国家级生物医药虚拟仿真实验中心建设现状与思考

刘 琼，张韦深，龙天澄，汪雪兰

中山大学新华学院，广州 510520

国家级生物医药虚拟仿真实验中心建设现状与思考

刘 琼，张韦深，龙天澄，汪雪兰

中山大学新华学院，广州 510520

在对华中科技大学等7所生物医学类“虚拟仿真实验教学中心”建设的经验和特点介绍的基础上，肯定了此类实验中心的建设应当做到定位准确、发展模式多样化且特色鲜明，并针对其建设与发展中遇到的共性问题，提出了相应建议。

国家级生物医药虚拟仿真实验中心；建设经验和特点；思考与建议

依托高校实验教学示范中心开展虚拟仿真实验教学，是近年来国内高等学校推进实验教学改革的重要举措。在第三届高校“国家级实验教学示范中心建设研讨暨虚拟仿真技术与教学资源建设全国论坛”会议上，由来自华中科技大学、上海中医药大学、南京农业大学、遵义医学院等生物学、医学类虚拟仿真实验教学示范中心的专家，对各自学校的虚拟仿真实验教学中心的建设经验和特色进行了介绍，对发展中遇到的问题进行了探讨，并提出了一些解决问题的途径和建议［1］。相信此举对正在筹建生物医学类虚拟仿真实验中心的学校可提供借鉴和参考。

1 特色与创新

上述高校的生物学、医药类虚拟实验中心建设所含的学科各有不同，专业模块的构建有所差异，但这类实验中心建设都有以下几方面的共同点。

1.1 实验中心定位明确

华中科技大学生命科学与技术学院虚拟仿真实验中心明确提出，虚拟实验是要通过构建逼真实验环境、对象和内容，使学生在开放、自主、交互的远程虚拟环境中，进行身临其境的实验设计和过程操作，强化学生实践与思考等训练。虚拟实验教学中心的建设，要使学生方便地获取优质教育资源，把一些抽象的实验过程，通过动画逼真形象地展现出来，辅助提高理论教学效果；要突破实体实验教学的诸多局限性，让学生反复进行操作，并利用碎片化的时间随时随地开展实验。同时，虚拟仿真实验不是实体实验的简单虚拟化，更不是回避实际实验的操作复杂、费用高、设备数量少等现实存在的矛盾。

虚拟实验中心建设必须以提高人才培养质量和发展实验创新能力为出发点和归宿，必须做到虚实结合，以虚促实。虚拟实验和实体实验都是实践（实验）教学信息化背景下培养创新人才不可分割、相互补充的两个方面，必须保持动态平衡。虚拟仿真实验教学和实验中心的建设，是创新、创业人才培养与实验教学跨越式发展的重要途径和支撑条件，是国家级实验教学中心示范和共享的重要平台；同时虚拟仿真实验中心建设也是教育信息化和国际化发展的趋势，是实现国家教育信息化战略的重要平台和重要的实践教学基地［2］。

遵义医学院的发言认为，虚拟实验教学中心建设和发展的宗旨是为本科教学服务，并要符合校际共享的原则。上海中医药大学认真分析了中医院校学生学业繁重，学习内容庞杂的特点，明确提出中医药院校基础医学虚拟实验教学项目的应用，应该满足学生和教师的需要，提高学习效率，减轻传承式学习的负担。虚拟仿真实验教学资源建设要做到严谨科学、优化教学设计，要有较好的学习体验等特色；南京农业大学生物学虚拟仿真实验中心则按照“满足实验教学需要，遵循技术为教学设计服务的原则，虚拟仿真实验要突破和拓展课堂实验教学，虚与实等实验资源整合和共享，起到良好的示范和辐射作用”［3］的总体目标与规划建设和发展；四川大学生命科学学院以“提高教学能力、丰富教学内容、拓展实践领域、降低成本和风险，开展绿色实验教学”的明确定位来建设与发展虚拟实验教学中心。另外，沈阳药科大学在药物制剂实验教学中心培训考试系统的建设中突出虚拟实验的内容，实现“突破时空限制、考核形式多样化、提高工作效率、节省开支”，体现考核的客观公正性，为考生营造一个个性化的学习环境；西南大学制药工程虚拟实验中心秉持“实践创新，能力至上”的实验教学理念，按照“能力培养、虚实结合、从基础到专业，从认知训练到创新应用、从学校到社会”的原则，重在建全实验教学体系，培养学生创新能力。

总之，不同类型和层次的学校在该校生物学、医药类虚拟仿真实验教学中心的建设和发展中，在全面准确把握国家虚拟仿真实验中心申报要求的基础上，结合各校人才培训的目标，较好地凝练出各自虚拟实验教学中心的准确定位和发展目标。

1.2 实验中心建设特色突出

国家级生物医药虚拟仿真实验教学中心大都具有自己的特色，建设和发展模式呈现多样化的态势。

华中科技大学虚拟实验中心建设依托优势学科和特色专业，将科研成果转化到虚拟教学中，形成鲜明特色。该校虚拟仿真实验中心的建设重点是信息化教育资源建设，核心是优质教学资源共享，也包括教师队伍和管理体系建设；做到科学规划、突出重点、提高效益、持续发展。建设原则是“以实为主，以虚为辅，以虚促实”，加强标准化实验、机理认知实验、综合设计实验等实验项目的建设，做到虚实结合；同时有所为有所不为，优先建设能大幅提高学生实践创新能力的内容，构建理工医交叉，虚实结合的实验教学体系；建立优质资源开放共享的教育教学平台，发展以虚促实的研究型实验教学模式，全面提高了学生实践创新能力。

该校在人才培养体系中采取多元化教学模式，整合优化各类教学资源，虚实融合互补，大量融入先进信息技术。将教学资源配置与管理、虚拟仿真实验操作、平台输入输出接口、考核与质量监控、信息与人力管理等有机地结合起来。在优质教学资源的建设上，既有实体教学资源，包括实验室、仪器设备、实验材料、教案教具、动植物标本；又有数字化教学资源，包括文本文档、静态图片、视频、试卷题库。近年来建设的虚拟仿真教学资源，包括设备耗材虚拟模型、程序算法仿真软件、虚拟仿真动画实验、软硬件交互仿真实验，等，进一步满足了实验实践教学的需要。在丰富的、虚实结合的优势教学资源的支持下，华中科技大学建立起生物医学类实验创新教学课程体系。其中的生物技术大实验、生物制药大实验、生物医学课程设计、生物物理实验、生物信息课程设计、生物科学大实验的虚拟仿真综合实验，在满足基础教学的情况下，还能更好地服务于综合设计实践研究、科研训练、毕业设计等［2］。

华中科技大学通过加强虚实实验教学深度融合，采用虚实结合的实验教学模式，让学生通过智能互动，掌握实验设计和操作过程，控制实验成败的关键环节。学生还基于虚拟实验设计实验方案，开展综合实验，真正做到“以实为主、以虚为辅、虚实结合、以虚促实”。

同时，优质的虚拟实验教学资源依托了优势学科和特色专业，能够将专业知识或技术分解成为功能相对单一的操作单元或步骤，学生能够很方便地根据综合实验的需要进行方案设计。也就是学生需要选取相应的操作单元或步骤，确定其参数和实验条件并赋予逻辑关系。其中部分教学资源是由科研成果转化而来，这些不断用高水平科研成果更新与丰富的虚拟仿真实验教学资源，极大地提高了学生的实践创新能力［2］。

上海中医药大学注重突出虚拟仿真实验中心建设与企业密切合作，分别与软件开发公司、系统集成公司、仪器设备公司进行协作；同时又与上海交通大学和复旦大学共同研发网络与信息化资源共建共享，在此基础上建成的“虚拟仿真实验教学平台”，涵盖了中医学、中药学、基础医学、临床医学等学科和专业。学校还重点建设了中医类教学项目，其“中医四诊数字化检测仪、中药学教学标本及制作方法”等实验教学资源，拥有自主知识产权，并获得发明专利和火星500奖。

南京农业大学生物学虚拟仿真中心平台具有良好的开放性和扩展性，对后续教学内容提供无缝链接。已建成的虚拟教学中心管理平台包括：动物学仿真平台、植物学仿真平台、微生物学平台。有动植物数字标本查询系统，大型仪器ICOP虚拟仿真实训操作系统，校园植物数字地图、水稻虚拟仿真生长模型、生物化学与分子生物学虚拟仿真实验，等。还重点建设天目山野外考察项目，突出虚拟教学对实体考察所起的促进作用，凝练出农业类生物学实验教学的特色［3-5］。

四川大学生物类虚拟仿真实验中心已建成数字化动植物标本数据库（图片、标本、声音，等）、动植物解剖生理学、形态学显微组织切片库、生态学野外实习实训、生态资源调查与保护利用、生物工程、生物化学与分子生物学、生物制药、基础医学及生物医学工程等一大批教学资源。实验中心建设兼顾了学科自身优势、教学特色、区域特色，多样性且有层次、有重点。其中学校与当地防疫部门合作开发“GMP疫苗生产”的虚拟实验项目，不仅能很好地用于教学，还为企业的员工培训、继续教育等提供了很大帮助。

西南大学药学院虚拟仿真实验中心建设已完成化学基础实验、生物学基础实验、药学专业实验和制药工程专业实验四大教学模块，项目建设突出了对学生实践能力和创新能力的培养，以构建从基础到专业、从学校到社会、从认知训练到创新应用的多层次的教育教学新体系。

2 问题与建议

2.1 加强虚拟资源共享机制建设

从以上几所高校生物医药类虚拟仿真实验中心建设情况可以看出，他们都希望能加强校际间合作与建立资源共享共建机制，避免浪费，这也是对国家级虚拟仿真实验中心建设的要求［6］。但同一地区与不同地区高校之间，同类学科与不同专业之间如何共享共建？不同学校相同专业建设侧重点不同的问题，如何在虚拟实验中心建设中得到解决？各高校的办学定位与人才培养目标、办学实力的差异决定了实体和虚拟实验条件建设的差异，如何根据学校的现实情况，将虚拟实验项目建设与实体实验相结合，需要进一步的探索和思考。

上海中医药大学机能学虚拟仿真实验模块的建设经验为此提供了一些参考。四川大学、西南大学药学院等都提出建立共享平台、制定共享机制，建设资源与平台兼容，便于二次开发，建设内容方面不同学校有所侧重，不断变化交互点的虚拟仿真实验教学资源，应加强建成后的维护，等。

南京农大更提出基于已成立的“生物类虚拟仿真实验教学中心联盟”定期召开会议，学校之间紧密联系，加强开放共享虚拟仿真实验教学资源，放大优质资源的建设效益，以多技术的融合，实现同学科、多区域虚拟仿真实验资源的整合；通过网络技术环境的搭建，实现实验资源的整合与共享。以区域优质虚拟仿真实验教学资源带动式共享模式及学科间虚拟仿真实验教学资源互补式共享模式［3］。

虚拟仿真实验不受时间、空间限制，比实体实验更容易通过互联网实现共享。关键是要确立可行的原则和机制。高校同类专业应该统筹规划，差异化建设，避免重复，进一步强调建设和发展模式多样化，以便将来能够在资源共享的基础上优势互补。

2.2 规范技术标准，加快统一管理平台建设

要建立共建共享优质教学资源的机制，还必须发挥互联网的优势，建立统一的虚拟仿真管理平台，为不同学科、专业的虚拟仿真中心提供共同入口，方便校校、校企间合作共享。但正如北京润尼尔公司所说，虽然国家工信部于2016年5月公布了虚拟实验平台的统一标准，但在实施中，因为不同虚拟平台开发采用的技术参数不同，目前在管理上暂难达成一致。技术上的障碍将严重制约虚拟仿真实验教学中心的建设和发展。只有确定虚拟实验开发和开放的技术标准及共享机制，真正落实与推广，才能促进合作共享，促进虚拟仿真实验中心的健康发展。

2.3 培养生物医学虚拟仿真研发技术人员

国家级虚拟仿真中心建设仅三年，优质虚拟资源项目开发建设需要高投入、耗时长、专业化等问题，是阻碍中心建设的主要问题。尤其是虚拟实验项目的研发和平台的管理，需要既懂专业又熟悉信息化技术的专业人才。但各高校均缺少大量的这类人才。因为开发虚拟项目工作量大，会影响科研、教学等工作，专业教师一般不愿花时间和精力去做。这就需要学校能出台相关政策给予扶持，能合理计算教师的工作量，正确评价其工作成果和价值，调动一批有能力的专业教师积极性，投入虚拟仿真实验教学项目的开发研究，积累起丰富的教学资源。

2.4 开发虚实深度融合的实验项目

国内各高校目前拥有的虚拟仿真实验项目，真正具备较高仿真度和专业深度的项目并不多。从一些调查问卷中也可看出，能够吸引学生兴趣，提高学习效果的目标也远未达到。开发出一大批虚实深度融合、有很强专业性的虚拟仿真实验项目，是进一步发展虚拟实验教学的关键。华中科技大学的经验能够提供很好的借鉴。各高校应当充分发挥各自的学科优势及特色专业，加强虚拟资源建设，差异化发展。增强虚拟实验真实感、互动性；增强虚拟实验设计的灵活性、多样性和复杂操作性，减少单线程、播放式的实验设计，使虚拟实验真正成为实体的补充，提高实验成功率和效率，达到“以虚补实”效果，充分发挥其在高校人才培养的实践实验教学中独特的优势。

［1］高等学校国家级实验教学示范中心联席会.2016示范中心建设研讨会暨虚拟仿真技术与教学资源建设论坛日程［EB／OL］.http：／／www.sfzx.pku.edu.cn／virexp／xwzxa／tzgg／20160420230237，2016-04-20

［2］刘亚丰，余龙江.虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索［J］.实验技术与管理，2016，33（4）：108-110，114

［3］张炜，崔瑾，成丹.农业生物学虚拟仿真实验教学资源建设［J］.高校生物学教学研究：电子版，2015，5（11）：51-56

［4］成丹，崔瑾，王庆亚，等.植物学虚拟实验平台的构建及应用［J］.实验室研究与探索，2015，35（2）：62-66

［5］钱猛，杨娜，陈军，等.农业生物学虚拟仿真实验教学模式的探索［J］.高校实验室工作研究，2015（12）：46-48

［6］中华人民共合国教育部.教育部办公厅关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知［EB／OL］.http：／／moe.edu.cn／srcsite／A08／s7945／s7946／201506／t2015 0618＿190671.html，2015-06-04

Present status and thinking of construction of the National Virtual Sim ulation Experiment Center of Biomedicine

Liu Qiong，Zhang Weishen，Long Tiancheng，Wang Xuelan
Xinhua College of Sun Yat-sen University，Guangzhou510520，China

This paper first introduces the experience and characteristics of the virtual simulation experiment teaching centers of biomedicine at seven universities including Huazhong University of Science and Technology.Then it shows approval of correct positioning of center construction，diversified and prominent features of developmentmodels.Last it puts forward suggestions for solving the common problems in center construction and development.

National Virtual Simulation Experiment Center for BiologicalMedicine；experience of construction and characteristic；thinking and suggestion

G434

A

1004-5287（2017）01-0015-04

2016年中山大学新华学院省级基础医学实验教学示范中心项目（2016S001）；2015年广东省教育厅教育信息技术类教学改革研究项目成果（2015059）；2015年中山大学新华学院教学改革项目（2015J014）；2014年中山大学新华学院重点课程“实验生理科学”；2013年中山大学新华学院机能实验学实验教学示范中心项目（2013S001）

2016-09-06

刘琼（1969-），女，广州人，实验师，硕士，主要研究方向：基础医学实验教学和实验室管理。

汪雪兰（1964-），女，广州人，教授，博士，主要研究方向：神经药理学研究。电话：13533840515；E-mail：mdswxl＠mail.sysu.edu.cn

【DOI】：10.13566／j.cnki.cmet.cn61-1317／g4.201701005