自教育发布《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》起，各院校根据自身情况和教学要求陆续投入对虚拟仿真实验室的申报建设工作，但从目前情况来看，各院校从虚拟仿真实验室建设标准和意识存在空白，面对市场上众多的虚拟仿真产品建设者也是眼花缭乱。虚拟仿真实验室不是简单的求新，也不是杂乱无章的硬件堆积，明确虚拟仿真实验室建设规范是行业发展的当务之急。最终实现预算被精确使用、实验室设被操作简单易上手、着实能辅助教学是虚拟仿真实验追求的终极目标。以下就是关于虚拟实验室建设的一些探究。
一、教育部政策
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，坚持立德树人，强化以能力为先的人才培养理念，坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的原则，突出应用驱动、资源共享，将实验教学信息化作为高等教育系统性变革的内生变量，以高质量实验教学助推高等教育教学质量变轨超车，助力高等教育强国建设。
国家虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。要突出以学生为中心的实验教学理念、准确适宜的实验教学内容、创新多样的教学方式方法、先进可靠的实验研发技术、稳定安全的开放运行模式、敬业专业的实验教学队伍、持续改进的实验评价体系和显著示范的实验教学效果。我部将按照先建设应用、后评价认定、持续监测评估的方式，按建设规划分年度认定国家虚拟仿真实验教学项目。
二、虚拟仿真实验室释义
虚拟现实技术实验教学简称虚拟实验室。虚拟现实（vr-virtual reality）,也称虚拟实境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技术相比，虚拟现实技术的主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟现实环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与虚拟仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。沉浸/临场感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征，对时空环境的现实构想（即启发思维，获取信息的过程）是虚拟现实的最终目的。虚拟现实技术的先进特性使得该项技术应用于各行各业的模拟仿真研究中，并切实有效地指导了生产实践。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中发挥了巨大的经济、军事和社会效益。虚拟现实技术在不远的将来就会像当年的计算机一样应用于社会生产实践的各个领域，它与网络、多媒体将并称为21世纪最具应用前景的三大技术。
三、建设虚拟仿真实验室优点
生动、逼真、立体的表现形式，能让抽象的实验过程浓缩在形象逼真的动画演示中，教师可结合实际的教学需求，最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势，提高教学效果。 演示实验室无法完成的实验。
辅助教师进行课堂实验演示：如复杂实验、危险性实验、极端破坏性实验、反应周期过长实验、无法控制反应过程以及在传统实验室无法完成的实验等。增强课堂趣味性：借助对多媒体技术（音频、视频、图像）、虚拟仿真技术、传感技术、输入输出技术构建了了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境，使学习者体验置身其中的感觉，能够实现互动实验教学，能最大限度地激发学生的自主实验兴趣以及解开知识奥秘的冲动，有助于发展学生的构建思维，具有独特的实验教学的实践作用。
四、虚拟仿真实验室和必要性
随着信息化技术的迅猛发展和普及应用，高校实验室建设得到了国家、各大高校的高度重视，通过近几年的建设已经取得了大量卓越的成果。然而，在如何体现信息化核心教学理念方面仍缺少实质性的方案和实践，特别是实验内容和实验手段，难以满足实验教学对于各学科支撑作用的需求。 虚拟仿真实验教学作为整个高校教学资源的一部分，在高等教育实验教学框架下系统运行，虚拟仿真实验中心的建设弥补了传统实验不能实现的教学功能，为当下实验教学质量的提高提供了一个有效的问题解决方案，其必要性在于：首先，网络化虚拟实验室比传统实验室更具有开放性，有效地打破了时间和空间的界限，学生可以灵活安排自己的实验时间，也可以根据专业、兴趣、爱好自主选择实验内容，对自己完成的综合设计性实验方案进行实验，有效拓展了实践渠道，丰富课外学习内容。其次，大大节省了实验室建设中人力、物力、财力的投入，降低了实验教学成本。实验仪器、实验耗材都是通过虚拟技术实现，实验教学的改革、实验项目的调整、实验方案的优化再也不受实验设备性能的制约，有效解决了传统实验平台建设周期长、投入大、设备功能缺乏、性能老化、更新补充不到位等问题，保障了教学的正常开展。再次，针对实践性强的理工类学科，利用虚拟仿真技术可以做到紧跟科学技术的发展趋势，通过课题研究、技术开发、工程实验、成果转化、产业化等产学研一体化的创新活动，将前沿技术融入教学，实现科研活动与教学活动、科技创新与人才培养的完美结合。同时，由于我国区域经济发展的不平衡，导致教育资源分布差异很大，一些地区短时间内难以建立良好的实验环境和优质的教学资源。因此，依托互联网的应用普及，虚实结合地开展虚拟仿真实验，将会极大地拓展课程受益面，成为一种非常迅速、有效、值得推广的教育资源辐射形式。
国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了虚拟仿真实验室。主要是由于虚拟仿真实验室采用的技术具有身临其境的真实体验感，人机交互性好以及利用率高、易维护、可同时提供多人学习、节省培训费用并可提高培训效率等诸多优点，虚拟仿真在教学和科研领域的应用价值越来越清晰的被教育和科研工作者所认识到。
4.1实验教学的需要
虚拟仿真实验可在实际实验教学中发挥巨大作用。涉及到大量学科知识、设备工作原理的课程，仅凭简单的课堂讲解或平面多媒体辅助教学，很难让学生对比较抽象的知识彻底了解；而通过虚拟仿真技术，将学科知识直观的呈现在学生面前，让学生在接近真环境的虚拟现场看到知识可视化呈现，肯定会大大调动学生的学习积极性和主动性，收到事半功倍的学习效果。通过仿真实验的开展，可以使学生对真实实验难以开展的实验项目的实验机理、反应规律、实验现象进行更深入的了解，有助于其对学科知识更加全面的理解和掌握，为学生由被动学习转变为主动学习提供了一条可行的途径。
4.2实验教学改革与创新和实验室建设需要
开放式虚拟仿真实验室采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验室环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验，同时提供网络实验教学的一体化管理功能。虚拟仿真教学是真实实验教学资源的重要补充，仿真实验教学资源与真实实验教学资源相结合，可以进一步完善实验教学体系。建设虚拟仿真实验室，一方面顺应了以教育信息化工作为主线的高等教育改革发展趋势，另一方面也满足了实验室建设和实验教学改革与创新的需要。近十年来，由于高校普遍扩招，需进行实验的学生人数越来越多，而受制于实验室建设费用高昂、实验指导老师有限等因素，传统实验教学中存在的教学方法单一，知识学习和实验动手操作相互分离，学生缺乏学习主动性和创造性等问题越来越突出，该教学模式已经不能完全满足新形势下的教学要求。而将开放式虚拟仿真实验教学作为一种新的教学资源加以引入便是解决此问题的一种有效方案。
4.3大型精密仪器操作培训需要
虚拟仿真实验室可以以学科等基础实验仿真为目的，形成实践能力教育平台；在此基础上，如能建立一套完善的运行管理体制，就可以进一步建设成具有扩展性、兼容性和前瞻性的实验教学管理和共享平台，从而进一步使该平台成为面向创新性人才培养的现代化实践教学基地、教师进行教学改革与探索的基地、虚拟仿真实验教学示范基地以及教学成果培育基地。仿真范围包括实验室场景(3d建模)、仪器操作、数据采集及数据分析，以真实实验数据库作为支撑，操作过程与真实仪器操作过程极为相似，完全可以满足大型仪器实际操作之前的日常培训的需要。如此，就可以让学生首先通过仿真软件来学习各类大型仪器的操作要领，待培训合格后即可使用真实仪器，这样既能最大程度的降低因学生误操作而造成仪器损坏的可能性，又可以使优质仪器资源有效服务于本科教学之中。
4.4实践教学的需要
虚拟仿真教学可以部分或全部替代高危险、高污染以及高消耗、高成本的实践环节，从而有效缓解现实实践教学资源不足的问题。而建设虚拟仿真实验室，在去相关企业实习之前，就可以通过仿真教学软件的演示及操作，使学生从宏观上了解大型设备生产的具体流程，知道重点设备及关键的工艺参数，然后再去现场参观学习就可以收到事半功倍的效果；同时，通过仿真实验教学，让学生在高度仿真的场景中安全高效的开展教、学、练、考，不仅可以节省大量时间和费用，避免了操作实际设备可能带来的危险，还能有效提高学生的创新能力及实践能力；当然，如果由于各种条件限制，学校暂时还没有建立合适的教学实践基地，化学虚拟仿真教学则可以部分或全部取代生产现场实习，起到弥补实践教学资源不足的作用。
五、虚拟仿真实验室建设要求
5.1以学生为中心的实验教学理念
坚持一切从学生的需求出发，注重对学生社会责任感、创新精神、实践能力的综合培养，注重知识传授、能力培养、素质提高的协同实施，调动学生参与实验教学的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和潜能，增强学生创新创造能力。
5.2准确事宜的教学内容
坚持问题导向，重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题。坚持需求导向，紧密结合经济社会发展对高校人才培养的需求，紧密结合专业特色和行业产业发展最新成果，紧密结合学校定位和人才培养特点，采用现代信息技术，研发原理准确、内容紧凑、时长合理、难度适宜的虚拟仿真实验教学项目。
5.3创新多样的教学方法
始终关注信息化时代背景下学生需求，重点实行基于问题、案例的互动式、研讨式教学，倡导自主式、合作式、探究式学习。创新实验教学项目资源呈现方式，注重通过文字、图片、视频等各种媒介促进教学准备、线上讨论、线下交流。加强网络化条件下实验教学规律研究，探索提升实验教学效果的方式方法。
5.4先进可靠的教育实验技术
虚拟仿真实验教学项目的研发要以完成教学要求和内容为目标，综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、传感器、超级计算、虚拟现实、增强现实、云计算等网络化、数字化、智能化技术手段，提高实验教学项目的吸引力和教学有效度。加强相关技术可靠性研究，注重对学生使用虚拟仿真实验教学项目的全方位、多层次防护，切实保障学生健康。
5.5稳定的安全的开放运行模式
充分考虑不同区域、不同层次、不同类型学生接入实验教学项目的运行需求，搭建具有开放性、扩展性、兼容性和前瞻性的虚拟仿真实验教学项目运行平台。注重对相关实验教学项目自有或共有知识产权的保护，注重对学生个人信息等的保护，严格遵守我国教育、知识产权、互联网等相关法律法规，按照“谁开发、谁负责，谁使用、谁负责”的原则确定基本安全责任。积极探索在线虚拟仿真实验教学项目可持续运行的有效模式。
5.6持续改进的评价体系
将虚拟仿真实验教学项目纳入相关专业培养方案和教学课程，制订相关教学效果评价办法。根据学生和教师反馈，持续改进相关教学评价机制。鼓励高校探索有利于虚拟仿真实验教学项目开放共享的教学绩效激励机制，建立高校间相关实验教学项目成绩互认、学分转换机制。
5.7显著示范实验教学成果
虚拟仿真实验教学效果显著，受益面大，学生实验兴趣浓厚，自主学习能力明显增强，实践创新能力明显提高。通过开展在线教学服务或技术支持等，积极发挥对专业类内实验教学信息化建设的示范引领作用。
六、虚拟仿真实验室建设思路
6.1定位明确、特色鲜明
科学和技术发展离不开先进的研究手段，人才的培养更离不开先进的实习和实验条件。高等学校以培养人才为中心，同时承担着知识产出和社会服务的重要任务。因此，高校实�...