引言

2018年1月30日，教育部首次颁布了《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》（以下简称《国标》）。《国标》再次强调了以学生为中心，突出产出导向和持续改进，要求各高校紧密结合“一流本科、一流专业、一流人才”建设，修订人才培养方案，切实落实培养多样化、高质量人才。

实践教学是高等工程教育的一个重要环节。计算机技术和互联网技术的高速发展，促进了虚实结合实践教学模式的发展，虚实结合实践教学模式在相关专家及学者的推动下，在人才培养方面发挥了重要作用。

我国教育发展的当务之急是培养毕业后可进入实践工作领域的高质量人才。实践教学覆盖不同专业领域的不同学科，以及学科的经典、先进技术。实践教学与工程实际结合非常紧密，是学生掌握专业知识和实践技能的重要途径，也是学生提高解决复杂工程实际问题能力的重要途径。随着计算机技术的飞速发展，以互联网、物联网、大数据为代表的信息化技术不仅大大地丰富了实践教学内容，还拓展了实践教学、管理方法，同时对高校实践教学模式改革提供帮助。虚拟、虚实结合的实践教学模式，使学生更快地掌握专业知识、实践技能及解决复杂工程问题的能力，学生的综合实践能力得到了显著提升。

学生在学习或生活中，接触的数字化环境越来越多，更适应数字化环境。在线学习利用学生熟悉的环境，让学生更有兴趣参与，同时也为他们提供了便利。将传统面对面教学模式与虚拟技术辅助教学模式组合可以让学生在新技术的帮助下采用新方式进行学习和研究，充分发挥各自的优势。

为此，高校教师需要了解国内外虚实结合实践教学的理念及方法，掌握虚实结合实践教学研究现状。同时，在教育部专业认证、卓越工程师教育培养计划、工程教育专业认证、“新工科”建设思想，以及《国标》指导下，将实践教学模式的时代性、先进性、典型性、综合性和实用性相结合，着力于提高学生的科学研究素质，培养创新能力和创新精神，不断深化工程化、国际化、战略化的教育教学改革，切实落实“ 面向工业界、面向未来、面向世界”的工程教育理念。

1.国内研究现状

2010年，教育部发布了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》。在纲要中，加快教育信息化进程是单独列出的一章，设立了2020年建成基本完善的教育信息化体系的战略目标，并且第一次明确提出建设虚拟实验室，在加强教育信息化的硬件基础建设的同时，鼓励网络教学资源的开发和共享，强化信息技术在教学改革中的应用。

我国的教育信息化建设是从2008年开始的，MOOC在线学习平台从此得到大规模发展与推进。经过十余年的建设，我国的教育信息化历经了开放教学、虚拟仿真教学、移动教学等多维度发展。目前，国内的部分高校在MOOC、虚拟实验室建设、虚拟实验教学研究上已经取得了一些不错的成果。

华中科技大学生物科学实验室开发了虚拟实验教学环境项目，采取“虚实互补、能实不虚、以虚促实”的原则，对６种类型的生物实验进行了虚拟仿真开发。这些实验项目可以独立运行或作为实体实验的预备实验项目，具有独特的实验效果，激发了学生的实践创新兴趣。

国防科学技术大学的高性能计算实验室开发了云实验教学平台（以下简称“平台”）。平台融合了远程实验环境和真实硬件实验环境，将远程实验技术与云计算技术进行了深度融合，通过远程实验技术将虚拟实验引入到了实验教学中，组建了计算机硬件远程实验室。平台实验端共配置了5块天河阳光实验板，学生可以借助网络远程完成实验操作、共享实验环境。平台不仅为学生的课程实验和创新性实验提供了强有力的支撑，也为综合课程设计和毕业设计提供了必要的支撑，有效地解决了当前实验室硬件设备大量堆叠、资金投入巨大、实验环境建设重复、实验资源利用率低等问题。

哈尔滨工程大学电气工程实验教学中心也进行了虚拟仿真技术的应用实践。将计算机虚拟仿真技术引入电力拖动类课程的实验教学中，采用目前主流的引擎调用技术，在项目中实现了编程软件与仿真软件的混合编程，通过中断、数据文件在操作软件与仿真程序之间进行必要的数据传递，创建了一套电力拖动自动控制虚拟仿真实验系统。学生可通过这个虚拟仿真实验系统，验证自行设计的系统方案的可行性。虚拟仿真系统的研发与应用弥补了传统实验的不足，在培养学生综合能力方面起到了积极作用，在教学实践中取得了非常好的效果。

南通大学电工电子实验中心对虚拟实践教学全过程进行了深入研究，包括教学体系、教学模式、教学管理等多个方面，尤其在评价机制和过程监管方面，取得了一系列成果。该实验中心的指导思想是“以基本能力训练为基础，以综合素质培养为核心，以创新教育为主线”，将虚拟实验和真实实验进行了有效整合，不仅构建了适合课程实际的实验教学体系，还在实验教学模式上进行了虚实结合、优势互补的启发式、探究式设计。在电工电子实验中心搭建的开放式实验教学管理平台上，实验教学内容实时更新，学生可以自主学习、合作学习或进行创新研究。在过程监管方面，建立了多元化的实验教学评价体系，对教学全过程进行客观、全面、开放、科学的评价，保障了开放式虚实结合实验教学的高效进行。

2.国外研究现状

国外采用虚实结合实践教学模式的高校很多，开始时间也比国内高校早。2007年，美国犹他州州立大学最早开始利用大型开放式网络课程进行教学；2011年，美国顶尖高校陆续开设了网络学习平台，哈佛大学、麻省理工学院等一批著名高校已经在虚实结合实践教学上取得了一些非常有效的成果；2012年至今，更多国家及地区开始大力发展网络课程，并对学生免费开放，加之时间和空间上的开放，为更多有相应学习需求的学生提供了优质学习资源和终生学习、自我培训的途径。经过十余年的实践，虚实结合实践教学模式不断开发出新的服务内容和形式，不仅能够管理内容，也能在校际实现教学资源共享。通过教与学的连接与互通，运用大量数据及各种分析方法提高了教学质量和学生成绩。

（1）国外虚实结合的实践教学模式不仅为高等院校学生提供服务，也为特殊人群提供受教育的机会。2015年，位于柏林的民间非营利机构Kiron University依托现有在线课程，为难民提供免费接受高等教育的机会，将线上线下教学服务相结合。学生可以在线学习，参与虚拟研究，达到网络课程学习的相应要求后可申请学位，进入合作高校继续完成学位。目前，这个项目已经与22所欧洲、非洲高校进行合作，并与美国常春藤大学展开洽谈。

（2）“互联网+”技术的快速发展为虚实结合的实践教学模式带来了新的生机。为了在教室里开展仿真工作场所的合作，一些高校放弃了固定座位，将传统的教室变为动态教室，通过互联网技术，将来自不同地方的师生聚集在一起完成教学任务。

美国麻省理工学院于2000年提出MIT TEAL项目，旨在建立一个学生能够高度合作、动手操作的交互式学习环境。TEAL教室有13张桌子，可容纳117名学生同时使用。学生在教室中不仅可以进行真实的物理实验，还可以进行虚拟物理实验。

（3）可穿戴设备、虚拟现实技术、增强现实技术为虚实结合的实践教学模式提供了更多教学方法和手段。美国南加州大学的医学虚拟现实团队开发了模拟临床的可穿戴设备，其中的一项重点就是模拟战场环境下的医疗培训：利用谷歌眼镜以免提形式显示信息，通过语音命令进行通信，还能播放和记录学生的培训活动，让医学院的学生既可以从教师的角度学习医疗程序，又可以从病人的角度感同身受；美国加利福尼亚大学欧文医学院也将谷歌眼镜应用到学位课程教学中，第一、二学年的“解剖学”课程，第三、四学年的医院实习轮换均使用谷歌眼镜进行实践教学。

（4）国外拥有众多关于高新信息技术与教育教学关系的研究项目。

（5）研究表明，虚实结合的实践教学模式确实可以影响学生的成绩。2016年，美国《校园科技》（Campus Technology）杂志首次开展了关于技术辅助教学的调查，调查结果表明，71%的教师在教学中混合使用了在线教学和面对面教学。MIT的TEAL研究组对800名学生进行了实验组和对照组的对比研究后发现，实验组对概念的理解把握得更好，学生对师生交互性、软件可视化和动手实验等教学新方法认可度很高。同时，新教学策略使学生的及格率明显提高；英国密德萨斯大学也开展了一项研究，在一年级“解剖学”课程中设计了移动学习活动：实验组学生在课上使用iPad访问躯体肌肉和骨骼的3D应用程序，利用测验、游戏等功能增强记忆。反馈意见表明，学生能主动发现技术的趣味性，相较于讲授式教学，更喜爱实践学习，使用iPad的学生组获得了相对较好的成绩，学生利用移动端可以随时随地访问教育资源，培养独立性，建立终身学习的习惯。

3.结语

虚实结合的实践教学模式在我国高校开展时间稍晚于国外，但是发展迅速。在实践教育教学相关领域应用的主要信息技术包括多媒体技术、人机交互技术、可视化技术、虚拟现实技术、增强现实技术、物联网技术、可穿戴技术、自带设备、自适应学习技术、游戏学习、学习分析技术、创客空间、大数据和云计算等。

国内外高校在不同新技术应用方面都取得了较好的进展，实践教学案例丰富，“互联网+”实践教学的应用比较成熟，但是仍未形成有机的、系统的、结构清晰的虚实结合实践教学模式，利用大数据进行管理、反馈和评价的系统还需要进一步建设和完善。

摘自工业和信息化教育 2019-10-24