国家级虚拟仿真实验教学一流课程：演进、特征与趋势

一、引言虚拟仿真实验教学一流课程是国家级5大“金课”（线上一流课程、虚拟仿真实验教学一流课程、线下一流课程、线上线下混合式一流课程、社会实践一流课程）的重要组成部分，旨在通过现代信息技术、智能技术与实验教学的深度融合，着力破解高等院校实验、实习、实训中的“老大难”问题，有效解决原来“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的问题，不断提升高等教育实验教学质量和育人水平[1-2]。中国知网检索可知，虚拟仿真实验教学的相关研究主要聚焦具体虚拟仿真实验的内容设计、模型构建与研制开发等，从整体上关注国家虚拟仿真“金课”建设情况的研究较少。鉴于此，文章在厘清国家虚拟仿真“金课”发展历程的基础上，对1200门国家虚拟仿真“金课”的分布特征进行分析，从中获得启示和思考，以期为虚拟仿真实验教学工作提供参考。二、发展历程文章主要从名称变化和认定结果2个维度梳理国家虚拟仿真“金课”的发展脉络。国家虚拟仿真“金课”名称变化过程如图1所示。其名称历经3次变化，即2017年是“示范性虚拟仿真实验教学项目”，2018年改为“国家虚拟仿真实验教学项目”，2019年统称“国家级虚拟仿真实验教学一流课程”。具体来说，2017年7月，教育部在继续推进国家级虚拟仿真实验教学中心建设的同时，印发《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》（教高厅〔2017〕4号），决定在普通本科高校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设与认定，计划4年认定1000项左右[3]。2018年6月，教育部印发《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》（教高函〔2018〕5号），提出按建设规划分年度认定国家虚拟仿真实验教学项目，明确国家虚拟仿真实验教学项目是示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作的深化和拓展[4]。2019年10月，教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》（教高〔2019〕8号），计划3年左右建成万门左右国家级和万门左右省级一流本科课程，即一流本科课程“双万计划”，也就是“金课”建设计划[5]。国家虚拟仿真“金课”认定结果过程如图2所示，即认定的“金课”数量逐年增多，虚拟仿真实验教学稳步发展。具体来说，2018年4月，教育部对综合评价认定的105项2017年度示范性虚拟仿真实验教学项目名单进行公示，同年6月，该批项目以首批国家虚拟仿真实验教学项目的名称予以认定并公布。2019年3月，教育部认定296项虚拟仿真实验教学项目为2018年度国家虚拟仿真实验教学项目。同年7月，以国家虚拟仿真实验教学项目的名称开展了2019年度的认定组织工作，其认定结果同其他4类“金课”（同年11月组织认定）一同公布，即2020年11月，教育部认定5116门课程为首批国家级一流本科课程，其中，国家虚拟仿真“金课”728门，除新认定的327门课程外，包括了2018年和2019年分别认定的105项和296项国家虚拟仿真实验教学项目。2023年5月，教育部对第二批国家级一流本科课程认定结果进行了公布，共5751门，其中，国家虚拟仿真“金课”472门。2批认定的国家虚拟仿真“金课”合计1200门整。三、分布特征（一）数据来源从教育部官网和国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台（以下简称“实验空间”）获取1200门国家虚拟仿真“金课”数据。主要建设单位为多个的则取排名第一的单位；第二批国家虚拟仿真“金课”472门，以归属2021年计。全国普通高等学校名单使用教育部2022年5月31日公布的名单；“双一流”高校名单使用首轮“双一流”高校名单。课程建设单位所属区域，采用国家统计局经济地带划分标准，即划分为东部、中部、西部和东北4个地区[6]。（二）建设单位分析1.基本概况国家虚拟仿真“金课”建设数量逐年增多，分别为105门、296门、327门和472门，共计1200门。其来源于376所高校（占本科院校数的29.6%），平均每所高校3.2门。认定课程高校的数量逐年增长、不断扩大，从2017年的91所增长到2021年的246所，但是高校增长的速度低于课程增长速度。课程数量排序前十位的高校见图3。山东大学和天津大学同有16门并列第一。10所高校均为“双一流”建设高校，共获认定课程数145门，约占总课程数的12.1%。认定年度连续有课程入围的高校有38所，图3中有9所高校位列其中。2.高校层次高校层次的分布情况如表1所示。从不同层次高校课程数来看，在1200门国家虚拟仿真“金课”中，“双一流”建设高校689门（占比57.4%），其他高校511门（占比42.6%）。从不同层次高校覆盖范围来看，一流大学建设高校中仅有1所没有认定课程，86.7%的一流学科建设高校均有认定课程，其他高校中近八成尚未进入国家虚拟仿真“金课”行列。从认定课程高校的平均课程数来看，一流大学建设高校、一流学科建设高校和其他高校之间，呈倍数递减分布状态。“双一流”建设高校是示范引领和有效推动虚拟仿真技术与实验课程教学深度融合应用的主导力量。3.省域地区从高校所在省市的统计分布来看，全国31个省市自治区，青海省和海南省没有认定课程；在有课程分布的29个省市自治区中，江苏省共153门（占比12.8%）高居榜首，比河北省等12个排序靠后的省市自治区的总和（147门）还多。从排序前十的高校的所在省市来看，东部地区涉及7所（表2）。进一步按地区汇总得出，东部以655门（占比54.6%）占据绝对优势；中部236门（占比19.7%）；西部205门（17.1%）；东北因省市较少，仅104门（占比8.6%）。结果表明，国家虚拟仿真“金课”地区分布的不平衡性突出。就同一地区而言，课程分布的不平衡性和集聚性特征同样明显。比如，东部主要集中在江苏和北京，中部主要集中在湖北和湖南，西部主要集中在陕西和四川。这种分布特征是我国在高等教育资源分布、经济发展水平、高等教育信息化建设与融合发展程度等方面差异性的综合体现[7]。（三）课程团队分析1.主要团队成员人数对课程主要团队成员人数进行统计，结果显示：国家虚拟仿真“金课”主要团队成员的人数多为5人（900门），4人的68门，3人的11门，2人的2门，另外，还有6人的211门和22人的1门（数据来自“实验空间”），其他7门未采集到信息。有学者提出，1门国家虚拟仿真“金课”一般需要5人（1名负责人和4名主要骨干）[8]。国家虚拟仿真“金课”申报书要求主要团队成员限5人内。2.负责人行政职务根据“实验空间”采集到的负责人行政职务信息进行统计，结果显示：从整体来看，1200门课程中，18.1%的负责人为一线教师无行政职务；81.9%的负责人担任行政职务，主要以学院行政职务和其他行政职务为主，占比分别为41.9%和29.8%，校级行政职务和部门行政职务相当，占比分别为5.0%和5.2%。从趋势来看（图4），负责人担任行政职务的比例呈小幅度上升趋势，其中，学院行政职务比例逐年稳步增长，其他行政职务保持在5%左右的幅度上下波动。这说明负责人担任行政职务，在申报认定中具有明显优势。但是，在充分肯定学科带头人建设虚拟仿真课程的积极热情和丰富经验的基础上，应进一步鼓励和支持一线教师参与到课程建设中来，调动和发挥年轻教师开展实验教学信息化研究与建设的主观能动性[9]。3.合作情况1200门国家虚拟仿真“金课”均以合作方式完成，不存在独立完成情况。合作形式主要以单位内部合作为主，仅有3门课程是跨单位合作，其中2门属于对口支援高校之间的合作，分别是西藏大学和武汉大学共同承担的《高铁列车一级检修虚拟仿真实验教学项目》、西藏民族大学和东南大学共同承担的《呼吸道传染病突发事件应急处置及效果的虚拟仿真实验》。另外1门是由宁夏大学和厦门理工学院合作完成的《面对突发需求的生产资源配置决策虚拟仿真实验》，2所高校在人才培养方面有长期、深度的合作基础，如早在2018年就合作共建共享校外实践基地、互派本科生联合培养等。（四）主题内容分析1.学科类别与门类在获取到学科信息的1194门国家虚拟仿真“金课”中，覆盖61个学科类别。2017、2018、2019和2021年认定课程覆盖的学科类别分别为8个、23个、27个和41个。如图5所示，排前十的学科类别共涉及469门认定课程，其中管理类以70门（占比14.9%）居首位。值得关注的是，马克思主义理论类在4年建设规划中尚未被列入，说明虚拟仿真实验技术融入思政课是新时代思政课改革创新的新要求、新方法，有益于思想政治教育教学效果真正进耳、入脑、印心[10]。国家虚拟仿真“金课”覆盖学科所属门类分布情况见表3。从认定总数上看，工学以517门（占比43.3%）排第一，优势显著。从认定时间上看，首次认定的国家虚拟仿真“金课”集中分布在工学、医学和理学中，历史学和农学在近期的认定中没有课程入围。从认定趋势上看，每年均有认定课程的是工学、医学和理学，其中，工学和理学变化趋势较为稳定，医学从占比33.3%大幅递减为5.8%。2.课程性质对1194门国家虚拟仿真“金课”进行统计分析（表4），结果显示：1127门（占比94.4%）课程的课程性质为相关专业基础课和核心课，说明这些“金课”对相应专业的人才培养具有重要支撑作用。公共课数量不多，但是趋势上是逐年增多的，在一定程度上说明采用虚拟仿真实验教学方式可以有效解决大型综合训练不足的问题。3.课程类型课程类型包括研究探索、综合设计、基础练习和其他4类。1194门国家虚拟仿真“金课”的课程类型变化趋势如图6所示。基础练习型近似线性大幅下滑，综合设计型大幅增长后趋于稳定，研究探索型在近年快速增长。这种分布特征与国家虚拟仿真“金课”要体现基本要求基础上的研究与探索、凸显“两性一度”建设要求相一致。可以预见，未来认定的国家虚拟仿真“金课”中，研究探索型的课程比例会进一步增大，形成综合设计型和研究探索型“六四分成”的分布格局。四、研究结论第一，从课程的建设单位分布特征来看，地区分布不均衡性突出，东部地区优势明显；省域分布两级分化严重，主要集中在经济和信息化发展水平较高、教育资源较丰富的省份，个别省份尚未有认定课程；高校层次分布差异性较大，“双一流”建设高校在课程数量、覆盖范围、平均数等各方面均领跑普通高校。第二，从课程的负责团队分布特征来看，多达75%的课程的主要团队成员人数以限额要求的5人为主；主要团队成员的合作形式以单位内部合作为主，跨单位合作极少；行政职务在课程资源统筹与分配、建设与申报中具有优势，82%的负责人担任行政职务，且年度分布呈小幅度上升趋势。第三，从课程的主题内容分布特征来看，学科类别覆盖范围不断扩大，管理类学科占比居首位；课程数占比达双位数和每年连续有认定课程的学科门类均是工学、医学和理学，其中工学占比为43.3%，占据绝对优势；课程性质以专业基础课和核心课为主；综合设计型和研究探索型实验课程占比稳定增长，契合“金课”“两性一度”要求。五、发展思考（一）重视均衡发展国家虚拟仿真“金课”分布不均衡是由我国高等教育发展不平衡导致的。其实，国家虚拟仿真“金课”的申报与评审与学校水平无直接关系[11]，是依据课程所属学科类别的建设和发展水平分类评价的[12]，这在一定程度上避免了评定结果差距的进一步扩大。国家虚拟仿真“金课”应在名额分配上多向薄弱地区倾斜，并在同等条件下给予优先支持。同时，中西部地区高校应多在“特色”上下功夫，依托学校优势学科，挖掘人才培养特色元素，融入地方历史与文化底色，整合优质资源，持续培育和建设，增强课程竞争力。（二）加强校际共建由虚拟仿真实验教学创新联盟技术工作委员会编制的《虚拟仿真实验教学课程建设指南（2020年版）》（以下简称“指南”），涵盖8个专业领域、61个专业类，涉及500余个专业方向、3061门实验课程、7254个实验项目方向、10490个虚拟仿真实验。高校应以“指南”为指引，以两性一度”为要求，加强校际合作，共建共评共享，在保证课程建设更有质量的同时，有效避免重复建设造成的资源浪费。教育部门应在建设经费支持、“金课”评审等各方面，优先支持校际合作建设课程，特别是强弱联合的帮扶型校际合作课程，引导高校广泛开展校际合作共建。（三）探索混合式教学有机融合“线上”与“线下”教学优势的线上线下混合式教学模式，经长期、广泛的教学实践，被证实是一种教学效果较好的教学模式，已逐渐成为教学新常态、新范式[13-15]。学科优势不足、建设经费紧张、课程特色缺乏的高校应转变思路，以引代建，通过遴选引进校外优质虚拟仿真实验课程资源，结合教学计划和教学需求，开展线上线下混合式教学。教育部门应建立国家虚拟仿真“金课”免费开放的长效机制，提供课程资源保障。（四）推进开放共享开放与共享是国家虚拟仿真“金课”建设的核心理念和基本要求[16]。但是，在实际应用中，“重建设轻应用”现象严重[17]。调查发现，“实验空间”课程存在链接长时间无效、无法访问，或加载时间过长，或面向校外人员不开放等问题。因此，应进一步优化“实验空间”功能，挖掘和分析应用数据，建立和公布问题课程清单，增强平台自动监督能力；应加大“实验空间”和国家高等教育智慧教育平台“虚拟仿真”专栏宣传力度，让广大师生在应用的同时，能够监督课程资源开放共享情况，确保课程资源的有效性；应制定虚拟仿真实验