高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究

胡今鸿¹ ， 李鸿飞^2a， 黄 涛^2b

( 1． 哈尔滨工程大学 实验室与资产管理处，黑龙江 哈尔滨 150001; 2． 华中师范大学 a． 信息化工作办公室，b． 华中师范大学 实验室与设备管理处，湖北 武汉 430079)

 

0 引 言 

  在不断深化教育教学改革，全面提高高等教育质 量的背景下，教育信息化在培养学生创新精神和实践 能力方面的作用不断凸显，教育部从 2013 年起开展了 国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，并首批评审 出 100 个国家级虚拟仿真实验教学中心。虚拟仿真实 验教学中心建设尤其强调优质资源的开放共享，鼓励 各高校建设能体现自身学科优势和专业特色的虚拟仿真实验教学资源，并建立互补互利、优胜劣汰的开放共 享机制。从各高校开展虚拟仿真实验教学中心建设的 情况来看，资源的开放共享仍处于起步和探索阶段，面 临着许多问题和困难，比如技术标准和规范的缺乏、自 主知识产权的欠缺、资源的重复建设等，尤其是在制度 层面，亟待建立起有利于资源开放共享的管理体制和 运行机制。本文以首批国家级虚拟仿真实验教学中心 和 178 所高校反馈的《虚拟仿真实验教学资源开放共 享研究调研问卷》为样本，以文献检索、交流研讨、现 场考察和问卷调查所形成的资料和数据为依据，对如 何建立促进全国高校虚拟仿真实验教学资源开放共享 的机制和制度进行了研究。

1 虚拟仿真实验教学资源开放共享情况分析

1.1 资源开放共享的指导思想

  教育部在《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［2013］94 号) 文件中 指出，虚拟仿真实验教学中心建设工作必须坚持“科 学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”， 其核心工作就是共享优质实验教学资源，要求高校建 立一种机制，在建成和拥有一批优质的实验教学资源 后，引导大家选择使用，使用后支付相应的费用，补偿 产品开发和服务支出外，产生合理的利润，形成良性循 环，最终产生良好的社会和经济效益，使资源共享可持续。同时鼓励校企合作，探索校企共建共管的新模 式和新途径，以虚拟仿真实验教学资源的充分使用和 更大范围开放共享为目标，建立可持续发展的虚拟仿 真实验教学服务支撑体系。在国家级虚拟仿真实 验教学中心建设引领下，各地方如湖北、湖南、四川、黑 龙江、云南等省份也开展了省级虚拟仿真实验教学中 心建设，同样强调虚拟仿真实验教学资源的开放共享， 重点构建区域开放共享机制和政策环境。如湖北省教 育厅除按照国家级虚拟仿真实验教学中心的建设任务、内容和遴选要求进行评审，还着重强调了“共享性”，要求虚拟仿真实验教学平台运行高效、学生受益 面广、使用效益好，资源开放共享程度高。

1.2 各高校资源建设及使用状况

（1）资源类型。虚拟仿真实验建立的关键是采用 虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技 术，根据实验教学需求设计出用于实验的虚拟实验场 景、虚拟环境、虚拟仪器设备、实验线路或回路、实验元 器件或构件库、判别实验效果的判别标准等。按照不 同的应用技术、依托平台、使用方式以及学科属性等，虚拟仿真实验教学资源可分为不同类型。如按应 用技术可以分为基于多媒体计算机的虚拟实验、基于 网络的分布式协同实验、基于虚拟现实技术的沉浸式 实验、基于教育游戏软件的个性化自主实验、基于遥控技术的远程交互实验等; 按平台特征可以分为移动实 验室( M-Lab) 、网络实验室( W-Lab) 、虚拟仿真实验室 ( V-Lab) 、虚拟仿真实验环境( VEE) 等; 按使用方式可 分为基于软件共享的虚拟仿真实验教学资源、基于仪 器共享的虚拟仿真实验教学资源和基于远程控制的虚 拟仿真实验教学资源。

（2）开放共享形式。用户在使用虚拟仿真实验教 学资源时通过虚拟化的操作界面向仿真软件或虚拟场 景、环境输人数据或指令，经过计算机和软件的实时仿 真，将仿真结果输送到显示终端或装置反馈给用户，而 不同的反馈方式则决定了资源开放共享的不同形式。 对于软件共享类型的虚拟实验资源，通过构建开放式 虚拟仿真实验教学管理平台，加强资源的有序整合和 有效对接，实现资源的交叉访问、检索、在线学习、在线 操作、在线测试、自主创新、组合创新等，实现虚拟仿真 实验教学资源最大化的利用与辐射; 对于仪器共享类 型的虚拟仿真实验教学资源，可以参考开放性实验室 或大型仪器资源的校际开放共享，通过虚拟仿真实验 教学管理平台公布资源的适用范围、使用说明、技术参 数、开放时段、收费标准等信息，并提供在线预约、审批 和统计功能。对于远程控制类型的虚拟仿真实验教学 资源，使用者通过网络使用专用客户端软件远程控制 大型精密仪器设备，进行数据运算、分析测试等实验活 动，达到与直接现场操作大型精密仪器设备同样的效 果。这一类型资源本身既以实体资源的形式可开展校 内或区域的开放共享，同时也以虚拟资源的形式在网 络环境下运行。

（3）资源供需情况。通过对调研问卷的数据统计发现，63.46% 的高校有专项的实验教学信息化建设经费，多数为每年50至100万，高达78.48%的高校有支和培育虚拟仿真实验教学中心的计划和投入。虚拟仿真实验教学资源的主要来源有市场购买、自行开发、校企合作开发以及共享其他高校或社会资源，其中以共享其他高校或社会资源为主要来源的高校尚不足11.53% ，有 42.30%的高校表示现有虚拟仿真实验教学资源的开放共享不够，更有 76.92 的高校认为现有虚拟仿真实验教学资源的质量有待提高。多数学校对理学、电子信息、化学化工、工程制造等学科的虚拟仿真实验教学资源有着迫切需求。

1.3 资源开放共享面临的问题与困难

  许多高校已经充分认识到资源的开放共享对于加 强虚拟仿真实验教学中心建设、深化实验教学改革、提高人才培养质量的重要意义，部分高校也在资源自主 研发及宣传推广、管理信息系统建设、开放共享机制创 新等方面做出了一些有益探索，但从全局来看，虚拟仿真实验教学资源的充分开放共享与有效利用依然存在着许多制约因素。

（1）资源的规模和覆盖面有待提高。开放共享的前提是各高校建设的虚拟仿真实验教学资源已经形成了覆盖学科门类齐全、高质量的资源库，然而目前多数高校的虚拟仿真实验教学主要在工科和经管类学科开展，其他学科类别的虚拟仿真实验教学资源略显缺乏。首批100个国家级虚拟仿真实验教学中心有超过60%属于工科。各高校开展了虚拟仿真实验教学的学科集中在理工类学科和经管学科。（2）资源的自主研究与创新尚显不足。调研问卷显示，超过 50% 的高校认为当前虚拟仿真实验教学资源的主要来源是“市场购买”。从首批 100 个国家级虚拟仿真实验教学中心的资源统计数据来看，各高校 自行研发，具有自主知识产权的虚拟仿真实验教学资源相对较少，大量资源属于市场购置的商业软件，而其中多数都有使用授权数量的限制。（3）缺乏协调与协作。资源存在重复建设和质量不高的情况。在缺乏资源评价体系和协作机制的现状下，高校为满足自身实验教学的需求和虚拟仿真实验教学中心申报的需要，力求虚拟仿真实验教学体系的 完整，在资源建设上“宁滥勿缺”，不可避免的导致了 部分资源的重复建设，其中也不乏质量不高、应用低效 的状况。调研问卷显示，超过 70% 的高校都认为本校 现有虚拟仿真实验教学资源数量不足、质量有待提高，55.76% 的高校认为虚拟仿真实验教学资源开放共享最需要解决的问题是建立管理和协调机构。（4）缺乏统一的技术标准和规范要求。目前在虚 拟仿真实验教学资源和管理平台建设上，各高校还处于各自为战的阶段，没有统一的技术标准和规范，资源的兼容性不强，二次开发难度较大，管理平台的系统架 构、数据库支持以及功能模块、运转流程都各有特点， 相互对接存在障碍。调研问卷显示，76.92% 的高校没有建设校级层面的虚拟仿真实验教学资源管理信息系统，38% 的高校认为虚拟仿真实验教学资源开放共享 最需要解决的问题是建立资源开发和开放统一标准。（5）人员与经费保障有待加强。对外开放共享意 味着在资源建设和管理平台搭建上需要更多的前期经 费投入。调研问卷显示，近 2 年用于实验教学信息化 建设的经费投入 50 万以下的高校占15.38%，50至100万的占40.38%，100万至200万的占13.46% ，其余高校没有该项经费，而且在有限的实验教学信息化经费当中，虚拟仿真实验教学资源建设经费所占比例多数高校都在30%以下。因此，高校在回答“开展虚 拟仿真实验教学工作的主要困难是什么?”的问题时，选择比例最高的选项(69.32%) 就是“经费投入不足”。另一方面，对外开放共享对于资源的不断更新 完善、平台的日常运行管理和技术支持、实验教学过程 的跟踪都提出了更高的要求，也势必大大增加实验教 师、实验技术和管理人员工作量，如何充分调动实验人 员积极性也是必须解决的问题。而教师对开展虚仿实 验教学的积极性选择“非常积极”的仅占3.84%，90% 以上选择“积极”或“一般”。

2 建立科学的管理体系

  在推进虚拟仿真实验教学资源开放共享上，国家、 地方、高校、行业企业各自发挥其职能与力量，如何将之组合成为一个高效的系统实现管理目标和任务，需要认真梳理现实需求与困难，通过多级平台的有机整合和相互支撑，发挥协同作用，建立起一套科学的资源组织架构和开放共享管理体系。

2.1 顶层管理平台的引领

  依托全国高校实验室工作研究会、实验教学指导委员会、实验室建设指导委员会，组织相关高校、科研 院所、企业专家持续开展虚拟仿真实验教学资源建设和开放共享机制的研究，制定资源技术标准、管理信息 系统对接方案以及开放共享管理规范。将虚拟仿真实验教学资源作为高校仪器设备优质资源的重要组成部 分，在高校仪器设备优质资源共享系统管理中心 ( CEＲS 管理中心) 增设虚拟仿真实验教学资源管理办公室，促进高校与企业、高校之间交流合作，协调不同 责任主体承担任务和利益分配，推进虚拟仿真实验教学资源开放共享。基于 CEＲS 网络平台建设虚拟仿真 实验教学资源信息系统，实现信息发布、校级平台对接、资源整合与准入、资源信息数据库、综合考核评价等功能，推动全国高校建成符合开放共享服务要求的校级信息平台，并通过国家级实验教学示范中心网站、 中央电化教育馆资源平台进行信息发布和资源同步推送，消除资源孤岛，形成多层次的共享服务体系。

2.2 区域政策平台的保障

  地方教育行政部门一方面加强本区域国家级和省级虚拟仿真实验教学中心的建设指导和经费支持，不断丰富虚拟仿真实验教学资源，另一方面逐步构建推进资源开放共享的长效机制和政策环境。具有行业属性的高校联盟应当根据行业发展状况和企业用人需 求，持续优化和完善资源，实现专业实验与科学研究、 工程实际、社会应用相结合，确保资源开放共享的常态 化和可持续化。实验教学示范中心学科组通过交流、 研讨与协作，逐步完善适用于本学科的虚拟仿真实验 教学资源建设标准和虚实结合的实验教学体系，进一步提升资源的标准性、兼容性与易用性，同时合作建立具有学科专业特色的虚拟仿真实验教学资源库，在开放共享过程中形成资源相互竞争、优胜劣汰的良性发展循环。

2.3 基础应用平台的支撑

  高校作为虚拟仿真实验教学资源的建设主体和使用主体，以虚拟仿真实验教学中心建设为抓手，优势学科和教学科研成果为依托，以高水平企业的开发实力和支持服务能力为支撑，系统制定并有效实施虚拟仿真实验教学的教师工作绩效考核、教学效果评价与反馈、经费使用管理、实验教学中心维护与可持续发展等政策措施，不断建设开发高质量虚拟仿真实验教学资 源。同时建立有利于开放共享的校级虚拟仿真实验教学资源管理平台，满足校内各院系建设、发布、管理、使用虚拟实验教学资源的需求，提供完善的虚拟实验教学辅助功能，完成实验预习与准备、开课管理、实验库维护、教学安排、实验过程智能监控和在线指导、结果 评价、成绩统计查询、教学效果统计分析等实验教学全过程管理。此外，通过统一标准的接口开发，使校级平 台与 CEＲS 顶层平台无缝对接，实现跨校、跨区域、跨学科的虚拟仿真实验教学资源开放共享。

3 完善运行机制

3.1保障机制

  （1）经费和人员保障。要建设高质量的虚拟仿真实验教学资源，资金投入是物质基础，教师和开发人员是智力基础，在开放共享过程中，伴随着资源的不断建 设、更新、升级，大量的经费支持和人员保障都不可或 缺。要继续加大投入，补齐虚拟仿真实验教学资源相对于传统实体实验教学资源的短板，提高建设质量，还要建立相应的经费保障和人员激励长效机制，同时吸 纳和利用社会资源，加强校企合作，积极利用企业的资 金优势、开发实力、支持服务能力，共同致力于虚拟仿真实验教学资源建设和开放共享。（2）政策制度保障。教育部在开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设的文件中，对于工作指导思想、建 设任务和内容进行了详细说明，在评审指标体系中对于资源开放共享也有专门要求。除了宏观指导，在具体实施方面还可以出台专门的政策措施，进一步提高各高校加强虚拟仿真实验教学资源建设和开放共享的积极性。高校也要建立有利于虚拟仿真实验教学资源 开放共享的制度保障体系，强化资源建设过程和结果审核，加强资源开放运行管理和开放共享效果考核评估，不断提升资源建设和使用效益。 3) 知识产权保护。虚拟仿真实验教学资源是一 种典型的智力劳动成果，虽具有鲜明的共享性特征，但 若对资源进行无限制传播与使用将严重侵犯知识产权 权利人的合法权益。对于资源的开放共享，要严格遵守《著作权法》、《互联网著作权行政保护办法》、《计算 机软件保护条例》、《信息网络传播权保护条例》等法 律规定，这既是遵纪守法的基本要求，也体现了对资源开发者心血、创意的认可与尊重。因此，在资源开放共享工作中，应切实保护资源开发者的合法权益，明确资 源开发者、资源提供者、资源使用者的权责划分，促使 其形成协调、有序发展的良好局面。在技术层面上，可采用数字版权管理( DＲM) ，通过数字水印、数据 加密、内容封装、移动代理、权限描述、数字签名等技术 手段对虚拟仿真实验教学资源数字版权的描述、认证、 交易、保护、监控、跟踪以及版权持有者相互关系进行全方位管理。此外，资源管理信息系统和服务器，应具有网络防病毒、网络传输加密、信息过滤、机密数据保护和入侵检测等安全防护措施。

3.2 评价机制

  （1） 资源准入。虚拟仿真实验教学资源在数量上 正处于爆发增长阶段，部分资源的适用范围与内容存 在重叠，资源的质量也参差不齐。而低水平资源会对 资源库形成污染，降低用户使用开放共享资源的积极 性。因此，建立资源准入机制势在必行，通过建立资源 评审标准和专家委员会，明确资源的质量要求和遴选流程，提高开放共享体系当中资源整体水平。 (2) 资源及管理信息系统建设标准。高校在购置或开发虚拟仿真实验教学资源时，由于理念不同以及学科专业差异，资源的工作环境、体系结构、编程语言、 开发方法不尽相同，各高校乃至校内各专业的实验教学建设大都自成体系，各自为政，形成了“信息孤岛”。 因此要逐步建立国家层面的虚拟仿真实验教学资源及管理信息系统建设标准，引导高校在资源和平台建设 上注重规范性、兼容性、可扩展性和开放性，在虚拟实验教学过程中遵循统一规范，为教学评价、资源对比和 学分互认等工作奠定基础。 (3) 用户评价。用户评价是用户在使用虚拟仿真 实验教学资源后对资源的质量、使用价值、优缺点等通 过资源反馈接口或信息管理平台所发表的意见，其主要目的在于使资源接受用户检验，加强口碑积累，让优秀资源脱颖而出，同时能够加强资源开发者于用户之间的互动，有利于资源的持续改进与完善。同时，用户评价也是资源二次开发的重要依据，开发者可以根据用户的真实感受和意见修正存在的缺陷，推进内容升级，不断提升资源质量。 (4) 资源排行。建立虚拟仿真实验教学资源使用定期统计和发布制度。对于开放共享资源的使用率和好评率定期进行统计，并在 CEＲS 顶层平台采用排行榜形式进行定时发布，通过排行榜激励开发者不断更新和完善资源。对使用率和好评度高的资源给予奖励，对使用率和好评度低的资源实行逐步淘汰。

3．3 激励机制

  (1) 用户贡献模式(免费资源) 。用户贡献( 也称 为用户原创内容，User Generated Content) 是指用户将自己原创的内容通过互联网平台进行展示或者提供给其他用户，其用户激励主要体现在内容交换上。对于免费的虚拟仿真实验教学资源，各高校既是资源使用的受益者，也是资源的开发的责任承担者。依托积分或虚拟货币奖罚制度，发布优质共享资源者能够获得 积分或虚拟货币奖励用于“购买”其它共享资源，对于发布恶评资源，如劣质的、侵权的或恶意的非法资源的 用户的将扣除积分或虚拟货币。这个制度设定，能够鼓励高校乐于开放共享免费资源，并有效保证共享资源的质量。 (2) 利益分配模式(收费资源) 。虚拟仿真实验教学资源的建设既包含了大量的经费投入，也凝聚着资源开发者的心血与才智，是有价值的。因此采用付费方式使用资源也在情理之中。应当建立对资源投入的实物资本、资金资本、知识资本等的评价与利益分享 机制，确保资源持续更新与不断丰富。尤其在校企合作过程中，对各种有形和无形资本价值进行评估，模拟股份制运作，做到谁投入谁受益，多投入多受益。在厘清资源产权利益边界的基础上，建立合理的责任分担与利益分配机制。 (3)利益补偿机制。为了避免资源建设和共享中可能出现的问题，如吝于建设投入、开放共享不充分、 参与度不高等，必须建立有效的利益补偿机制。对于用户使用付费资源的，通过建立虚拟仿真实验教学资 源开放共享基金予以补贴。另一方面，根据虚拟仿真实验教学网络化、泛在化的特点，对于参与虚拟仿真实验教学的教师和实验技术与管理人员，对其额外付出的工作量要予以认定，提高参与虚拟仿真实验教学与管理的积极性。拟仿真实验教学中心开放共享情况进行检查，对开放共享范围广、受众多、效果好的中心给予经费支持或表彰。对开放效果差的中心，提出 整改要求。

3．4 交流协作机制

(1) 协作开发与管理运营。发挥高校、科研院所的学术优势和企业的资金与技术优势，根据资源和信息管理系统建设标准，共同开发资源，不断提升虚拟仿真实验教学资源的数量与质量。另一方面，探索生产与运营相对独立的运行机制，各方各司其职，高校、科 研院所负责内容生产，提供智力支持，企业以市场化方式负责课程资源的管理、运营与服务。 (2)学分互认。以实验教学示范中心学科组或高 校联盟为试点，逐步推进优质虚拟仿真实验教学资源 的学分互认，规范学分互认机制，实现资源优势互补。 对于本校实验教学大纲要求的实验课程，学生具有充分的自主选择权，可以选择不同高校的虚拟仿真实验教学资源，完成相关课程后所得学分可以转化为本校学分。通过学分互认，资源的开放共享范围将更加广泛，优质资源也更容易在学生这一直接用户的使用与评价当中脱颖而出。 (3) 交流学习与培训。针对各高校实际需求开展虚拟仿真实验室建设、资源开发、实验教学和管理相关 培训。同时充分发挥“国家级虚拟仿真实验教学中心”示范辐射作用，深入开展交流合作，相互学习借鉴虚拟仿真实验教学改革成果，使虚拟仿真实验教学中心成为虚拟仿真实验教学理念、内容、方法、手段、模式交流与开放共享的重要平台。

4 结 语

  虚拟仿真实验教学资源开放共享是国家级虚拟仿真实验教学中心建设的核心任务，也是高校优化虚拟仿真实验教学资源结构，提升资源使用效益的必然要求。随着虚拟仿真实验教学中心建设工作的不断深入，资源开放共享的重要性将日益凸显。通过开放共 享机制研究，提升虚拟仿真实验教学中心建设成效，推进高校实验教学信息化更好更快发展，也要在建设过程中发现问题，深入思考，积极探索，不断推进开放共享机制的优化与创新。