1. 引言
在“双碳”目标背景下，我国能源领域正经历深刻变革，清洁低碳、智能高效已成为能源系统发展的主要方向。这对能源动力类专业人才培养提出了新要求，但传统实验教学面临着诸多挑战：一是大型能源装备实验环境建设成本高、运行维护费用大；二是高温高压等工况实验存在较大安全风险；三是设备规模和场地条件制约实验开展，难以支持大规模学生同时实践。虚拟仿真技术为解决这些问题提供了新的途径，通过构建真实感知、实时交互的虚拟实验环境，可以有效降低实验成本和安全风险，突破场地和时间限制。
然而，当前各高校虚拟仿真实验教学资源建设仍存在一些亟待解决的问题：一是优质资源分散，缺乏有效的共享渠道；二是建设标准不统一，影响资源的通用性；三是更新机制不完善，难以适应快速发展的行业需求；四是缺乏系统的质量评价和保障体系，影响教学效果。如何构建科学的资源共享机制，已成为提升虚拟仿真实验教学质量的关键问题。
基于此，本研究提出构建在线开放共享机制。以前期构建的能力图谱为基础，提出“能力导向、资源共享、协同创新”的核心理念，通过建立多元协同的资源建设机制、开放进化的资源共享体系、价值共生的运行模式和系统化的质量保障机制，实现虚拟仿真实验教学资源的高效共享与持续优化。本研究的主要创新点包括：一是提出基于能力导向的资源共建共享新理念，构建多方参与、优势互补的协同机制；二是创新“贡献–使用–提升”的价值共生模式，确保资源共享的可持续性；三是设计了完整的共享平台功能体系和质量保障机制。研究成果为推动虚拟仿真实验教学资源的开放共享提供了新思路。
2. 虚拟仿真实验教学研究现状
2.1. 能力图谱研究进展
能力图谱作为一种新型的能力描述和组织工具，在教育领域得到广泛研究和应用。江永亨等从能力培养的角度探讨了高校实验能力图谱基础架构及关键问题[1]，为基于能力导向的虚拟仿真实验教学资源建设提供了系统化的框架指导。刘金库等构建了“数字赋能工程能力培养新模式”，将工程理念、专业能力、工程创新能力、工程伦理意识等多维度能力要素融入虚拟仿真实验教学中，为构建科学的实验教学体系提供了理论框架[2]。
在能力评价与实践方面，熊宏齐研究发现，基于虚拟仿真的线上线下融合专业实验教学体系，能够有效解决传统实验教学中存在的设备规模大、实验成本高、安全风险大等问题[3]。朱姝通过对实验教学体系的层次性与协同性研究，深入探讨了实验教学改革的路径和方法，为虚拟仿真实验教学的系统化建设提供了重要参考[4]。
2.2. 虚拟仿真实验教学发展现状
随着信息技术的快速发展，虚拟仿真实验教学在工程教育领域取得了显著进展。Xu等的研究表明，虚拟仿真技术在能源动力工程控制系统教学中的应用，能够有效突破传统实验教学的局限[5]，为学生提供更加灵活和丰富的实践机会。特别是在大型设备操作和高危工况实验等方面，虚拟仿真技术展现出独特优势。
在教学模式创新方面，刘殷竹等提出了理实融合导向的新工科实验教学改革思路[6]。该研究强调要将虚拟仿真技术与实际工程问题有机结合，通过创设真实的工程情境来培养学生的工程认知能力、实验操作能力和数据分析能力。实践证明，这种教学模式能够显著提升学生的学习积极性和实践创新能力。
2.3. 资源共享机制研究
资源共享机制研究逐渐受到学术界的重视。Zhang等从知识发酵视角探讨了虚拟社区中可持续信息共享的影响因素和实现机制，研究指出建立有效的资源共享机制对促进教学资源的流通具有重要意义[7]。在技术支撑层面，Li等开发的基于虚拟现实的在线模拟器设计方案，为虚拟仿真实验教学资源的标准化开发和共享提供了技术参考[8]。这些研究为构建开放共享的实验教学平台提供了理论指导和技术支撑。
2.4. 存在的主要问题
尽管虚拟仿真实验教学取得了显著进展，但在资源建设和共享方面仍存在一些亟待解决的问题。谢莉花等通过比较研究指出，当前实验教学资源开发缺乏统一标准，这直接影响了资源的共享质量和使用效果[9]。同时，能力培养目标与资源建设的对接不够紧密，难以支撑系统化的人才培养要求。
在实践应用中还面临着共享平台建设相对滞后、激励机制不够完善、知识产权保护机制不健全等问题。特别是在校企协同共建方面，缺乏可持续的合作机制，制约了优质资源的深度共享和持续更新，难以适应快速发展的行业需求。
2.5. 发展趋势
综合现有研究成果，虚拟仿真实验教学呈现出明显的发展趋势。熊宏齐的研究表明，线上线下深度融合将成为实验教学的主要模式[3]。刘金库等强调，多维度统筹的能力培养体系设计是提升教学质量的关键[2]。Zhang等指出，资源共享机制正向更加可持续的方向发展[7]。同时，如Li等的研究所示，随着技术的进步，虚拟仿真实验教学平台的功能将不断完善，为教学改革提供更强大的支撑[8]。
这些研究成果为构建基于能力图谱的虚拟仿真实验教学在线开放共享机制提供了重要的理论和实践参考。未来需要更加注重能力导向，加强资源建设的标准化和规范化，深化校企协同，创新共享模式，推动虚拟仿真实验教学的持续发展。
3. 共享机制设计
3.1. 基本理念
本研究提出的在线开放共享机制建立在“能力导向、资源共享、协同创新”三位一体的理念基础之上。能力导向体现了能源动力类专业六维能力图谱的核心要求，包括工程基础能力、专业核心能力、工程实践能力、创新研究能力、可持续发展能力和智能化应用能力。按照江永亨等提出的能力图谱基础架构，通过构建模式层和数据层的对应关系，系统化设计虚拟仿真实验教学资源体系。其中，智能化应用能力的引入特别针对能源系统智能化转型的新要求，强调数字技术在工程实践中的创新应用。
基于能力图谱的虚拟仿真实验教学在线开放共享机制总体框架如图1所示。该机制以工程基础能力、专业核心能力、工程实践能力、创新研究能力、可持续发展能力、智能化应用能力六维能力图谱为支撑，通过“能力导向、资源共享、协同创新”三位一体的核心理念，构建了协同共建、开放进化、价值共生、质量提升四个创新机制，并通过政策制度、组织协同、技术支撑三个方面的保障体系确保机制的有效运行。
Figure 1. Diagram of overall framework of the online open sharing mechanism
图1. 在线开放共享机制总体框架图
3.2. 共享机制创新
3.2.1. 协同共建机制
协同共建机制突破了传统单一院校建设模式，构建了“高校 + 企业 + 行业”多元协同的资源建设新模式。借鉴熊宏齐(2022)提出的线上线下融合实验教学体系，本研究设计了面向六维能力培养的协同建设路径：高校主导基础理论和专业核心能力培养资源建设；企业重点提供工程实践、创新研究相关的案例资源；行业组织则从可持续发展和智能化应用角度，提供发展趋势和技术规范指导。三方优势互补、资源整合，共同推动虚拟仿真实验教学资源的高质量建设。
3.2.2. 开放进化机制
开放进化机制基于六维能力图谱要求，建立了资源持续优化和迭代更新的运行机制。通过“教学实践–问题发现–优化改进–再实践”的循环过程，各维度能力培养资源得到持续完善。特别是在智能化应用能力培养方面，通过收集数据分析反馈，不断优化资源的智能交互特性，提升教学效果。
3.2.3. 价值共生机制
价值共生机制创新性地提出了“贡献–使用–提升”的资源共享模式。基于Zhang等的研究成果，构建了资源提供方、使用方和平台运营方的良性互动关系。在六维能力培养框架下，各方基于自身优势开展深度合作：资源提供方获得多维度的应用反馈，使用方贡献创新性改进建议，平台方提供智能化的技术支持，共同促进资源质量提升。
3.2.4. 质量提升机制
质量提升机制构建了基于六维能力图谱的多层次评价体系。参考江永亨等的研究，从教学目标达成、资源应用效果、用户满意度和创新发展水平等维度开展评价。通过智能化的评价工具，实现对学习过程和能力发展的精准评估，为资源优化提供数据支撑。
3.3. 机制实施保障
实施保障体系从政策制度、组织协同和技术支撑三个方面构建了完整的保障机制。在政策制度方面，制定了支持六维能力培养的管理制度和评价标准，建立了知识产权保护和利益分配机制。组织协同方面，建立了由高校、企业、行业专家组成的指导委员会，形成覆盖六维能力培养的专家支持网络。在技术支撑方面，基于Li等的研究，开发了智能化的教学服务平台，为六维能力培养提供全方位的技术保障。
4. 共享平台功能设计
4.1. 平台总体架构
共享平台以六维能力图谱为指导，采用“四层”架构设计，构建了从底层数据到上层应用的完整技术体系。数据层作为基础，建立了支撑六维能力培养的数据模型，包括基础数据库、教学数据库、资源数据库和日志数据库，实现能力要素与教学资源的映射关系。服务层通过用户服务、资源服务、教学服务和管理服务四大模块，为六维能力培养提供功能支撑。应用层实现面向能力培养的具体功能，资源层则按照能力类型组织教学资源。各层次通过标准化接口实现无缝连接，确保平台对能力培养的全流程支持。如图2所示。
4.2. 核心功能模块
4.2.1. 资源管理模块
资源管理模块基于六维能力图谱构建分类体系，实现资源的科学组织与高效管理。对应工程基础
Figure 2. Diagram of the platform overall architecture
图2. 平台总体架构图
能力，重点建设包含热力学、流体力学等基础实验资源；面向专业核心能力，开发能源装备、动力系统等核心实验项目；针对工程实践能力，提供新能源应用、系统运行等实践教学资源；结合创新研究能力，设计开放性实验与创新项目；围绕可持续发展能力，建设节能减排、绿色能源等主题资源；针对智能化应用能力，开发智能控制、数字孪生等前沿实验项目。
4.2.2. 教学应用模块
教学应用模块面向六维能力培养目标，提供全过程的教学支持服务。在教学准备环节，支持教师基于能力目标设计实验方案；实验实施过程中，通过虚拟仿真技术构建沉浸式实验环境，并融入智能化辅助功能，引导学生系统提升各维度能力；在考核评价环节，采用多维度的评价体系，实现对学生能力发展水平的精准评估。
4.2.3. 协作交流模块
协作交流模块致力于构建围绕能力培养的开放共享社区。设置教师发展、学生学习、专家指导三个子社区，分别服务于不同用户群体的能力提升需求。通过积分激励机制，推动优质经验分享和教学资源优化，形成促进能力培养的良性生态。
4.3. 特色功能设计
平台基于六维能力图谱开发了一系列特色功能。在资源组织方面，构建了能力要素与资源的多维映射关系，支持精准的资源推荐。在学习支持方面，开发了个性化学习路径推荐系统，帮助学生制定合理的能力发展计划。在智能服务方面，融入人工智能技术，提供包括智能诊断、自适应学习、个性化反馈等功能，全面支持六维能力的培养过程。
4.4. 平台运行保障
平台运行保障体系围绕六维能力培养需求，从性能、安全和运维三个方面提供支持。在性能保障方面，采用分布式架构确保大规模实验教学的稳定运行；在安全保障方面，建立多层次的数据保护机制；在运维保障方面，提供全天候的技术支持服务。通过持续优化和完善，确保平台对能力培养的有效支撑。
5. 结论与展望
本研究围绕能源动力类专业虚拟仿真实验教学资源共享问题，构建了基于六维能力图谱的在线开放共享机制。研究构建了包括工程基础能力、专业核心能力、工程实践能力、创新研究能力、可持续发展能力和智能化应用能力在内的能力图谱体系，为虚拟仿真实验教学资源的系统化建设提供了理论框架。通过建立“高校 + 企业 + 行业”多元协同的资源建设模式，实现了理论优势、实践经验和行业需求的有机结合。基于“贡献–使用–提升”的价值共生模式，构建了开放进化的资源共享体系，并通过完善的质量评价机制确保共享资源的持续优化。
未来，虚拟仿真实验教学资源共享机制将向智能化、个性化方向发展。一方面需要深化六维能力图谱的应用研究，完善评价标准，优化培养路径；另一方面要加强人工智能技术在教学过程中的应用，提供更加智能化的资源推荐和个性化的学习支持。同时，应进一步深化校企协同创新机制，推进跨校际资源共建共享，促进虚拟仿真实验教学在新能源、智能化等新兴领域的广泛应用，为提升工程教育质量做出贡献。
基金项目
教育部实验教学和教学实验室建设研究项目(SYJX2024-060)，黑龙江省实验教学和教学实验室建设研究项目(SJGZ20240004)。