虚拟仿真实验教学项目建设与应用调研报告【公开版】（四）-新闻中心-高校虚拟教学仿真软件

2017年起，教育部组织开展虚拟仿真实验教学项目建设工作，着力解决真实实验条件不具备或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题，迄今已认定728门国家级虚拟仿真实验教学一流课程，有力推动了全国高校虚拟仿真实验教学资源建设。

为深入了解高校虚拟仿真实验教学项目的建设与应用情况，有效支持“十四五”期间虚拟仿真实验教学项目的建设规划，联盟依托专业类工作委员组织开展了专项调研，并于今年5月份完成了《虚拟仿真实验教学项目建设与应用调研报告》的编写工作。

《调研报告》回顾了“十三五”期间国家有关虚拟仿真实验教学项目政策的出台与工作推进情况，省级工作推进和项目申报、认定情况，联盟多方面开展的支撑性工作；以实验空间—相关数据和联盟63个专委会工作访谈情况、4452份教师问卷、35628份学生问卷为基础，对“十三五”期间虚拟仿真实验教学项目的建设与应用情况进行详实分析；基于国家“十四五”发展战略对人才培养的新要求、实验教学在人才培养中的作用、虚拟仿真的科学内涵和发展趋势等，从虚拟仿真实验的“体系化、标准化、装备化”建设等方面对“十四五”虚拟仿真实验教学项目建设提出了政策建议。

联盟通过公众号分四期刊发《调研报告》，第四期主要分享“十四五”虚拟仿真实验教学项目建设政策建议。

“十四五”虚拟仿真实验教学项目建设政策建议

（一）国家“十四五”发展战略对人才培养的新要求

党的十九届五中全会提出，“十四五”时期要建设高质量教育体系。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，完善国家创新体系，加快建设科技强国。
教育部部长怀进鹏在与中国科学院、中国工程院会商会议上分别强调，要不断丰富科学教育模式，充分发挥高水平大学和科研院所作用，构建一批重点突出、体系完善、能力导向的基础学科核心课程、教材和实验，加大数字资源共建共享力度，着力提升培养水平。
坚持四个面向，加强基础学科和工程能力培养是国家发展战略的明确要求，教育数字化战略行动是当前最重要的行动导向。
（二）实验教学在人才培养中的作用

科学实验是三大实践活动之一，是认识和改造世界的重要手段和途径。实验教学在价值塑造、能力培养、知识传授三位一体教学理念中发挥着重要作用。实验既是获取直接知识的重要手段，也是强化间接知识的重要手段。概念和理论是对客观世界运动规律的抽象，但一经抽象就失去了活生生的内容，需要实验还原生动过程。

培养学生的实验能力是实验教学的题中之义，实验在科学研究中发挥着科学发现和科学验证作用，在工程实践中则是必要的过程环节和实践模型。在人文学术方面，除了可以纳入科学、工程的内容外，还有感性经验、技能训练等方面的内容。

实验直接与客观世界打交道，通过实验体认识客观世界的属性和规律，是培养世界观、方法论、价值观的重要途径，是思政教育的重要载体，在实验中形成和强化行为和思维习惯，是学术和实践素养的重要内涵。

实验教学要面向国家发展战略安排，尊重客观规律，抓住内涵本质，以最有效、最高效的手段服务于社会主义合格建设者和可靠接班人培养的培养目标。

（三）虚拟仿真的科学内涵与发展趋势

虚拟仿真是以建模和仿真理论为基础，以计算机系统为工具，根据研究目标，建立、运行虚拟模型，对研究对象进行认识和改造的过程。虚拟仿真技术可以分为仿真建模技术、仿真系统与支撑技术、仿真应用工程三大方面。虚拟仿真的核心是使用正确的模型，根据研究目标，从特定角度反映客观对象的结构、运动和属性，关键是仿真度，优势是安全、灵活、高效。仿真系统与支撑技术是必要的条件。近年来，随着现代信息技术的快速发展，虚拟仿真技术呈现出“虚拟仿真系统智能化、虚实环境对象无缝融合化、自然交互全方位舒适化、技术应用规模化”的发展趋势。

虚拟仿真对象和环境一方面给实验教学带来新的可能，另一方面会弱化一些操作技能方面的训练含义，还会对学生的认知带来多方面的影响，需要加以注意。

高水平综合性虚拟仿真项目的建设应明确“四个面向”总体要求，有机融入思政教育，体现教学内容的先进性和适用性。以复杂对象/系统为目标，形成反映客观对象本质的灵活可配置实验平台。以科学模型和数据为核心，具有高仿真度、高展示度、高示范性和高共享性，可以实现跨单位、跨地域，甚至跨国境使用。

（四）“十四五”虚拟仿真实验教学项目建设政策建议

面向“十四五”规划，国家虚拟仿真实验教学项目的持续建设应该坚持继承与创新并重的发展途径，围绕落实“体系化、标准化、装备化”进行总体设计，为构建未来数字社会智慧化、个性化学习模式奠定更为坚实的基础。其中，虚拟仿真实验教学资源的体系化建设是首要任务，只有真正的做到内容资源体系化，才能真正的服务于高校人才培养，服务于产业职工能力提升，服务于数字社会公民学习。

1.扎实推进体系化建设目标

（1）强化体系化建设模式，提升虚仿实验项目建设质量

围绕“四新”建设方向，聚焦重点专业、核心课程，编制各专业实验教学能力培养知识图谱，强化虚拟仿真实验项目建设《指南》的指导作用。在融合现代信息技术背景下，基于基本实验单元升级重构实验教学完整课程体系。鼓励跨校、跨区域、同专业共享实验室联合建设模式，统筹项目建设分工，同专业实验项目统一设计实施，鼓励东西部高校合作共建项目。提升虚拟仿真实验项目建设《规范》的技术要求，推进已认定国家项目的体系化建设与课程化应用，继续择优认定一批国家级虚拟仿真实验项目。

（2）强化服务国家重大战略，协同建设虚仿重点项目

产教协同建设一批高水平综合性虚拟仿真重点项目，面向新工科、新医科、新农科、新文科建设合理布局。重点项目建设将紧密围绕国家战略、科技前沿、经济民生等领域人才培养和产业实际需求，以复杂实验对象/系统为目标，以科学模型和数据为核心，能真实反映对象/系统的客观结构和运动规律，具有高仿真度、高展示度和高示范性。

重点项目将采用系统化整体设计，由相关高校、科研院所与行业大型企业联合建设，共同打造虚拟仿真领域的战略重器，发挥虚拟仿真技术在教学、科研与产业中的支撑与引领作用，使之成为既可以支持高校人才培养，亦可以支持行业产业职工能力提升的实验实训创新平台。

（3）强化高校师生共同参与，打造虚仿多元开放社区

顺应当前科技进步趋势，构建高校、企业、教师、学生、社会学习者多方参与的虚拟仿真开放社区。建立各类基础技术标准，开放模型库、工具库、算法库、物性数据库，引入实验教学能力培养知识图谱，提供智能推理、智能指导、智能反馈。积极支持模块配置、虚拟演化、虚实结合、混合现实等各项实验创新，在推动实验教学改革的同时，鼓励学习者投身工程实践，培养创新能力。

2.持续加强标准化建设要求

标准化建设是提高虚拟仿真实验项目质量的必要手段，是装备化建设的基础支撑。“十四五”期间，应继续加强虚拟仿真实验项目标准和规范的制定工作，依托联盟技术工作委员会形成虚拟仿真实验技术标准体系。

通过标准化体系建设，促进形成全国各级各类虚拟仿真实验项目融入一张网、一片云，实现跨层级、跨平台共享，为大范围教学应用与评价提供基础技术保障。同时，形成虚拟仿真实验教学技术的中国标准，提升国际话语权。

3.推动虚拟仿真装备化建设进程

在高校实验室建设工作中，全面推进落实虚拟仿真装备化。从实验教学环境、条件、工具、内容和管理等多个维度，探索虚拟空间与物理空间相融合的新型实验教学体系，依托信息技术支持虚拟仿真实验项目常态化教学。充分发挥虚拟仿真技术可重复、可体验、可交互的优势，利用各种虚拟仿真实验教学专用设备及系统辅助教学，实现软件与硬件有机结合，使教学从二维平面的视觉感受升级为三维空间的立体操作体验，立足于用，提升学习效率，提高动手能力。

积极推动虚拟仿真实验教学项目公共服务体系建设。虚仿项目因其系统运行的特殊性，需要高性能服务器和高带宽才能保证共享使用，普通高校的网络现状难以支撑。保证虚仿项目共享应用的最佳方式就是鼓励建设公共服务平台，用平台的公共服务质量保证项目的共享应用质量，用“公共平台＋项目”的等级保护措施保障共享应用的信息安全，同时可以实现更有效的平台监管。

“十四五”期间应要求所有体系化虚拟仿真实验项目和高水平虚拟仿真重点项目全面上云，推动实现体系化虚拟仿真实验项目与公共服务平台在线教学功能的整合，提供“元宇宙”在线开放社区支持，同时支撑高校虚拟仿真装备化的内容资源供给，可以最大限度的保障共享应用需求的实现。

展望未来，应以权威合理的技术标准化体系为依托，全面构建专业能力培养知识图谱，重构高校虚实结合的专业实验教学体系，建立跨校、跨区域、具备行业特色的实验教学共享机制，全面推动实验教学的结构性变革，促进

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