教育部在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》、《教育信息化中长期发展规划（2021-2035年）》、《关于推进“互联网+教育”发展的指导意见》等文件中明确指出“加快推进信息化与高等教育深度融合”的指导思想。创新人才培养模式，以教育信息化带动教育现代化是我国教育事业发展的战略选择。

本成果依托“基于虚拟仿真技术的机械类专业实验教学综合改革研究”、“依托学科竞赛培养机械类大学生实践创新能力的研究与实践”等多项省级教研项目，创建了“机械类专业虚拟仿真实践教学研究团队，通过多年的教学研究与实践，充分利用信息技术，结合认知学习理论，提出了基于仿真技术的“多向并行-深度探究”的实践教学理念；构建了“三个模块、六条主线”的虚拟仿真实践教学新体系；开发了高性能虚拟仿真实践教学云平台及系列化教学资源。将虚拟仿真技术与教学理念、教学模式、内容体系、资源共享等深度融合，有效推动了机械类专业实践教学活动的创新性变革。主要研究内容及成果示意图如图1所示。

①运用线上线下、虚实结合、以虚助实、理实联动的“多向并行”模式，形成了浸润主导、交互联动、自主构建的“深度探究”实践教学新格局，促进了教与学的有机融合；

②创新设计了“三个模块、六条主线”的虚拟仿真实践教学内容体系，开拓了学生的工程及创新能力；

③开发了高性能虚拟仿真实践教学云平台，依托微服务架构及超算云等技术，构建了新一代GPU集群计算云化解决方案，开发了系列教学资源、优化了教学环境。

该成果已在北京航天航空大学、中国地质大学等近十所高校推广应用，学生的学习热情、工程及创新实践能力显著提高。仅在长江大学机械工程学院，近三年学生获得省级以上各类学科竞赛奖励150余项。

（2）主要解决的教学问题

①机械类专业知识体系复杂，单一的线下教学，师生互动难、资源共享难、学生理解难；线下以实物为主的实验、实训教学，无法满足高成本、高风险、大规模等方面的实验实训教学需求；

②机械类实践课程知识体量大，受教学周期、场地、空间等限制，学生缺乏对实践教学课程体系的统一认知，难系统地掌握实践学习内容；

③传统教学模式与现代信息化技术的融合研究不够深入，教学模式单一，教学资源亟待进一步开发，学生缺乏自主学习热情，不利于进行深度学习，难以实现教与学的有机融合。

（1）教学理念创新：提出了“多向并行-深度探究”的实践教学理念

①基于认知理论和教学改革研究，围绕知识讲授、学生实践能力训练和学习能力培养等，提出了依托虚拟现实技术，线上完成实验实训课程的预习、课程内容讲解、学生个人操作、回顾练习以及考核，借助虚拟场景将复杂问题简单化；线下有针对性地开展对理论或疑难问题的深入验证探讨，实现线上线下互补、虚实结合、以虚助实、理实联动的“多向并行”模式。

②以“多向并行-深度探究”理念为出发点，对虚拟仿真教学资源增加情景化、交互性设计，以满足具有不同特征知识模块的学习需要。形成了浸润主导、交互联动、自主构建的“深度探究”实践教学格局。

（2）内容体系创新：构建了“三个模块、六条主线”的机械类专业虚拟仿真实践教学新体系

面向新工科和产业发展，创新设计了“机械设计与产品创新、机械制造、实用机械”三个模块，“原理类实验、设计创新类实验、传统加工、现代加工、石油机械、通用机械”六条主线的教学体系。

①原理类实验仿真体系面向机械设计制造及其自动化等机械类专业学生已经开设的机构组成及运动实验、机构创新设计实验等；

②设计创新类实验包括凸轮运动仿真和实测、曲柄导杆滑块机构中滑块运动仿真和实测等七个实验，机械类学生进一步拓展仿真实验建设，为复杂结构动力学分析仿真打下基础；

③制造类实训以数控技术为核心，将虚拟现实技术应用于数控加工，从数控车、数控铣、数控钻为基本内容，向电火花等特种加工技术延伸；

④实用机械类实践结合学校的石油行业背景，以重点研究抽油机为突破口，向其它石油机械和通用机械延伸。

（3）技术应用创新：开发了高性能虚拟仿真实践教学云平台及系列化教学资源。

利用自主研发的YOUBOX开放实训平台及YOUBOX3D云桌面系统，依托微服务架构及超算云等技术，构建了新一代GPU集群计算云化解决方案，开发了《液压与气压传动虚拟仿真实验在线教学系统》等系列虚拟仿真教学资源，实现了跨时空、跨终端的虚拟仿真资源应用。

（1）成果推广应用成效显著

围绕“以学生为本”的教学理念，将线上的虚拟仿真实验教学与线下的课堂实践教学相结合，实现了复杂的实验实训教学问题的简单化以及基于虚拟仿真实践教学改革应用的全覆盖，开发了虚拟仿真云平台，平台含先进制造技术虚拟仿真实验13项，虚拟仿真机械工程实训20余项。

①教学改革不断深化，教学建设效果显著

基于研究成果出版立体化教材3部，建成特色实验课程10门。

获批省级精品资源共享课程1门，省级一流本科课程2门，湖北省省级教学团队1个。

2018年获湖北省教学成果奖二等奖1项，三等奖1项。

同时，该成果为获批机械设计制造及其自动化国家一流本科专业建设点、材料成型及控制工程省级一流本科专业建设点和教育部新工科项目“石油石化装备智能制造现代产业学院”提供了有力支撑。

②学生创新成果丰硕:

近三年累计获得省级以上各类学科竞赛奖励150余项，特别是在2021年湖北省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获特等奖和一等奖各1项，已获推荐参加国赛。学生承担国家级大学生创新性实验（创新创业训练）计划15项，发表科研论文150余篇，获得发明和实用新型专利165项。

（2）成果受到同行专家高度认可

项目组成员开发的虚拟仿真云平台，为中国工程院《推动超算云平台系统建设服务智能制造产业发展战略研究》科技立项提供了有力支撑，获得李伯虎、李培根、李德群、段正澄、杨叔子五位院士联合推荐；机械类专业虚拟仿真实验作为学院的教学特色，在2021年中国工程教育认证审核评估中得到专家组一致赞同和高度评价。

（3）示范作用显著，推广辐射面广

该成果于2020年获得长江大学教学成果一等奖，并受邀将实施经验在全校范围内做了分享。应用范围覆盖全校所有机械类和非机类专业，示范作用显著。

虚拟仿真平台及实践教学体系在北京航天航空大学、北京理工大学、西安交通大学、中国地质大学等10余高校得到推广使用，并获得一致好评。

武汉兴和云网科技股份有限公司现有员工51人，研发团队18人，团队人员组建的研发中心具有先进的理念和原创的技术，主要产品包括SingleCloud兴和超算云、CBLOCK云图智造、YOUBOX应用交付系统等创新产品，专注于工业设计仿真领域的高性能云计算技术产品。公司为深耕云计算服务领域，引入了一批在智能创新整体方案设计及软件开发领域有丰富经验的专家顾问。

张波，首席科学家，清华大学博士，历任美国INTEL麻省研发中心高级技术专家及项目研发负责人，美国新罕布什尔州立大学电子计算机系博士指导委员会成员，北美纽英格地区华人信息网络协会高技术中心主席。

童建农，技术总工，华中理工大学博士，从事高性能云计算平台技术研究20余年，拥有多项技术专利，具有丰富的计算机产品研发经验，是智能应用及云计算领域的资深专家。

该项目成果转化尚在起步阶段，企业规划，项目完成后的3年内，云平台服务用户规模翻番，2025年规划达到2亿元。

可通过专利转让、合作开发等方式进行成果转化