国家级虚拟仿真实验教学中心建设探讨
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[摘 要] 从可持续发展的角度出发，介绍了南京农业大学在国家级虚拟仿真实验教学中心建设方面的经验及成效，并对今后虚拟仿真中心工作提出了一些建议和思考。
[关键词] 国家级虚拟仿真示范中心;建设经验;建议和思考
一、引言
南京农业大学以建设世界一流农业大学为办学目标，以“育人为本、德育为先、弘扬学术、服务社会”为办学理念，聚焦拔尖创新和复合应用两类人才，培养具有“世界眼光、中国情怀、南农特色”、能解决人类健康和生存的重大科学和产业问题、可推动人类社会可持续发展、具有责任和使命担当的高素质优秀人才。而实现上述人才培养目标，学校实验教学示范中心及虚拟仿真实验教学项目等条件建设功不可没。
二、虚拟仿真实验教学中心建设情况
我校“农业生物学虚拟仿真实验教学中心”始建于2003年，2005年评为省级“生物学实验教学中心”，2014年入选首批国家级虚拟仿真实验教学中心。中心秉持“农科教结合，虚实互补，绿色共享”的建设理念，将虚拟仿真实验作为实体实验的有益补充，以现代生物学技术发展为导向，以信息化教学资源建设为重点，突出农业生物学的特色，注重实验的高度虚拟仿真，提高学生的认知和实践操作能力。目前，中心已建成农业生物学虚拟仿真实验教学信息管理平台和相关虚拟仿真教学资源。管理平台和虚拟教学资源是由本中心自主设计，通过运用虚拟现实技术模拟解决了真实实验教学中成本高、周期长、资源消耗大、污染严重、可视性差、操作困难等实验教学过程，学生通过该虚拟平台可进行动物学、植物学、微生物学、现代生物学技术、生物化学与分子生物学等虚拟仿真实验操作、自主学习，与实体教学互为补充，极大地提高了实验教学效果。中心秉持以学生为中心的理念，在传统实验教学基础上，构建了完整的“三层次”进阶式“虚实互补”实验教学体系。
三、虚拟仿真实验教学中心建设成果
经过多年建设，我校在虚拟仿真实验中心及虚拟仿真实验教学方面取得了丰硕的成果。
（一）自主研制，建设具有影响力的示范性虚拟仿真实验教学项目
农业生物学虚拟仿真实验教学中心坚持自主研发，依托传统实践教学，创新性地研发了一批虚拟仿真实验教学项目，涵盖植物学、动物学、微生物学等基础学科领域，广泛应用于实践教学。从2013年至今先后获得江苏省高等学校一类优秀多媒体课件，全国多媒体课件大赛高教理科组二等奖，全国高等学校自制仪器大赛三等奖，第一届生物食品类虚拟仿真教学软件比赛一等奖等多个省部级奖项。同时，作为“江苏省生命科学虚拟仿真实验教学共享平台”和“全国生物与食品类虚拟仿真教学资源共享联盟”的牵头单位，自主设计研发的首个面向全国高校生物类虚拟仿真微信公众号“生物共享联盟”正式上线发布，获得国内高校广泛关注，《国际在线》《中国报道》和《金陵晚报》等媒体相继报道。
（二）构建虚实结合、虚实互补的实验教学体系
作为国内首批生物类国家级虚拟仿真实验教学中心，深入研究生物学专业学生的学习特点和人才培养需求，系统构建“三层次、五平台”虚拟仿真实验教学资源。经过四年多的建设与应用，构建了完整的“三层次”进阶式“虚实互补”实验教学体系。学院以虚拟仿真中心为依托，在国内同行高校中率先开展“虚拟仿真实验+真实实验”“虚拟仿真实验+校外现场实践”“虚拟仿真实验+课外创新实验”三结合的实践教学模式，获得广泛认可和好评。2017年《“虚实互补”的农业生物学实验教学体系的构建与实践》获得江苏省教学成果二等奖、南京农业大学教学成果特等奖。
（三）进入良性循环，硬件资源建设水平大幅提升
在学校的大力支持下，中心在原有基础上加强了可扩展高性能计算平台及省级共享平台实验室建设，购置了计算机节点、高性能计算集群管理软件、WEB服务器、智能黑板、云智能一体机、信息发布系统、手持式自定位三维激光成像系统等系列设备，以满足平台建设需求。该共享平台能满足10000人以上的并发需求，满足全省范围内高校师生的高并发的访问需求，并具备FTP下载功能和视频点播等高吞吐性能。此外，本硬件系统还可以在原有集群基础上进行后续扩展（诸如需要形成高性能计算功能或高性能图形处理功能），具有很高的硬件兼容性与可扩展性。现有的3D成像设备可以扫描物件获取三维模型，使用配套移动工作站可以将生成的模型进行二次编辑及高精建模等工作，目前已用于虚拟仿真3D互动、虚拟仿真资源建设三维建模工作及教学教具3D打印工作。
（四）制订技术标准、建立共享机制，实现高校间优质资源整合共享
中心在硬件建设及优质仿真资源建设的同时，深入研究虚拟仿真资源的管理及共享应用机制，着力促进高校间优质实验教学资源的整合共享。我校先后与浙江大学、南京师范大学、兰州大学、西藏农牧学院、新疆农业大学等院校签订了共建共享协议，极大地提高虚拟仿真资源的利用率和受益面。牵头组织成立“全国生物与食品类虚拟仿真资源共享联盟”，制订的虚拟仿真资源建设技术规范及建立共享机制，得到同行高校及专家认可，奠定了行业领先地位和影响力。
四、建议与思考
1.虚拟仿真实验教学中心的本质特征，是信息化技术特征、高度仿真和满足教学要求。
2.虚拟仿真实验教学中心的建设工作与一般的实验教学中心不同，重点要把握好虚拟仿真实验教学资源、虚拟仿真实验教学和管理队伍、虚拟仿真实验教学的管理和共享平臺、虚拟仿真实验教学中心的管理体系等。
3.虚拟仿真实验教学中心主要作用是在涉及高危或极端环境、不可及或不可逆操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况下，提供可靠、安全和经济的实验项目，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。
4.虚拟仿真实验教学中心的主要困难是急需培养与建立复合型师资队伍，以实现软件开发、系统维护、专业教学及组织管理等。虚拟仿真实验教学中心的队伍与实验教学中心的队伍是一体的，但对它的结构、水平和经验有新要求，要能够胜任虚拟仿真实验教学的需要。
5.保持头脑清醒，切勿本末倒置。各高校在加强虚拟仿真实验教学中心建设的同时，勿忘目前现存的各校级实验教学中心、省级实验教学示范中心和国家级实验教学示范中心等，仍是高校进行实验教学、保证教学工作正常进行的根基。继续加强产、学、研、实、虚等深度融合的实验教学中心建设仍是今后高校管理者应重视的课题。
6.虚拟仿真实验教学作为实验教学示范中心建设的延伸，它只能是拓展、辅助实验教学的功能，虚拟仿真实验教学项目不能取代传统的实验教学项目。
五、结语
虚拟仿真实验教学中心的建设是高校推进虚拟仿真实验教学改革、优化实验教学资源结构、提升实验教学的重要举措。我校在近几年的国家级虚拟仿真实验教学中心建设的过程中，积极探索，深入研究。注重创新型师资队伍培养，强化与软件公司合作，以国家级实验教学中心为基础，构建虚拟仿真共享实验平台，建成了一批国家级虚拟仿真项目、省级虚拟仿真项目和校级虚拟仿真项目，使我校在虚仿建设方面向前迈进了一大步，促进了学科的建设与发展。
参考文献
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