面向创新的国家级虚拟仿真实验教学中心建设课件

1、2022年7月30日面向创新的国家级虚拟仿真实验教学中心建设目 录一、建设意义二、指导思想 三、建设任务和核心内容 四、建设过程五、案例六、展望未来教育部加强了对实验教学工作和实验教学信息化工作的宏观指导，先后出台了强有力的政策。2012年3月13日，教育部印发了教育信息化十年发展规划（2011-2020） 2012年3月16日，教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见 （教高20124号）教育信息化十年发展规划（2011-2020）明确了发展规划及目标1234推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式明确了建设各级各类优质数字教育资源的工作目标 进一步提出了建立数字教育资源共建共享机制

2、的重要途径 教育信息化 十年发展规划 （2011-2020）明确提出了创新优质数字教育资源共建共享机制、实现教育信息化可持续发展的新思路教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见也明确提出，要强化实践育人环节，提升实验教学水平 教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见提出明确要求2.重点建设一批国家级实验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、高职实训基地3.要求加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量1.要求加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设5.建立高校与相关部门、科研院所、行业企业的共建平台，促进合作办学、合作育人、合作发展4.要建设优质教育资源共享体系

3、6.加强信息化资源共享平台建设，向高校和社会开放 应用型大学不仅可以培养本科生、硕士生，而且还可以培养博士生。虽然人才培养的层次不同，但都要着眼于应用技术研究能力的培养123本科生培养侧重“通用性”，即职业技能与实践创新能力硕士生培养硕士生培养侧重“专门性”，即专门的技术与专业技能博士生培养博士生培养侧重“综合性”，即博士毕业生可以独立开展一定范围内的综合技术应用研究工作国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作是高等教育信息化的组成部分高等教育信息化的基本内涵硬件支撑平台 软件资源环境 信息人才队伍 目标 我们就是要鲜明地举起教育信息化的旗帜，把建设工作纳入教育信息化工作的总体布局之中，与教育改革发

4、展的总体要求相一致，持续不断地将国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作开展下去。 国家级虚拟仿真实验中心建设工作也是实验教学示范中心建设工作的重要内容，其指导思想为国家级虚拟仿真实验教学中心的遴选条件打下了伏笔是实验教学示范中心的重要组成部分，也是实验教学示范中心建设的延伸，这将为实验教学示范中心建设注入新的活力和新的内容；持续调动省市教育行政部门、高等学校建设实验教学示范中心的工作积极性，也促进已经拿到国家级和省级实验教学示范中心称号的学校和单位继续投入，持续建设；将高教司实验室处工作的有机结合，形成以实验教学示范中心建设为核心的工作格局国家级虚拟仿真实验教学中心虚拟仿真实验教学是学科专业与信息

5、技术深度融合的产物做好做实虚拟仿真实验教学工作虚拟仿真实验教学中心要充分反映出学科的要求和特点要与信息技术紧密结合要求是省级或国家级的实验教学中心要有资源共享的良好基础和广泛的共享可能性要建成持续发展的机制和必要的人员保证目 录一、建设意义二、指导思想 三、建设任务和核心内容 四、建设过程五、案例六、展望未来为确立指导思想，我们开展了广泛深入的调查研究；20字指导思想所含内容丰富指导思想共享资源突出重点提高效益持续发展科学规划科学规划突出学校、学科、地域、专业特色考虑持续发展和支持服务问题科学规划自发计划主动激励从上至下从下而上共享资源是此次建设工作的核心，若无法实现教学资源的共享，仍只能为少

6、数学生开展教学服务，将无法参与申报工作过去现在/未来少数学生多个专业多个学校多个地区自己用大家用服务对象资源共享共享不是简单鼓励大家无偿贡献，而是推动高校建立一种机制通过遴选，授予“国家级虚拟仿真实验教学中心”称号，使各级教育行政部门和高校知道，我们已经建成和拥有了一批优质的实验教学资源引导大家选择使用，使用后支付相应的费用，补偿产品开发支出和服务支出外，产生合理的利润，形成良性循环最终产生良好的社会效益和经济效益，使资源共享可持续123了解与推广引导与实施资源可持续性共享突出重点：实验教学信息化包括教学资源的信息化、教学管理的信息化和支持服务的信息化实验教学信息化教学资源的信息化教学管理的信

7、息化支持服务的信息化提高效益：要强调社会效益和经济效益并举，引进社会企业机制 进一步强化国家级和省级实验教学中心的示范和引领作用 要全面提高高校学生的创新精神和实践能力 提高优质实验教学资源的使用率 推动高校实验教学改革与创新 提高高等教育实验教学质量持续发展：就是稳步走、不断线+坚持宁缺勿滥的原则，完善发展阶梯2013年2014年第一年的工作重点：理清思路，摸索经验2015年.今后若干年仍将保持规模，持续开展建设工作建立起与相关司局的合作模式，对省级教育行政部门和学校发出一个重要的信号，鼓励省级教育行政部门和高校重视实验教学信息化工作，筹措经费，制订政策，开展本地区的建设工作目 录一、建设意

8、义二、指导思想 三、建设任务和核心内容 四、建设过程五、案例六、展望未来虚拟仿真实验教学中心是什么，干什么用一、工作指导思想二、建设任务和内容三、2013年建设工作通知关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知 （教高司函201394号）文件描述了虚拟仿真实验教学一些最重要的技术特征：即要利用信息化的重要技术，如虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等。当然也可以包含其他的一些重要技术。这是帮助我们判别虚拟仿真实验的主要指标。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。虚拟仿真实验教学除了具有重要的技术特征外，还有两点非

9、常重要 要构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生可以在这个环境中开展实验虚拟仿真实验是为本科教学而设计和实现的，它要满足教学大纲的要求信息化技术特征、高度仿真的实验环境和对象以及满足本科教学要求这三个方面构成了国家级虚拟仿真实验教学中心的本质特征对象以及满足本科教学要求信息化技术特征高度仿真的实验环境本质特征虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果虚拟现实多媒体人机交互数据库网络通讯构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象学生在虚拟环境中开展实验达到教学大纲所要求的教学效

10、果虚拟仿真实验教学中心的建设任务进一步界定了它的功能作用，也明确了今年的建设重点，即实现真实实验不具备或难以完成的教学功能在涉及高危或极端的环境不可及或不可逆的操作高成本高能耗大型或综合训练实现真实实验不具备或难以完成的教学功能在筹划国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作初期，一直存在四大方面的困惑；为此，我们通过实地考察、专家座谈和学术研讨等多种方式对这四个方面问题进行了分析研究什么是虚拟仿真实验教学中心？建设虚拟仿真实验教学中心干什么用？如何开展虚拟仿真实验教学中心？12如何保证虚拟仿真实验教学中心建设可持续发展？43为了避免片面机械理解实验教学信息化，发挥虚拟仿真实验教学独特、不可替代的作用

11、，切实实现提高教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容的要求虚实结合能实不虚相互补充建设原则此次对虚拟仿真实验教学中心建设工作内容归纳为四个方面：虚拟仿真实验教学资源、虚拟仿真实验教学的管理和共享平台、教学和管理队伍和管理体系等方面的建设四个方面构成虚拟仿真实验教学中心的整体，保证中心的建设和正常运行，缺少哪一方面或哪一方面达不到要求都会出现无法持续发展的问题教学资源管理和共享平台教学和管理队伍123管理体系4教学资源：总体上来说，可分为三类软件共享虚拟实验仪器共享虚拟实验远程控制虚拟实验高水平的教学资源管理和共享平台：可以是自己创新性开发的，也可以是引进后二次开发的扩展性兼容性前瞻性管理和共享平

12、台应具特征教学和管理队伍，与示范中心的队伍是一体的，但也提出了新的要求对它的结构、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知识结构.示范中心虚拟仿真实验教学教学水平教学经验知识结构教学水平教学经验管理体系：虚拟仿真实验教学中心应依托相应的国家级实验教学示范中心，建立健全人员、组织、制度保障，推进虚拟仿真实验教学中心规范、高效地运转。运行管理制度保障管理体系组织保障通过规范、高效的运转管理体系，最终构建“虚拟仿真实验+真实物理实验”、“虚拟仿真实验+校外现场实践”、“虚拟仿真实验+课外创新实验”三结合的模式，从而实现虚拟仿真实验教学的目的真实实验校外现场实践课外创新实验+ 虚拟仿真实

13、验 三相结 合虚拟仿真实验教学模式有效克服了真实环境中的诸多限制有效激发了学生自主学习的积极性形成基于产学研良性互动的虚拟仿真实验资源建设模式，丰富虚拟实验教学资源实验123实训实践培养阶段大学一二年级 课程内容验证性教学大学年级 专业知识岗位岗位性训练检验大学整体教学效果的顶岗实习授课使用统一在线教学管理平台，集成课程与学习管理功能，提供管理教学机构数字化资源和教学内容的平台框架虚拟商业社会环境VBSE跨专业综合实践教学平台走进企业，担当实际岗位责任，快速融入企业文化和社会集体人才培养体系建设是确保人才培养质量和整体效能的基本保障；地方应用型大学，人才培养体系建设应立足学科专业建设、课程和教

14、学体系建设和保障体系建设三大系统工程人才培养 体系建设基于人才培养的现实，地方应用型大学的人才培养体系建设，必须围绕应用型人才知识、能力、素质和谐发展的目标要求，以知识应用的能力培养为重心，构建相对独立、内在统一的人才培养体系1、学科专业建设3、教学支持和保障体系建设2、课程和教学体系建设强化以应用型人才培养为导向的学科专业建设转变“强理论探究、弱实践应用”的学科专业建设的思路和做法，依据地方大学的实际能力和人才培养定位，把学科专业建设的重点放在实践应用上，把学术研究转向知识的开发和应用性知识的转化上，突显地方高校学科专业建设的时代性、应用性特色转变以“学科专业知识”为中心以及强知识、弱技能的

15、学科专业建设模式，把“知识”传授和运用知识的“技能”培养结合起来，彰显学科专业建设的知识应用性价值和目标转变单纯满足市场需求的学科专业建设的模糊认识，强调学科专业建设服务社会发展需要，纠正盲目追求学科齐全和过量增设“新、特、热”专业之偏，以应用型人才培养统领学科专业的调整、改组、重组或创建等系列工作转变思路转变模式转变课程设置依据强调以应用型人才培养为目标的课程和教学体系建设要围绕应用型人才培养目标，突出教学内容的应用型。这就要求重构教学内容体系,转变理论知识传授脱节于实际应用、教学内容滞后于社会发展的状况，在教学内容的选择上，既要强调理论知识的基础性，又要重视理论知识与社会经济生活领域的联系

16、，加大教学内容的实践性、生产性和生活性等方面的知识和技能，在教学内容层面培养学生知识应用的意识和能力转变以“学科专业知识”为中心以及强知识、弱技能的学科专业建设模式，把“知识”传授和运用知识的“技能”培养结合起来，彰显学科专业建设的知识应用性价值和目标加强校内外实习实训，形成教学、实践、培训一体化的应用型人才培养机制，以实践性、应用型课程安排学生实习实训，把理论与实践通过实习实训结合，强化学生知识应用、知识转化和技能操作等实践应用的能力。突出教学内容的应用型加大实践教学加强校内外实习实训完善以提升应用型人才培养质量为指导的教学支持和保障体系建设在教师队伍建设方面，加大“双师型”教师队伍建设力度

17、。教师队伍的质量是应用型人才培养的关键。基于应用型人才培养的特点，教师不但具有较高的学科专业理论和知识，而且还应具备丰富的实践经验及动手操作的能力加强基地建设、校地合作平台建设，是地方高校应用型人才培养的重要手段和途径，也是地方高校融入、参与和服务地方社会发展的有效路径和长效机制在教师队伍建设方面加强基地建设、校地合作平台建设把相关企业的专业运营和专业岗位技能培训引入大学的教学体系中，帮助大学完成新的学科建设，在校内的有限空间建设有学科特点的“校外实习基地”，不但要走出去，更要引进来。把当前的专业教育转换成社会需要的岗位需求和企业和行业结合，把面向专业改为面向岗位要建立动态质量监控机制和体系，

18、制定质量评价指标体系，有组织、有制度、有指标地开展应用型人才培养的质量监控咨询性反馈性过程性转变习惯于结果性评价建立创新性本科教学质量评估体系课程在线实验之基本概念课程在线实验基本概念五大考虑要素实验的基本设计、调试能力是必须的，关键怎么解决对实验的直观感受必不可少，虚实结合是实验类课程在线实验的主要方式在线实验有多种实验方式：模拟器、仿真器、实物在线课程在线实验，不是完全取代实际现场实验，反过来是补充，改变的实验模式，并不变实验本来的内容传统的教学资源如何和在线实验的结合，需要什么？ 实验教学信息化在线实验之必要性课程在线实验必要性7.实验质量管理（MOOC课程+在线实验=实验MOOC？）8

19、.实验资源的共享（设备、教学资源、师资、实验模式等）9.激发实验队伍建设（可以突破，可有成果，可有服务）6.传统实验：独立、无跟踪、不系统、无重现、无共享等10.科研成果转化为实验内容（形式和成果可多样化）2. 不受场地限制（在宿舍就可以实验，开放实验室）3.实验类实验的连续性和系统观建立（有关系，整体平台）4.实验预习以及实验准备，提高实验效果（自学 自实验）1. 实验设备维护、更新、资源利用问题（是否需多套设备)）5.实验过程管理（答疑库、师生、生生交互、实验过程）在线实验之方式软件设计模拟仿真远程下载调试虚实真实+（现场 实验）有些实验内容可以是模拟器上纯仿真但是这些实验最后一定必须在实

20、际实验台上运行说明在 线 实 验 方 式实验类课程在线实验实验MOOCMOOC课程基本要素（课件、视频、交互等）在线试验模拟、仿真、在线，可共享实验环境模拟器、仿真器、在线实验平台实验管理实验过程跟踪、实验评测、实验步骤分析、实验错误分析、实验结果分析、实验效果分析在线实验目前工作总结：各类实验方式，基本覆盖了实验类课程； 虚拟仿真、虚实结合、云实验、在线实验种类多 通过模拟仿真解决知识掌握和基本能力训练 模拟仿真更适合个性化、创新实验 真实环境实验必不可少在线实验可系统化、远程共享云平台更加关注资源整合、系列实验、实验管理实验设备支持在线实验注重进一步工作建议（1）实验设置：着重选择一门或多

21、门课程，设计各层次实验模拟器类实验- 深化理论知识，掌握功能设计能力仿真类实验- 深化实验概念理解，掌握时序概念在线类实验- 支持共享、并发用户使用在线实验设备的研发- （远程操作和控制，信号捕获和分析，性能）现场实验- 实验整体概念，性能分析实验设计：系列化层次化系统化进一步工作建议（2）研究MOOC教学模式，改革实验教学模式研究MOOC教学模式，改革实验教学模式泛在实验自主实验团队实验个性化实验进一步工作建议（3）建立本专业实验课程云平台云平台建立本专业实验课程云平台实验环节管理、实验步骤控制，实验效果分析、实验过程追溯、实验交互形式，实验评价综合支持实验资源整合：课程、实验（构建主义）支

22、撑跨课程系列实验、学科融合实验支持多种实验模式（模拟、仿真、在线、真实）支持在线、并发、共享支持实验过程控制（行为主义思想）实验设备层互联网环境互联网环境集群服务器存储服务器专用CAS CVK专用CAS CVMVMware vCenterESX/ESXi虚拟化计算资源池虚拟化存储资源池虚拟化网络资源池虚拟机生命周期管理镜像实验管理多用户安全管理策略配置管理组织虚拟数据中心自助实验门户云实验工作流实验质量管理与报表 数字逻辑实验环境组成原理实验环境 接口通信实验环境 计算机网络实验环境 其他各类实验环境虚拟化技术虚拟化资源池虚拟化管理虚拟化应用层API 平台管理员学生实验用户 教师实验用户 企业

23、课堂用户上网行为审计VPN系统数据审计流量控制系统服务器监控漏洞扫描网站防护系统链路负载系统防火墙系统实验课程云平台云实验中心特点建设模式开放共享资源效率实践体系实验方法虚拟仿真、虚实结合、虚实互补远程实验、课堂内外、时空不限集中建设、配置部署、升级迁移整体构建、学科交叉、深度融合自主实验、团队实验、设计创新进一步工作建议（4）具体功能模块虚拟仿真门户逻辑实现层资源支撑层仿真实验异构数据服务支持角色管理调度策略安全机制虚拟仿真实验云实验开发板实验开发台专有实验开发设备专业级网络设备烧录文件下载实验激励逻辑管脚状态回馈网络脚本处置网络设备控制虚拟网络管理计算资源分配仿真实验模型仿真实验容器实验过

24、程管理虚拟实验可视化门户平台配置创建布置选择计划评价交互列表烧录进程状态结果拓扑课程师资学生虚机资源展现MOOCs教学平台虚拟仿真系统平台1、工具资源多元化：MOOC课程整合多种社交网络工具和多种形式的数字化资源，形成多元化的学习工具和丰富的课程资源。2、课程易于使用：突破传统课程时间、空间的限制，依托互联网世界各地的学习者在家即可学到国内外著名高校课程。3、课程受众面广：突破传统课程人数限制，能够满足大规模课程学习者学习。4、课程参与自主性：MOOC课程具有较高的入学率，同时也具有较高的辍学率，这就需要学习者具有较强的自主学习能力才能按时完成课程学习内容。1、解决MOOCs课程的实验部分，特

25、别是工科动手操作部分。2、以课程而不是知识点来组织实验体系，以及检验课程学习成果的评估体系。3、建立以行业和岗位为特色，而不是限于本专业的有创新的实验项目集合。拓展学生和教师的知识面。4、引进企业先进的培训体系，以先进的信息技术为社会提供丰富的共享教学资源和教学方法。5、建立没有实验室的实验体系，突破空间和时间限制为学生提供创新性实验教学方法。在线实验在线学习完成作业（实验）参加考试分享观点获得证书MOOC是一个全新的在线学习生态链微视频即时测试在线作业社区讨论MOOC课程主要元素目 录一、建设意义二、指导思想 三、建设任务和核心内容 四、建设过程五、案例六、展望未来教育资源 建设教学资源 教

26、学队伍 学校信息平台管理机制创新和特色资源建设平台建设教学内容校企合作教学资源的创新性、先进性；真实实验平台无法开展或高危险的实验教学资源；或大型、综合的虚拟实训资源；或模拟真实实验教学中成本高、资源消耗大、污染严重的实验教学资源；其他虚拟仿真实验教学资源可通过配置、连接、调节和使用虚拟实验仪器设备进行实验；根据平台提供的仪器设备自由搭建合理的典型实验项目具有信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成果展示等功能。科研设备用于虚拟仿真实验教学科研成果拓展虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容；科研成果开拓学生视野、提升知识结构、培养综合设计和创新能力。校企共建共管的合作模式、途经和

27、成果；虚拟仿真实验教学可持续发展思路和办法的可操作性。资源共享虚拟仿真实验教学资源的共享状况；进一步实现共享的计划与安排。教学队伍建设教学资源教学队伍学校信息平台管理机制创新和特色教师水平与实验教学水平队伍结构与素质中心负责人与骨干教师的学术水平高；教学能力强，实验教学经验丰富，教学特色鲜明。培训教师的信息化水平。学科专业教师与信息技术研发人员配置合理；青年教师的培养计划科学合理，并取得实际效果；有企业背景的人员参与教学中心建设。信息平台 建设教学资源 教学队伍 信息平台 管理机制 创新和特色 校园网络及教学信息化平台水平网络管理与安全有大型存储设备，能够保障学校的网络应用；校园网覆盖学校教学

28、、科研、管理与建筑的比例达100%；校园门户网站对校内外公布虚拟仿真实验教学信息，提供虚拟仿真实验教学平台链接等相关服务。有用户身份管理、认证和计费管理系统，提供用户认证和权限等级识别；实现网络的安全运行、管理和维护；具有网络防病毒、信息过滤和入侵检测功能。校园卡（一卡通）的多方面应用。管理机制建设 教学资源 教学队伍 信息平台 管理机制创新和特色组织保障管理规范资金保障有虚拟仿真实验教学建设、技术支持和运行维护的专职队伍有教学中心专职队伍的管理办法有设备运行、维护、更新和管理的相关规范创新和特色建设 教学资源 教学队伍 信息平台管理机制 创新和特色虚拟仿真实验教学中心建设中的创新举措或特色应

29、用。发挥教师和学生的主观创造性。提高学生对本专业的认识和兴趣。目 录一、建设意义二、指导思想 三、建设任务和核心内容 四、建设过程五、案例虚拟实验平台分析六、展望未来虚拟实验平台现状国外现状（1）TN MVA微软虚拟学院(/zh-cn/mva）学习资源在线学习虚拟实验室实时活动认证虚拟实验室， TechNet 虚拟实验室，通过一系列可在 90 分钟或更少时间内完成的引导式动手实验，帮助您快速评估与测试一些最新的 Microsoft 服务器产品与技术。主要以软件实验为主主要以软件实验为主Electronics & Communications（21）Computer Science & Engi

30、neering（23）Electrical Engineering（12）Mechanical Engineering（8）Chemical Engineering（4）Biotechnology and Biomedical Engineering（28）Civil Engineering（9）Physical Sciences（11）Chemical Sciences（6）Analog CMOS VLSI Circuit DesignFPGA & Embedded systems labComputer Architecture & organizationAdvanced Network

31、 TechnologiesComputer OrganizationDigital Logic DesignComputer GraphicsData StructuresComputer Programming Problem SolvingSoftware EngineeringPrinciples of Programming LanguagesData MiningDatabasesImage ProcessingLinux Lab（2）印度理工大学虚拟实验系统印度理工大学（IIT）各分校建立的虚拟实验系统，12个分校进行分工，完成不同的实验项目。实验平台涵盖了计算机科学领域绝大多数的课程实验