斯(sī)坦福、伯克(kè)利等(děng)美國高校(xiào)已紛紛(fēn)布(bù)局！虛(xū)拟仿(páng)真實驗室(shì)将給未來(lái)教育(yù)帶來怎(zěn)樣(yàng)的改(gǎi)變？

你(nǐ)還記(jì)得大(dà)學裏學的(de)高數、物理的公(gōng)式嗎？專業課的(de)知識點現(xiàn)在又(yòu)還能背出來幾(jǐ)條(tiáo)？回想起來，過(guò)去我們大學學(xué)到的知識總是(shì)靠死(sǐ)記(jì)硬背、考前突擊，真(zhēn)正能(néng)深入理解、學以(yǐ)緻用的知識在(zài)畢業(yè)之(zhī)後可以(yǐ)說是寥寥無幾(jǐ)。

如今，伴随(suí)着科技(jì)革命的浪潮(cháo)，教(jiāo)育(yù)這(zhè)個(gè)傳統的(de)“慢行業(yè)”也正(zhèng)在發生着巨大變革。知識(shí)正在以更直觀(guān)生動、高質(zhì)有效(xiào)的方(fāng)式傳(chuán)遞給(gěi)學生，以前厚厚(hòu)的書(shū)本(běn)裏(lǐ)的那(nà)些枯(kū)燥無(wú)味的(de)内容，逐漸從紙上演進到多媒(méi)體上(shàng)，從(cóng)二維的(de)ppt投影(yǐng)逐步演進(jìn)到(dào)3d視覺呈現和(hé)操作。

近幾(jǐ)年來，在全(quán)球的(de)頂尖高校中，掀(xiān)起了(le)一(yī)股(gǔ)“虛拟仿真(zhēn)實驗(yàn)室”的(de)新風(fēng)潮，通過信(xìn)息化(huà)手段(duàn)結合學科(kē)特色，打造(zào)富有(yǒu)科技感的(de)多個(gè)學科虛拟仿(páng)真實驗，豐(fēng)富了教(jiāo)學模式，大大推(tuī)進了(le)教學資源(yuán)共享(xiǎng)化和(hé)教育(yù)信息(xī)數字化。

什麽(me)是虛拟(nǐ)仿真實(shí)驗室？

實驗教(jiāo)學是教育(yù)教學(xué)過程(chéng)中重要(yào)的組成部分，它可以幫(bāng)助學生(shēng)提(tí)高實(shí)踐動(dòng)手(shǒu)能力，加(jiā)深學(xué)生對知識(shí)的理(lǐ)解，尤其(qí)對(duì)于stem學科來(lái)說不可或缺的。而随(suí)着教育信(xìn)息化的(de)飛速發展，傳(chuán)統的實(shí)驗室、實(shí)驗方(fāng)式已(yǐ)經不能滿足(zú)當(dāng)下的(de)教學需求，虛拟仿(páng)真(zhēn)實驗(yàn)室的出現，正(zhèng)在改變(biàn)老師們的(de)授課方式。

那麽(me)，什麽(me)是虛拟仿(páng)真實(shí)驗室(shì)呢？簡(jiǎn)單來講，虛(xū)拟仿(páng)真實(shí)驗室是一種基于web、vr虛拟現(xiàn)實等前沿(yán)技術構建(jiàn)的開(kāi)放式網(wǎng)絡化的(de)虛拟實驗教學(xué)系統，是現(xiàn)有各(gè)種教學實(shí)驗室(shì)的數(shù)字化和虛(xū)拟化。在這(zhè)個實(shí)驗室裏，學生既可以在虛拟實(shí)驗台(tái)上動(dòng)手操作，又可自(zì)主設計實(shí)驗，教(jiāo)師則可利(lì)用虛(xū)拟器(qì)材(cái)庫中的(de)器材自由(yóu)搭建任意合(hé)理的實(shí)驗案(àn)例(lì)。

除(chú)了實(shí)驗環(huán)境設(shè)計的(de)靈活性，虛(xū)拟仿真(zhēn)實驗室(shì)還具有着良好(hǎo)的在(zài)線幫助(zhù)和(hé)學習功能(néng),同時(shí)還能拓展遠程(chéng)教育(yù)的領域，讓(ràng)實(shí)驗可(kě)以通過(guò)網絡不受(shòu)時空限制(zhì)地利(lì)用實(shí)驗設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗,和(hé)其他實驗者(zhě)共享資源,實(shí)現合作(zuò)實驗、指(zhǐ)導實驗(yàn)、遠程實驗等(děng),提高學習(xí)和研(yán)究效率,爲(wèi)實(shí)驗教學環節(jiē)提供強(qiáng)有(yǒu)利的支持(chí)。
總體(tǐ)來看，虛拟仿真實驗教(jiāo)學具有(yǒu)以下幾個顯著(zhe)優勢(shì)：
一是(shì)成本低，教(jiāo)學質量更(gèng)能保證。在(zài)實驗教學中,實(shí)驗器材及(jí)實驗(yàn)所(suǒ)需(xū)材料(liào)由于(yú)受價格的限制而無法普(pǔ)及，有(yǒu)些實驗因時間(jiān)持續得很(hěn)長以緻無法開設。但在虛拟實驗教學(xué)過程中(zhōng)，器材、時間(jiān)都不(bú)是問題，學(xué)生可(kě)以全面體驗虛(xū)拟仿(páng)真實(shí)驗，享(xiǎng)受探索(suǒ)和創造(zào)的樂趣。

二(èr)是互動性強，提(tí)高學習主動性(xìng)與效率。教(jiāo)師講(jiǎng)解(jiě)過程中(zhōng)，學生(shēng)一邊(biān)聽一(yī)邊看(kàn)，還能動手(shǒu)跟着操作，互(hù)動性強、體(tǐ)驗感好，在實(shí)驗過程中(zhōng)，學生(shēng)可以看到(dào)近乎真實的實(shí)驗效(xiào)果，加深對(duì)知識的(de)理(lǐ)解。學(xué)生還(hái)可以自主(zhǔ)diy實驗，進行(háng)大膽(dǎn)探索(suǒ)，享受(shòu)探索(suǒ)和創造的樂趣。 

三是能夠提供(gòng)實操訓練的機(jī)會，讓學生(shēng)在進(jìn)入産(chǎn)業之(zhī)前，就(jiù)能夠了解(jiě)真實産業運作的情(qíng)況，例(lì)如制(zhì)造業操作(zuò)、金融(róng)業操作等，爲他(tā)們未(wèi)來進(jìn)入職(zhí)場、進入(rù)産業做(zuò)更好(hǎo)的準備。
其(qí)他還(hái)有安(ān)全性高(gāo)、更新便(biàn)捷等優點。在現實生活中，有一些實驗比較危(wēi)險、極具破(pò)壞性，在(zài)傳統實(shí)驗室(shì)可能無法(fǎ)嘗試，但通過虛拟仿(páng)真實驗教(jiāo)學，可以(yǐ)安全的(de)進行操作和練(liàn)習。
此(cǐ)外，實(shí)驗室(shì)可(kě)通(tōng)過軟件更新(xīn)進(jìn)行内(nèi)容升(shēng)級，替代硬(yìng)件設備的(de)重複(fú)采購，相對于傳(chuán)統的實(shí)驗室來說更(gèng)新周期短(duǎn)、更新成本(běn)小，而(ér)且對于各個(gè)學(xué)生的情況可以詳細(xì)的記錄，有利于教(jiāo)師(shī)教研(yán)工作的開展。
頂尖高(gāo)校們(men)的虛拟仿(páng)真實(shí)驗室探(tàn)索(suǒ)
當前，虛(xū)拟仿真(zhēn)實驗室的(de)搭建(jiàn)技術已經非常(cháng)成熟，并且虛拟(nǐ)仿真實驗室在(zài)教學(xué)上的應用(yòng)帶來(lái)的幫助已(yǐ)經獲得國内(nèi)外的廣泛認(rèn)可。在美(měi)國，斯坦福大學、加州大學伯(bó)克利分校(xiào)等一衆頂尖(jiān)院(yuàn)校都已布(bù)局虛(xū)拟仿(páng)真(zhēn)實驗室教學，并逐(zhú)步推(tuī)廣。
從電氣(qì)、機械、臨(lín)床(chuáng)醫學(xué)等動手能力要(yào)求較強的專業(yè)，再到供應鏈管(guǎn)理(lǐ)、金融投資、計算機編程等實(shí)訓需(xū)求較(jiào)大的(de)專業(yè)，目前都能(néng)找到虛拟仿真實驗室(shì)的(de)身影(yǐng)。虛拟仿真實驗室教學正(zhèng)在教(jiāo)育過程中發揮着它獨特的效(xiào)用。

· 斯坦福(fú)大學(xué)商學(xué)院(yuàn)：更具實戰意(yì)義的金融(róng)投資(zī)虛拟實驗平台(tái)

金融(róng)投資虛拟(nǐ)仿真(zhēn)實驗室是學生(shēng)進行證券(quàn)、期貨、外彙等(děng)金融市場知識(shí)學習的(de)情景式(shì)實(shí)操實訓實(shí)驗室(shì)。斯(sī)坦(tǎn)福大學商學院(yuàn)的金融投資虛(xū)拟仿真實驗室(shì)爲學生提供了(le)一套(tào)廣泛的行(háng)業标(biāo)準應(yīng)用程序，供投(tóu)資(zī)銀行(háng)、基金(jīn)管理、對沖(chòng)基(jī)金相關(guān)實訓(xùn)使用(yòng)。學生将使(shǐ)用虛拟訓(xùn)練程序，将(jiāng)應(yīng)案例研究和(hé)動手練習(xí)結合使用，以幫(bāng)助他們通(tōng)過實訓經驗掌握财(cái)務、會計、投資管(guǎn)理相(xiàng)關(guān)的(de)知識(shí)。

（斯坦(tǎn)福大(dà)學金融(róng)投(tóu)資虛拟仿(páng)真實(shí)驗室的空間布(bù)局）

該實驗(yàn)室(shì)配(pèi)備(bèi)了(le)24個最(zuì)先進的工作站(zhàn)來模仿交易大廳，并(bìng)模(mó)拟交易(yì)大廳(tīng)實況在後(hòu)台(tái)播放cnbc的(de)廣播(bō)，讓學生(shēng)在實際(jì)操作交易(yì)的過(guò)程中更有身臨(lín)其境的感覺。而在這個(gè)實訓平(píng)台上(shàng)，無論(lùn)學生是要(yào)購(gòu)買、出售(shòu)或持(chí)有股票、重新平(píng)衡etf的(de)投資(zī)組合(hé)還是進行行業分析，平台上的提供了包(bāo)括factset數(shù)據分析、rit封(fēng)閉市(shì)場交易平(píng)台、portfolio123投資(zī)回(huí)測工(gōng)具、彭博社(shè)新(xīn)聞(wén)、think-cell智庫文件等衆多信息(xī)分析工具，供(gòng)學生在實(shí)訓中随時(shí)調取(qǔ)使用。
斯坦(tǎn)福大學認爲，該實驗室課程使(shǐ)學生(shēng)有機會邊做邊學，從而創(chuàng)造更有意義的學習體驗(yàn)。學生能夠将(jiāng)課堂理(lǐ)論與(yǔ)真實(shí)和模(mó)拟的市場數據(jù)相結(jié)合，以(yǐ)模拟(nǐ)現實情況(kuàng)。同時(shí)學生(shēng)還(hái)能更加(jiā)生動、靈活地掌(zhǎng)握如何運(yùn)用rit、portfolio123等(děng)軟件，訓練(liàn)學生(shēng)獲取(qǔ)、判斷、運用(yòng)複雜信息(xī)的能(néng)力，以便于畢業(yè)後(hòu)能快速(sù)地适(shì)應實際工(gōng)作環(huán)境。

· 密歇根(gēn)州立大學(xué)：供(gòng)應鏈管(guǎn)理中的虛拟實驗

來自密(mì)歇根州立(lì)大學商學院的(de)yemisi bolumole教授(shòu)早在(zài)2015年就在她的物(wù)流和運輸(shū)管理(lǐ)課(kè)程中使(shǐ)用了vdi（虛拟桌面(miàn)系統）進行(háng)教學(xué)。在該(gāi)虛拟系統(tǒng)中，學(xué)生可以通過筆(bǐ)記本電腦(nǎo)、平闆電(diàn)腦或智(zhì)能手機随(suí)時訪(fǎng)問“實驗室(shì)”。在該(gāi)“實驗室”裏，學生(shēng)不僅(jǐn)能(néng)對實際(jì)物流(liú)管理軟件(jiàn)進行操作(zuò)，還能(néng)跟同學(xué)和老師進行(háng)實時交流(liú)互動。幾年實踐(jiàn)下來，收獲(huò)了學(xué)生的(de)廣(guǎng)泛(fàn)好評(píng)，學生(shēng)們(men)紛紛表示這才是真正(zhèng)有用的學習方(fāng)法。
其實在(zài)供應鏈(liàn)管(guǎn)理的(de)過程(chéng)中，由于鏈條過長很(hěn)多知(zhī)識都比(bǐ)較抽象(xiàng)難以在實踐中(zhōng)進行(háng)操作訓練(liàn)。但在虛(xū)拟實驗教學課(kè)程中，學(xué)生可以(yǐ)使(shǐ)用logictools logicnet（供(gòng)應鏈(liàn)網絡優(yōu)化(huà)軟件工具(jù)），從産(chǎn)品包裝(zhuāng)，到設計(jì)雜貨(huò)店布局，以(yǐ)及後續的物流(liú)和運輸，在該平台上，學生(shēng)們都(dōu)可以各自(zì)設計他們(men)認爲好的(de)管(guǎn)理流程。
在設計完畢(bì)之(zhī)後，學(xué)生(shēng)們還可以在實(shí)驗平台(tái)上進(jìn)行虛拟購(gòu)物，進一步了解(jiě)自己之前的每一步流程(chéng)對最(zuì)終購物(wù)的影響(xiǎng)，從供(gòng)應鏈設計(jì)者再到消(xiāo)費者(zhě)，站在多(duō)角度(dù)來(lái)參與體驗管理流程(chéng)及結果，更(gèng)加深入(rù)的(de)了解供應鏈(liàn)管理的(de)知識，訓練(liàn)對供(gòng)應鏈管理(lǐ)工具的操作(zuò)熟練程度。
在空間(jiān)設計上，密西根(gēn)州立大(dà)學的大(dà)學教室委(wěi)員會還采用(yòng)了創新(xīn)的教室(shì)設計并(bìng)命名(míng)爲“參與和(hé)主動學習的房(fáng)間”（ rooms for engaged and active learning，real）。real空(kōng)間具(jù)有一個教(jiāo)員站(zhàn)，房間周圍(wéi)有四個平(píng)闆顯示(shì)器，每張桌子上都有雙(shuāng)平闆顯(xiǎn)示器，通過這(zhè)種(zhǒng)具有引導性的(de)交(jiāo)互式空間(jiān)，推動建立(lì)起具有協(xié)作、動(dòng)手能力、計算機(jī)介入的學習氛圍與讨(tǎo)論環境(jìng)。

· 加州(zhōu)大學伯克利(lì)分校：用(yòng)于信(xìn)息物理系(xì)統教學(xué)、評測虛(xū)拟平台(tái)

近(jìn)日，加州大學伯(bó)克利分(fèn)校的(de)研(yán)究人員(yuán)宣(xuān)布，他(tā)們基(jī)于(yú)labview，創建了用于信息物理(lǐ)系統大規模開(kāi)放在(zài)線課程(mooc)的虛拟(nǐ)仿真(zhēn)實驗(yàn)室。那麽首先，信(xìn)息物(wù)理(lǐ)系統是什(shí)麽意(yì)思(sī)呢？

信息物(wù)理系統（cps，cyber-physical systems）是(shì)一個(gè)綜合(hé)計算(suàn)、網(wǎng)絡和物(wù)理環境的多維(wéi)複雜系(xì)統(tǒng)，通過(guò)3c（computing、communication、control）技術的有機融(róng)合與深度(dù)協作，實現(xiàn)大(dà)型工程(chéng)系統(tǒng)的(de)實時感(gǎn)知、動态(tài)控制和(hé)信息(xī)服務，它被(bèi)認爲(wèi)有望成爲(wèi)繼計算機、互聯(lián)網之(zhī)後(hòu)世界信(xìn)息技術的第三(sān)次浪潮。簡單來說，信息物(wù)理系(xì)統就(jiù)是(shì)虛拟數(shù)字世界和實體(tǐ)物(wù)理(lǐ)世(shì)界的融(róng)合，跟工業(yè)物聯(lián)網的(de)本質基本(běn)一緻(zhì)，其根(gēn)本的目的(de)就是(shì)智慧制造。

那麽(me)，智慧制造當然會涉及到(dào)大規(guī)模的機器運作(zuò)，這便會對實踐(jiàn)條(tiáo)件提出了很(hěn)高的要求(qiú)。而伯(bó)克利(lì)大學的該虛拟仿真實驗室不(bú)僅讓(ràng)學生(shēng)能将(jiāng)真實(shí)機器人仿(páng)真、使(shǐ)用編(biān)程方法進行開(kāi)發和(hé)調試、硬件(jiàn)控制等操(cāo)作，在無需(xū)訪問物理(lǐ)實驗室或任(rèn)何特定的ni硬件的情況下(xià)在虛拟仿真(zhēn)實驗室平(píng)台的在線學習(xí)平台(tái)（mooc）上(shàng)操作，還(hái)實現了該平台能對(duì)學(xué)生的操(cāo)作情況進(jìn)行自動打分。

研(yán)究人員(yuán)使用labview軟(ruǎn)件開(kāi)發了兩個(gè)組件：一個(gè)是部署在(zài)虛拟或真(zhēn)實硬(yìng)件上(shàng)的模(mó)塊化控制程(chéng)序(xù)，學生們可以使用c或labview狀态圖模(mó)塊開發與平台(tái)獨立的(de)代碼；二(èr)是開發了(le)獨(dú)立運行的(de)簡易應(yīng)用程(chéng)序(xù)，提供直觀易(yì)懂的gui來進(jìn)行(háng)仿真、測(cè)試、提(tí)供自動反饋(kuì)，并(bìng)通過(guò)自動(dòng)評分機來(lái)進行評分(fèn)。

（加州大學(xué)伯克(kè)利分(fèn)校的cps虛拟實驗(yàn)mooc平台操作(zuò)系統界面）

該實驗室(shì)于2014年(nián)首次(cì)上(shàng)線(xiàn)mooc課程(chéng)并開展了試(shì)點(diǎn)，在注冊課程的(de)8500名學生中(zhōng)其(qí)中有大(dà)約500名學生使用了虛拟仿真實(shí)驗室(shì)軟(ruǎn)件(jiàn)，最終342名學(xué)生通(tōng)過虛(xū)拟仿(páng)真實(shí)驗室的學(xué)習并獲得成績證書(shū)。而在(zài)此後(hòu)的一項(xiàng)學(xué)生調研中顯示(shì)， 94％的學生認爲虛(xū)拟仿(páng)真實驗室(shì)的操作訓(xùn)練非(fēi)常實用(yòng)， 86％的(de)學生(shēng)認爲自動評分(fèn)項目非常(cháng)有用(yòng)。此外(wài)，有90％以上使(shǐ)用過虛(xū)拟仿真(zhēn)實驗(yàn)室需(xū)诶下(xià)的學生(shēng)報告說，他們在虛拟實(shí)驗平(píng)台上的操作通過的解決(jué)方案，隻(zhī)需很少或完全(quán)無需任(rèn)何代碼修改就(jiù)可以(yǐ)用在實際(jì)設備上，這(zhè)也充(chōng)分表明了虛(xū)拟(nǐ)仿真實驗(yàn)室提供了一(yī)個(gè)替代(dài)現場實驗室的(de)良好選擇。

除了以上幾個學校(xiào)外，哈(hā)佛大(dà)學醫(yī)學(xué)院(yuàn)、美國(guó)頂尖(jiān)商學院巴(bā)布森學院等也正在積極(jí)探索(suǒ)、應用虛(xū)拟仿真實驗室(shì)，以進一(yī)步提高教(jiāo)學效(xiào)率，提高(gāo)教學成(chéng)果。而在國(guó)内(nèi)，虛(xū)拟仿(páng)真實驗室也逐漸從航空(kōng)航天、醫學實驗研究(jiū)中走(zǒu)向了普通(tōng)高校教育中。此(cǐ)前中(zhōng)央就提出了教(jiāo)學信息化的(de)方向(xiàng)，教育部(bù)也确立了建設(shè)虛拟仿真實驗(yàn)室的具(jù)體要求(qiú)，還專(zhuān)門針對虛(xū)拟仿真實驗室(shì)的特(tè)性(xìng)、環節、适(shì)用學科(kē)方向進行了深(shēn)入細緻(zhì)的研究。

從教育(yù)擁(yōng)抱科技(jì)的趨勢，以(yǐ)及國内外現有的發(fā)展情況我們似(sì)乎可(kě)以窺見，虛拟仿真實驗室(shì)将會(huì)成爲未(wèi)來(lái)教學中(zhōng)的(de)重要一環，用更新的(de)教育方式與教(jiāo)育(yù)理念，才能培(péi)養出(chū)更适(shì)應當下時代發(fā)展的(de)人才(cái)。