基于虚实融生目标计算机网络课程跨校修读研究

0.引言

经过十余年以“卓越”为目标的课程改革实践，校本特色的计算机网络课程建设取得了一定的成绩，虽然获批为省一流本科课程，但目前该课程的“含金量”与真正的“一流”标准还存在一定的距离。因经费投入等条件所限，教学资源建设的效果并不理想；因处在经管类专业群之中，课程开设的需求量并不大，没有形成强有力的教学团队；虽然能够保证教学的基本需要，但无法满足学生个性化发展的实时性需求。为了进一步提高课程建设的质量，促进学生未来的可持续性发展，提升课程专业人才培养目标的贡献率，本课程参加了省教育厅组织的跨校修读工作，充分利用兄弟高校的优质教学资源开展教学活动，取得了预期的效果。

1 计算机网络课程跨校修读中存在的问题

通过跨校修读能够解决校本课程建设、教学团队建设中的一些问题，其中理论教学的优势特别明显，而实验教学的问题也非常突出，有些线下实验是无法在线上开展的，不能满足学生实时的实验需求。虽然有的内容可以用虚拟仿真实验项目替代，但从错综复杂系统中孤立出来的虚拟情境可能会过于理想化，使待解决的复杂问题简单化。而现实工作场景中出现的问题是随机的，综合应用中衍生出的问题需要综合分析和反复试错才能有效解决。通常仿真的是理想状态下的功能，操作路径是确定的，而真实设备配置中出现的问题可能是无法预判的，真实设备操作过程中需要感觉和知觉等的全部投入，而仿真实验的获得感相对较差，信息冲击量不足。此外，以下虚拟仿真实验教学项目中的问题也不容独忽视。

1.1 设计理念没有与时俱进

虽然虚拟仿真实验教学项目的设计能够坚持“能实不虚”的原则，但往往又会受到“不能做、不敢做、不好做”理念的制约。特别是在疫情等特殊情况下，虚实项目互补开发的理念因实验室与学习者间时空的分离，实体实验无法开展，线上实验教学的质量受到影响。

1.2 受到思维定势的影响

对虚拟仿真实验教学项目意义的认识有些保守，片面理解“实验”的涵义，思维实验、方法实验、情境实验等“理想实验”的功能没有得到充分开发，在提高理论知识学习的兴趣和可操作性方面设计缺乏，价值观建立、思维培养、方法论形成的作用没有得到充分发挥。

1.3 校际间合作不充分

目前跨校修读的教学资源建设完全由建课单位负责，校际间的深度合作存在壁垒，投入产出没有形成生态化机制。目前，虚拟仿真实验教学项目尚无法形成体系，跨校修读教学成果不多、级别不高，没有形成专业、课程、名师等品牌效应。

1.4 创新意识不强

对跨校修读的认识仍处于 MOOC 阶段，对跨校修读理论的研究不够，没有从教育学的视角审视跨校修读的理论意义，学术价值没有得到深度挖掘。对《中国教育现代化 2035》等政策诠释的不充分，融合式教学的经验没有得到系统总结，教学模式、教学方法、评价机制等方面创新不够。

2 基于虚实融生目标的跨校修读课程建设

2.1 跨校修读能够提高虚拟仿真实验教学项目的效益

教育部于 2013 启动了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，2017 年决定开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作，2019 年将国家虚拟仿真实验教学项目纳入一流本科课程建设。经过近 10 年的建设有效地解决了实验设备及场地紧张等问题，但现有共享机制的不畅通，导致资源重复建设，造成巨大浪费；已有项目只在小范围使用，利用率低，不能发挥最大效益，成本回收困难，又影响仿真实验项目进一步的开发与更新[1]。成体系的适用、可用的虚拟仿真实验、虚拟仿真资源比较缺乏，完善性欠佳，影响使用感受、学科科学性不足，导致虚拟仿真实验的教学无法开展，实验效果和水平无法保障，影响应用型人才的培养[2]。而跨校修读有助于提高虚拟仿真实验教学项目的利用率，为校际间合作开发共享机制的建立提供了机遇。

2.2 虚实融生是虚拟仿真实验教学项目建设的趋势

教育部指导下的《虚拟仿真实验教学课程建设与共享应用规范》指明了虚拟仿真实验教学项目建设和改革的方向。未来一段时期内，我国将以虚拟仿真实验教学一流课程建设为导向，构建开放共享有效的实验教学课程体系；在虚拟仿真课程资源建设的同时，创新和完善虚拟仿真实验教学模式；力求在虚拟仿真实验教学内容上体现时代前沿性、在在线教学形式上呈现互动先进性，在学生学习效果上突出创新探究性。全面打造以教学资源建设为核心、教学模式创新和教学形式改革为支撑、教学效果提升为目标的高阶性、创新性并具有一定挑战度的“虚拟仿真实验教学 2.0^v[3] 。

随着人工智能、大数据等新技术在教学教育领域的深度融合，5G 网络技术的蓬勃发展，人工智能、大数据等新技术将会成为虚拟仿真项目开发的主流技术，加上 VR/AR 等沉浸式虚拟仿真设备技术的不断改进，以及数字孪生等技术的成熟将会赋予虚拟仿真教学项目更强大的功能，虚拟仿真实验教学将会对高等教育产生重要的影响。为打破虚实间的时空限制，构建虚实融生的实验教学课程体系提供了可能。因此，需要改变传统“能实不虚”、“实为本，虚为辅”的理念，让虚拟仿真实验担任“主角”，构建“虚实共进”的虚拟仿真实验教学体系势在必行[4]。

2.3 计算机网络虚拟仿真实验教学项目建设

2.3.1 从跨校修读视角诠释现代化教育理论

目前的跨校修读工作主要为政策引领，理论体系尚不健全，教师对其意义认识不够深刻，因此需要加强跨校修读的理论研究工作，凸显跨校修读的学术价值。在计算机网络课程教学中，注意从跨校修读的视角诠释现代教育技术理论，从 O2O 融合式教学的需要改进教学方法，构建虚实融生目标课程教学的话语体系，力求形成跨校修读品牌效应。

计算机网络课程承担着本专业“企业信息化管理能力”培养的任务，针对学生设计能力欠缺，操作技能差的问题，在教学过程中要充分发挥好虚拟仿真项目可破坏性的优势。在行为主义理论指导下，通过试错法助力学生掌握基本操作技能；在认知主义理论指导下，通过发现法掌握项目设计能力。在真实项目驱动下，通过线下真实场景的搭建、虚拟仿真技能的迁移作用，实现了独立设计中小企业计算机网络的目标。

2.3.2 更新虚拟仿真实验教学项目建设的理念

2022 年 11 月 1 日，工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国家广播电视总局、国家体育总局等五部门联合印发了《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022-2026 年）》。文件提出到 2026 年，推进“虚拟仿真实验教学 2.0”，支持虚拟现实课堂、教研室、实验室与虚拟仿真实训基地建设，支持高等院校加强虚拟现实相关学科专业建设，推动教学模式向自主体验升级，打造支持自主探究、协作学习的沉浸式新课堂。

因此，要改变固守“实际为主，虚拟为辅”的理念，深化虚拟仿真技术与教学过程的有机融合，挖掘虚拟仿真实验教学项目在课程体系建设中的价值，通过数字孪生、人工智能等技术实现虚拟仿真实验教学项目“真”与“实”的相融相生，加速虚拟仿真技术在教学的多环节多场景应用落地，让虚拟仿真实验教学项目在能力培养方面唱主角。特别是要发挥虚拟仿真实验教学项目在实践能力提升中的作用，并需注意过度信息化代替人的思维活动所生产的负面影响，用虚拟仿真技术助力生成效应，以对抗退化效应。

2.3.3 数字新技术赋能虚拟仿真实验教学项目

基于人工智能、大数据、VR/AR 等技术开发融合理论讲授、专项实训、项目演练、考核评价为一体的沉浸式虚拟仿真实验教学项目，构建虚拟沉浸式实验环境，有效解决场地空间受限、实验场景单一、实验内容抽象等问题，有效提升实训效果。通过数据挖掘等技术赋能虚拟仿真实验教学项目，提升智能化管理水平，使学生能够通过实时反馈快速调整学习行为。通过“云”延伸实验空间，通过传感器提升用户体验，最大化虚拟仿真实验教学项目的功能，服务于复杂问题解决、创新能力培养。

2.3.4 创新虚拟仿真实验教学模式

计算机网络课程教学遵循 OBE 理念，教学设计采用 20：80 原则， 20% 的时间用于知识梳理，80%时间用于解决复杂问题。在实验教学过程中虚拟仿真资源用于课前自主学习，关注的是识记、理解和应用；线下实验采用研究性学习的策略，用于解决复杂问题，关注的是分析、评价和创造。通过 O2O 技术建立虚实间的联系，虚拟仿真实验旨在理想化条件下学习设备的基本操作技术，解决一般问题，理解问题解决的思路和方法；线下实验用于在复杂环境下解决随机问题，理解设备间协同工作的原理，培养创新思维和统筹规划设计能力。在该模式的教学过程中，注意教师的角色要由指导者向促进者转变，由资源的提供者向平台信息生产者转变；学生由被动学习者向创造者转变，由计算机网络的使用者向设计者转变[6]。

2.3.5 跨校修读课程利益相关者治理

跨校修读工作是一个系统工程，需要打破校际间体制与机制上的壁垒，构建横向（同类高校间）、纵向（研究型、应用型、职业型高校间）“命运共同体”，以利益相关者的身份参与跨校修读资源建设和理论研究工作。在省教育厅的领导下制订发展规划，分工合作完成各类基础性资源建设，联合投入开发新型虚拟仿真实验教学项目，有计划开展教研活动、培育推广教学成果。同时，进一步探索“跨校职业认证”“跨校专业辅修”，甚至是“跨校学位授予”的可行性。做大做强跨校修读教育工程，满足学生实时有效学习的需要，服务于中国式高等教育现代化建设。

3 保障机制

3.1 推进关键技术融合创新

在目前的跨校修读教学实践中，线上平台的作用在很大程度上是进行学习资源的投放，关注点在于形式而非内容，更非增强交互性或学生的沉浸体验，因此在线教育的实时交互和课程体验并不能形成与传统线下课堂相比拟的在场感和沉浸感[5]。需要把最新的技术引入到虚拟仿真项目开发过程中，促进虚拟场景与实际环境体验上的统一，加快渲染处理、感知交互等关键技术的突破，强化物理设备与数字新技术的融合，通过虚实融实验项目实践，促进学生操作技能的提高。

3.2 建立利益相关者治理机制

跨校修读需要丰富的线上实践教学资源，虚拟仿真实验教学项目的开发非合作是不可行的，需要参与跨校修读各方高校的共同努力，教师是资源的直接使用者，更是需求和问题的提出者，因此一线教师的作用至关重要。当然，具有前瞻性的虚拟仿真实验项目和实验教学平台建设更离不开企业的支持，产学研用有机衔接、校企联合协同创新是加快实现应用成果向实验教学内容转化，进一步拓展实验教学范围、丰富实验教学内容，培养学生设计思维和创新能力的必然选择。

4 结 语

课程是专业人才培养目标有效达成的途径，是人才培养模式改革的突破口，课程建设的成果影响人才培养的质量。在中国式高等教育现代化背景下，为有效回应经济社会发展的需求，高校间共建共管共享课程资源是务实的选择。通过参与跨校修读，计算机网络课程有效解决了教学资源、教学团队建设等问题，学习兄弟高校的教学经验，强化了课程的特色。特别是基于虚实融生目标仿真实验教学项目建设有效拓展了实验室的空间，在类似疫情等极端情况下也能够无障碍组织实验教学活动，沉浸式环境的创设能够有效提升学生的获得感，有助于培养学生学习的主动性，有助于应用技能的提高和创新思维的培养。

主要参考文献

[1]龚成斌，曹雅仪，王强，唐倩，张浩.虚拟仿真实验教学的需求现状--基于西南大学虚拟仿真实验教学需求问卷调查分析[J].西南师范大学学报（自然科学版），2019，44（11）：155-160.

[2]李国林，刘美霞，冯冲冲，郝晓芳，焦伟婷.应用型大学虚拟仿真实验教学的建设研究[O].https：//www.fx361.com/page/2021/1129/9679069.shtml

[3]董桂伟，赵国群，王桂龙.我国虚拟仿真实验教学的发展与趋势研究--基于近十年中国知网文献的知识图谱分析[J].中国大学教学，2021（07）：85-92+96.

[4] 孙青锋， 杨浩. 高职院校虚拟仿真实验教学研究现状与建议[J]. 陇东学院学报，2020，31（05）：111-114.

[5]张惠，胡钦晓.元宇宙赋能在线教育的理性审视[J].《江苏高教》.2022，7：30-36.

[6]夏志.新课程中教师角色要实现十大转变[J].现代特殊教育，2004（01）：37.

【中图分类号】G64 【文献标识码】A

[基金项目] 2022 年省普通高等学校本科教学改革研究项目“基于虚实融生目标计算机网络课程跨校修读研究（项目批准号 2022SJJGZY24）”

【作者简介】陈广山（1967-），男，汉族，省台安县，教授，硕士，主要研究方向：IT 教育