本文以广州市花都区新华中学高二年级物理实验“验证力的平行四边形规则（力的合成与分解）”为例，初步研究：1.网络虚拟实验室在高中物理实验训练的教学效果；2.学生对虚拟环境实验的参与程度；3.教师在运用网络虚拟实验室进行物理实验教学时的情况等，旨在探索研究虚拟环境对高中物理实验教学有效性的促进作用，并辩证地看待利用网络虚拟实验室进行物理实验的利与弊，使得网络技术能够更好地提高高中物理实验训练的教学效果。
（一）实验研究环境
研究中所采用的虚拟物理实验平台是“同步实验：网上实验室实验平台（如图1）。“同步实验室”是把互联网技术应用到中学化学、物理、生物实验课程中，提高学生的实验操作能力和实验探究能力。通过本虚拟实验平台，学生可以预习和复习实验原理，实验的用品、实验的步骤，实验的注意事项；可以实现实验的仿真操作，系统将对学生的实验给予即时的评价；对实验的问题还可给予释疑解惑。值得一提的是，该实验平台的内容与教材及广东科技出版社的《实验手册》配套。
（二）研究过程及结果调查情况
本研究抽取了广州市花都区新华中学对照班：高二（6）、（7）班。这一组对照班实验前成绩和学生各方面表现基本相同。其中，高二（6）班(实验班)共39人采用虚拟实验模式教学；高二（7）班(对比班)共38人采用传统模式教学。1.对照组实验成绩情况分析在分别进行了真实物理实验和虚拟物理实验的教学后，笔者当堂对学生的实验掌握情况进行了简单的测验，主要考查学生对实验理论知识的掌握、实验误差的认识和实验步骤与细节的掌握。从两组对照班的初步实验结果获知，与实验过程密切相关的实验步骤与细节、减少实验误差的方法的考查，实验班则比对比班掌握相对更为牢固。分析其具体原因，在虚拟实验环境进行训练的实验班学生，实验操作过程简便、快捷，受其他无关因素干扰少，对于实验步骤认识清晰，而实验过程操作训练机会也比较多，所以对实验的掌握更加牢固。2.实验问卷调查本研究共发放了问卷100份，共回收86份，有效问卷86份。通过对问卷进行统计分析后，得到以下结果：（1）学生对虚拟物理实验室的看法对于问题“你觉得电脑上的虚拟实验环境有哪些优势（多选）”，实验班学生的情况从调查结果显示，体验过虚拟实验环境的学生有近80%认为网络虚拟实验平台操作简便，节约课堂时间，而且操作灵活，可以快速获得实验结果，同时实验步骤和目标清晰明确。（2）对于学生进行虚拟实验的课堂参与情况调查在问题“与平时的物理实验室相比，你觉得在电脑上进行物理虚拟实验，大家的课堂参与度有什么变化”的调查中，笔者分成了几个小问题进行调查，获得以下结果：①与小组组员的交流、沟通同以前的变化（如图2）从学生的调查结果来看，超过一半的学生认为在虚拟实验室中，与小组组员的交流、沟通比在真实物理实验室多。根据实验现场观察，我们发现在虚拟实验室的课堂上，学生的交流主要是实验如何操作上，比较适合学生的自主探究操作。在虚拟实验室与小组组员的交流、沟通变化有76%的学生认为有更多时间可以自己做实验。在对比虚拟实验室和真实实验室的教学后，发现在虚拟实验室中，学生操作起来更加快，有更多自主实验操作时间，并且大部分学生可以做3次实验以上，所以实验误差也小。而在真实物理实验室中，有部分学生可以做2次，但还有相当一部分学生只做了1次，所以对实验步骤的掌握还不够扎实。③在电脑上进行物理虚拟实验，学生对老师的依赖的变化为了了解在虚拟实验室与真实实验室相比，学生对老师的依赖情况，笔者也对此做了调查：有92%的学生认为“可以更多地自己完成实验”，学生对老师的依赖没有那么强，学生自主性强。（3）实验教师对虚拟物理实验环境的评价为了较为全面的了解虚拟物理实验环境对教学的影响，笔者还对参与实验的老师进行访谈。从访谈中笔者了解到，传统的物理实验环境存在着一些问题，比如实验前器具和环境准备繁琐，容易发生遗漏；为了节约课堂操作时间，老师更多地以小组为单位进行实验，这样不利于学生自主探究的培养；部分实验存在安全隐患等等。而虚拟物理实验环境能较好地解决这些问题。当然老师们也对虚拟物理实验环境的缺陷提出自己的看法。比如虚拟物理实验环境操作步骤比较生硬、固定，缺乏灵活性；可能会影响学生动手能力的培养；需要借助电脑设备和网络环境；小组内的合作与交流有所变化等等。
二、网络虚拟实验室在高中物理实验教学中应用的思考
通过虚拟物理实验环境的研究，我们发现网络虚拟实验室有其明显的优势，特别是学生参与实验的兴趣和对实验操作掌握的训练方面。那么在什么情况下运用虚拟物理实验环境能够更好地提高高中物理实验的有效性，弥补真实物理实验室的不足呢？以下笔者从虚拟物理实验室的优势及缺陷进行总结，并提出初步研究结论。
（一）网络虚拟实验室的优势
1.弥补实验器材的不足，避免实验器材老化、损坏等而影响实验效果。2.便于管理和维护。传统的物理实验仪器经过多次使用，不可避免会出现问题。很多时候器材都是勉强用着，给教学活动带来不便，大大降低教师和学生的实验热情[4]。而虚拟物理实验也可以减少实验前一些繁琐、重复的准备工作，提高教学效率。3.虚拟实验环境仿真强。“同步实验室”网络平台提供了与物理教材同步的各种仿真实验，与现实实验较为接近。通过对参与虚拟实验的学生的观察，我们发现由于虚拟实验平台的高仿真效果，学生进行实验也是非常感兴趣。4.实验过程、步骤清晰易懂。例如本研究采用的“同步实验室”网络平台，提供了“实验目的实验原理实验器材实验过程开始实验实验结论实验评价”这样一套完整的实验过程。从我们调查研究结果来看，参与虚拟物理实验环境的学生对实验步骤和细节的掌握也确实比对照班的学生更为扎实。这是因为“同步实验室”平台提供了完整、清晰的实验指引，及时的实验评价，同时也避免了一些无关因素对实验过程的影响。5.有利于学生自主探究能力培养。由于虚拟实验平台能提供一系列、完整的指导，学生可以通过自主尝试、探究，较为顺利地体验实验过程，获得实验结果，而不会过分依赖老师和同伴。
（二）网络虚拟实验室的缺陷
当然，虚拟物理实验环境也存在着自己的缺陷，主要有：（1）需要依赖电脑室、网络环境；（2）目前由于技术局限，虚拟环境平台还是只能实现简单、固定的实验操作，与真实的物理实验环境还是存在一定的差距；（3）难以实现小组分工合作；（4）一些科学素养的培养仅凭虚拟物理实验难以实现。例如学生动手操作能力，解决实际问题能力，实验结果评估与改进等。
（三）网络虚拟实验室的应用范围
从研究调查中我们可以发现虚拟物理实验环境有其明显的优势，但也存在不足，只有根据实际教学情况巧用网络虚拟实验室，才能更好地保证物理实验效果。那么在什么情况下运用虚拟物理实验环境能够更好地提高高中物理实验的有效性呢？笔者通过研究调查，总结出虚拟物理实验环境比较适用于以下情况：（1）现有物理实验器材无法满足实验需要的情况，如器材不足、损坏严重。（2）物理实验要求精确度高、操作比较繁杂的情况。由于课堂时间非常有限，而虚拟物理实验环境操作简便、步骤清晰，能得到预期的实验效果。（3）某些抽象的、微观的，难以通过传统物理实验室进行实验得到结论的物理实验。（4）要求学生通过自主学习、实验获得实验结果。
三、结束语
关键词：多科性大学；虚拟仿真实验教学；教学体系；开放共享
虚拟仿真实验教学是“虚拟现实（VirtualReality）+教育”深度融合的产物，其推广顺应了教育信息化的发展趋势和现实需要，推动了高校实验教学改革和创新。教育部自2013年提出建设国家级虚拟仿真实验教学中心以来，连续三年发布虚拟仿真实验教学中心建设原则的通知，教育部对虚拟仿真实验教学的重视程度和建设虚拟仿真实验教学中心的迫切需求有目共睹。2017年7月教育部发布的开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知中，提出经济管理类示范性虚拟仿真实验教学项目建设规划要在2019年和2023年共达到80项之多。由此可见，教育部对推进经济管理类虚拟仿真实验教学的力度之大。目前来看，全国经济管理类虚拟仿真实验教学中心的建设处于起步探索阶段，少数财经院校已建立，并初步建立其适用的较为完整的教学体系和教学模式，大部分院校特别是多科性大学还没有启动建设，更没有对其实验教学进行系统的实践和研究。经济管理类虚拟仿真实验教学，并不仅仅是将虚拟仿真技术引入到经济管理类实验教学中，更强调的是将虚拟仿真思想融入其中，搭建虚拟真实场景、开发虚拟真实企业实践平台及后台数据库、模拟社会经济管理的现实问题作为实验项目，注重让学生在学习过程中能亲身经历，乐于实践，获得知识，提高技能，有效地弥补了实验过程不可逆和实验项目不可及的缺陷。由于各高校学生的特点、课程体系、传统实验开设的情况等等不尽相同，结合西北政法大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心的建设实践，对多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心建设的目标、实验教学体系和实验中心建设和使用进行系统研究。
一、多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心建设的目标
多科性大学不同于财经类大学和综合性大学，它是以一个或两个学科为支撑、其他多个学科协调发展的学科格局。西北政法大学就是一所以法学为主，经济学、管理学、文学、哲学等学科协调发展的多科性大学。通过对山西财经大学、贵州财经大学、南京财经大学、南京审计大学四所财经类大学和西安交通大学、西北大学两所综合性大学的实地考察、调研，发现如西北政法大学这样的地方多科性大学经济管理类实验教学相对落后，实践教学体系不完整、不系统，实验室建设滞后等问题。为适应当下对应用型经管类本科人才的迫切要求，经过一年多的考察、调研、可行性报告和建设方案的撰写、施工建设、后期调试，西北政法大学经济管理虚拟仿真实验教学中心（以下简称“仿真实验中心”）落成运行。
1.仿真实验中心基本情况仿真实验中心总面积约1000平方米、含三个全封闭实验室、五个半开放仿真实验室（跨专业综合虚拟仿真实验项目可跨实验室进行），其中，全封闭实验室有经济＆管理基础实验室-A型实验室、统计调查与数据分析实验室-B型、审计财务管理专业实验室。五个半开放的实验区分别是金融保险仿真区、企业模拟仿真区，跨境全流程仿真区、跨境分销实战区和综合模拟仿真实验区。综合模拟仿真实验区模拟银行、税务、工商、社保公积金实际工作场景，可组合其他四个半开放实验区根据课程需要进行授课。企业模拟仿真区、跨境全流程仿真区和跨境分销实战区可组合为跨境综合实验室。跨境全流程仿真区、金融、保险仿真区、企业模拟仿真区可组合为企业综合模拟仿真实验室。金融保险仿真区、企业模拟仿真区、综合模拟仿真实验区、跨境全流程仿真区可组合为虚拟商业社会环境跨专业综合模拟仿真区。组合后的实验室可作为学生创新创业实践项目、跨专业综合实验项目、学年论文项目和毕业论文项目的实践基地。仿真实验中心采用云桌面管理，安装软件总计36个，包括基础审计、金融类实验软件；跨专业综合实践软件；财会与审计专业综合教学实践软件；电子商务基础实验软件；国际贸易和跨境电商综合仿真实训软件；人力资源管理实训软件；社会保障学相关实训软件。仿真实验中心可用于西北政法大学经济管理相关学科十三个本科专业的课程实验、专业实验和跨专业综合虚拟仿真实验教学。
2.仿真实验中心建设的主要目标（1）面向新时期实验教学的最新趋势和要求，达到或引领多科性大学经管类实验教学的最新探索水平，牢牢把握当下经济社会发展趋势和企业对高水平、高层次人才的能力要求，注重大学生综合实践能力的提升。（2）面向经济管理类专业和课程，将学生置于虚拟仿真环境中，模拟现实操作过程，实现全流程实践和核心业务的实践，切实提高实验教学效果，提高学生专业知识的应用能力。（3）实验教学中心可达到各专业课程实验和跨专业综合实验的紧密衔接、资源共享的目的，进一步促进多科性大学各学科的协调发展。实验中心的建设无疑为经管类实验教学改革和研究实践提供了充分的条件，但虚拟仿真实验在经管类实验教学的应用还处于起步阶段，应系统地对实验教学体系和将来的发展方向进行研究。
二、构建多科性大学经管类虚拟仿真实验教学新体系
围绕经济管理类人才培养体系，突出大学生创新能力和应用能力的培养原则，完善教学实验模式，创新实验方法，扩展实验层次，构建能力培养为导向、跨专业、虚实结合的多层次实验教学新体系。
1.教学模式由以课程或专业设置实验室的传统实验教学组织模式，逐渐转变为由学科群组建基础实验以及项目为主导的跨专业综合虚拟仿真实验模式。开发以问题为导向、以自身专业为主的跨专业综合虚拟仿真实验课程体系。比如，将大三第一学期的学年论文的撰写改革为两个星期的综合虚拟仿真实验实习加论文的形式，这是学生由专业基础提升到跨专业综合的一次重要节点，为大三和大四学年的专业学习、毕业实习以及毕业论文的设计和撰写打下坚实的基础。
2.实验教学方法实验教学方法由教师演示、学生自主学习的传统方式，逐渐转变为任务驱动、团队作战、仿真模拟、岗位实战的方式，提高学生分析、解决问题能力，增强创新意识、团队意识和管理意识，促进自主性学习和个性化学习，培养学生综合素养和应用能力协调发展。
3.实验层次实验教学新体系由基础课程的验证性实验、专业课程的熟练性实验、专业综合课程的跨专业综合虚拟仿真实验、就业前的综合素养提升实验构成，达到实验教学内容衔接、教学要求匹配、教学效果阶梯化形成的目的，最终实现训练基本技能、培养创新意识、训练专业技能、训练综合能力、培养社会适应能力等三个层次的目标。通过以上三个方面的创新，构建“能力培养为导向、跨专业、虚实结合、多层次”的实验教学新体系。具体内容如下图所示。第一个层次适用于大学一、二年级的学生，这个阶段的课程以基础课程为主，包括专业基础课程，创新创业课程以及各类专业竞赛，实践课程是以配合课程为主的验证性实验和体验感知性实验，通过融合创新创业教育和专业竞赛，增加对项目的认知。这个阶段由传统教师演示、学生自主的教学方法和任务驱动、团队合作、小组讨论的教学方法相结合，以训练基本技能和培养创新意识为主要目标。第二个层次适用于大学二、三年级的学生，这个阶段的课程以专业课程为主，主要的专业课程都已经接触到，学生对其专业有了一定程度的认识，实践课程也应由验证性实验和体验感知性实验转变为专业课程的熟练性实验和设计性实验。开设一些从业资格考试相关的实践课程，学年论文的综合虚拟仿真实践课程，这个阶段主要采用任务驱动、团队作战、仿真模拟、岗位实战的方法，训练学生的专业技能、培养专业应用能力。第三个层次适用于大学三、四年级的学生，这个阶段所有课程的讲授基本结束，学生对其专业进行了全面的认识，也有了一定的专业技能，进行毕业前实习，马上走上工作岗位，实践课程也应随之变化。校内的实践课程主要是跨专业综合虚拟仿真实验，弥补在校外实习单位接触不到的核心业务和全流程业务，这个阶段主要采用项目驱动、团队作战、仿真模拟、岗位实战的方法，训练学生的综合技能、培养社会适应和创新能力。构建的“能力培养为导向、跨专业、虚实结合、多层次”的实验教学新体系遵从了学生每个阶段的特点和学科基础，循序渐进，逐步提升学生的实践能力。
三、多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心建设和使用思考
鉴于对西北政法大学经济管理虚拟仿真实验教学中心的建设实践和研究，对多科性大学经济管理类虚拟仿真实验教学中心进一步完善软硬件建设和管理机制进行了如下几个方面的思考。
1.仿真实验中心教师队伍建设高效、专业的实验室教师团队是开展虚拟仿真实验教学必不可少的。将整个实验室队伍分为下面三个组成部分建设完善，以提高实验室教师团队的整体水平，组建一支实践能力强、善于合作、多学科融合的实验室专业教师团队。（1）专职实验教师。引进计算机相关专业的教师作为专职实验教师，薪酬待遇、职称评定与专业教师同等对待。负责系统维护、技术支持和整理性实验课程的建设教学，负责与各软件厂商协同合作来保证设备和系统安全、稳定的运行，并定期组织专业教师进行平台使用培训。（2）专业教师。采取课时激励的方法鼓励专业教师承担实验课程（课程实验环节）。实验室专业教师队伍的建设可以在相对具备专业技能及实践教学经验的经管专业教师的带动下，引导各学科的专业教师加入到实验室教师团队中来，促进教学改革，调整教学方法和考核方法。（3）实验室管理人员。鼓励学生助教从事于实验室管理工作，通过短期培训即可对云桌面综合管理集成平台进行熟练操作。鼓励专职实验教师和专业教师将实验教学与科研协同发展，相互促进。校企协同开发实验平台和实验项目，申报各级虚拟仿真实验教学项目促进教学改革，出版相关实践实验教材，逐步建立完善的实践教学课程体系。不管是专职实验教师还是专业教师都可以在实验室教学过程中获得科研成果，使教学科研能力、职称评审、薪酬待遇均可得到很大程度的提升。
2.仿真实验中心管理制度的完善仿真实验中心采用开放式管理。学生可以预约时间使用仿真实验中心，也可以在任意的终端设备上随时随地访问虚拟仿真实验教学中心的实验教学资源及个人的实验数据进行查看和练习，促进学生自主性学习和个性化学习，同时为教师进行虚拟仿真实验教学方法改革提供更充分的条件。
3.跨专业虚拟仿真实验教学课程体系的开发建设虚拟仿真实验课程体系构建是虚拟仿真实验教学建设的重要内容。建设相对完善的跨专业虚拟仿真实验教学课程体系需要根据学生的反馈在实践过程中反复研究、反复实践、反复改革，这是一个持续不断的过程。因此，在之后的实验教学研究和实践中，应鼓励相关教师协同合作开设以提高综合实践能力为目标的跨专业虚拟仿真实验教学课程。学年论文和毕业论文也可以依托跨专业综合虚拟仿真实验成果撰写，将很大程度上提高学年论文和毕业论文的质量。
4.实验教学资源开放共享机制探索优质实验资源的开放共享是虚拟仿真实验教学中心建设的重中之重，从对各个高校实验中心的调研情况来看，资源的开放共享仍处于起步和探索阶段，包括技术方面和运行机制方面。仿真实验中心的开放共享主要是以实现校内实验项目和授课内容打通、校内毕业论文和校内创新项目打通、校内课程实验数据与跨专业综合虚拟仿真实验数据打通、校间虚拟仿真实验教学协同创新、校间虚拟仿真实验教学资源开放共享为目标展开。无论是校内资源还是校间资源的开放共享，都需要与企业、高校之间协同合作，共同研发核心技术，建立开放共享的协同机制，比如激励机制、利益分配机制等，防范开放共享产生的风险。
5.与创新创业教育、校企协同育人深度融合仿真实验中心为创新创业教育、校企协同育人项目提供校内实践基地，为这两个项目的顺利开展奠定了基础。仿真实验中心将促进校内创新创业教育的教学模式、教学方法和课程体系的研究和探索。2015年，西北政法大学被认定为陕西省省属大学生创业培训基地，实验中心无疑为开展大学生创新创业教育奠定了基础，搭建了平台，为校内所开设的创新创业课程与实践活动提供了充分的硬、软件环境。探索虚拟仿真实验与创新创业教育的深度融合的教学模式和教学体系，更好地开展双创教育。将仿真实验中心作为学校、企业共同参与的合作办学的校内实验实训实习基地，实验中心的综合虚拟仿真实验区构建真实场景的实习环境。拥有优质的实验教学资源的跨专业综合虚拟仿真实验中心对校企协同具有重要的深化作用。
6.与技能竞赛教学模式协同发展近年来，高校各专业技能竞赛日益增多，“以赛促学、以赛促教”的实践教学模式成为提高大学生综合实践能力的重要组成部分。在仿真实验中心创建以竞赛为目标的面向参赛学生全天候开放的创新实践基地，教师可根据学生参赛情况进行必要的赛前辅导和模拟演练，在跨专业虚拟仿真区进行项目的仿真演练，开发竞赛作品资源库，形成“教、赛、学”一体化实验教学体系，提高竞赛水平，培育出优秀竞赛作品，提高学生的创新实践能力。