架等，解决了高校实验教学设备及场地日益紧张等诸多问题。
山东农业大学 国家级农业机械化及其自动化虚拟仿真实验教学中心构建了较为完善的平台建设及管理体系，建立了“现代农场虚拟仿真实验教学系统” 等四个虚拟仿真教学模块。
03
关于虚拟仿真教学的几个建议
国内的虚拟仿真教学方法应用较国外略晚，但发展极为迅速。目前，单从技术纵深度来说，国内与国外已相差无几，而在普及应用上，显然与国外相比有较大差距。
其主要原因如下：
（1）部分地方政府或单位对虚拟教学的认识不足，或观念较保守、思想转变慢，或所受自身经济基础制约；
（2）大部分学生对虚拟式教学授课不适应，诉求度不高；
（3）虚拟仿真教学对学生学习的主动性和自主性要求大幅提高，而教师主导地位弱化，导致学生学习随意性增加，可能达不到预期的教学效果。
关于上述问题，提出如下几点建议：
（1）各高校应重视虚拟仿真教学的应用，加强与企业的联合开发，同时制定学校激励考评机制，鼓励教师参加平台设 计、开发和应用；
（2）对教育主管部门来说，应加大投入力度，鼓励校企合作，创建不同虚拟仿真教学软硬件设备和平台；
（3）对教师而言，务必紧跟时代步伐，努力适应新的教学方式；同时不断提升自身素质，强化虚拟仿真教学过程管控，真正成为虚拟仿真教学过程的监督者和引导者；
（4）对学生来说，提前安排预习认知时间，制定学习目标和学习规划，深入认识并借助虚拟仿真教学软硬件平台，提升自身实践与创新能力。
从教育拥抱科技的趋势，以及国内外现有的发展情况我们似乎可以窥见，虚拟仿真实验室的建设将会进一步推动高校教育教学的改革、科研人员主动创新、学生自主实验的快速变化，它也将成为未来教学中的重要一环。
