李博文

（肇慶學(xué)院 電子信息工程院,廣東 肇慶 526061）

對(duì)利用現(xiàn)代信息技術(shù)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的探討

李博文

（肇慶學(xué)院 電子信息工程院,廣東 肇慶 526061）

面對(duì)現(xiàn)代教育的趨勢(shì)和教育部提高高校教學(xué)質(zhì)量的要求,文章通過(guò)對(duì)近年來(lái)高校應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了比較細(xì)致的分析與總結(jié),提出了運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)、仿真模擬實(shí)驗(yàn)、在線實(shí)驗(yàn)等新信息技術(shù)來(lái)解決當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的突出問(wèn)題,更好地培養(yǎng)創(chuàng)新人才,提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

信息技術(shù);高校實(shí)驗(yàn)教學(xué);模擬實(shí)驗(yàn);仿真模擬實(shí)驗(yàn);網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn);途徑

近年來(lái)，為了培養(yǎng)更多高素質(zhì)技術(shù)人才及擴(kuò)大高等教育范圍，在全國(guó)高校連續(xù)擴(kuò)招的新形勢(shì)下，各高校教學(xué)規(guī)模大大增加，目前我國(guó)高等教育入學(xué)率及在校生人數(shù)都居世界第一。如此龐大的高等教育規(guī)模，如何達(dá)到預(yù)期教學(xué)質(zhì)量及高校教育的要求，是每所高校及高職學(xué)校必須認(rèn)真對(duì)待和必須解決的問(wèn)題。

從教育部通報(bào)情況及有關(guān)資料來(lái)看高校擴(kuò)招之后，高等學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量就目前來(lái)看還不能完全適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，經(jīng)費(fèi)跟不上規(guī)模發(fā)展速度，辦學(xué)條件緊張，生均撥款嚴(yán)重不足，反映出隨著學(xué)生規(guī)模的日益擴(kuò)大，大多數(shù)高校除了教學(xué)師資不足外，更由于實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備不足等存在著各種教學(xué)資源緊缺的問(wèn)題，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件跟不上教學(xué)要求，學(xué)生很少或者沒(méi)有實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，直接導(dǎo)致教學(xué)效果差的結(jié)果（特別是工科、理科、醫(yī)學(xué)類學(xué)校及專業(yè)）。所以要穩(wěn)定高等教育規(guī)模，保證高等教育教學(xué)質(zhì)量發(fā)展高等教育就必須要把實(shí)驗(yàn)教學(xué)放到教學(xué)的重要位置上來(lái)，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量成為高校擴(kuò)招必須解決及必須解決的問(wèn)題。高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前存在的又比較突出問(wèn)題有：1、高校擴(kuò)招后帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)環(huán)境及場(chǎng)地缺乏、實(shí)驗(yàn)時(shí)間收到限制；2、現(xiàn)代新技術(shù)專業(yè)課程的開(kāi)設(shè)帶來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新的要求；3、社會(huì)實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)課程對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求；4、分校區(qū)太多的大學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嚴(yán)重影響。

針對(duì)上述高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，下面淺談一下如何利用信息技術(shù)來(lái)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的途徑：

1　利用虛擬實(shí)驗(yàn)，緩解資源緊缺，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本

虛擬實(shí)驗(yàn)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等值于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。

針對(duì)那些在現(xiàn)有條件下無(wú)法開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)或難以觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以及無(wú)法提供用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大型、貴重的精密儀器，可以設(shè)計(jì)成相應(yīng)的教學(xué)軟件環(huán)境，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建成為供實(shí)驗(yàn)教學(xué)用的互動(dòng)式虛擬實(shí)驗(yàn)室（或者平臺(tái)），在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬實(shí)驗(yàn)室具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)具有圖文并茂的特性，實(shí)驗(yàn)有關(guān)的數(shù)據(jù)資料豐富多彩，實(shí)驗(yàn)交互過(guò)程操作靈活，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)指導(dǎo)，學(xué)生可以一邊觀察窗口中顯示的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，一邊進(jìn)行操作，可體會(huì)到真正的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)操作虛擬儀器更加深刻的掌握了不同精密儀器的操作規(guī)程和使用方法。

基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)崿F(xiàn)讓教師和學(xué)生不受時(shí)空的限制，遠(yuǎn)程共享、甚至遠(yuǎn)程控制虛擬儀器設(shè)備、仿真模型，共享計(jì)算資源以及獲取其他信息，達(dá)到教學(xué)大綱的要求。通過(guò)輔助功能，管理員可以更加便捷的執(zhí)行實(shí)驗(yàn)管理工作，尤其是高校若設(shè)有多個(gè)校區(qū)，那么學(xué)生雖然身處不同校區(qū)，但可以通過(guò)遠(yuǎn)程的方式操作同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如此在一定程度上解決了師資力量短缺的問(wèn)題。多數(shù)院校已實(shí)施了此策略方法，通過(guò)網(wǎng)上開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)室，全天候?qū)W(xué)生開(kāi)放，深受廣大學(xué)生好評(píng)。部分高校應(yīng)用當(dāng)前一流儀器設(shè)備作為教學(xué)軟件，利用虛擬顯示展開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，所獲教學(xué)效果良好。

如中視典虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，就是基于VRP依托虛擬現(xiàn)實(shí)與多媒體技術(shù)，融合多種互動(dòng)硬件設(shè)置，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行真實(shí)的模擬仿真，節(jié)約現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源，共享教學(xué)設(shè)施，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力的例子；又如：Proteus虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，他是采用Proteus仿真軟件和相應(yīng)的硬件平臺(tái)構(gòu)成一個(gè)從虛擬到實(shí)際，從軟件到硬件，從概念到產(chǎn)品的全過(guò)程設(shè)計(jì)的多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它主要用于電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式系統(tǒng)（單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）等課程的實(shí)驗(yàn)、研究等。

2　利用仿真、模擬實(shí)驗(yàn)，提高高校學(xué)生綜合實(shí)踐實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/h2>

仿真就是建立系統(tǒng)的模型，并在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。既包括機(jī)械、水力、電子等諸多技術(shù)系統(tǒng)，也包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等一些非技術(shù)系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)具備的數(shù)據(jù)處理等諸多功能，可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使得一些條件缺乏地區(qū)的學(xué)生能夠切身體會(huì)到真正的實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生更好的掌握書(shū)本知識(shí)。

例如，建筑物受到地震產(chǎn)生何種影響和高層建筑受到風(fēng)產(chǎn)生的影響等相關(guān)實(shí)驗(yàn)，能夠利用計(jì)算機(jī)模擬的方法，模擬級(jí)別不同的地震或者風(fēng)對(duì)于高層建筑造成的不同程度的影響，且通過(guò)數(shù)據(jù)形式或彩色反映出應(yīng)力在結(jié)構(gòu)當(dāng)中分布情況，且該過(guò)程可重復(fù)使用，非常直觀容易理解。

若實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)社會(huì)實(shí)踐性，則利用實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件，使學(xué)生能夠可完成物流管理、CA認(rèn)證等模擬實(shí)驗(yàn)。比如房地產(chǎn)管理行業(yè)中的營(yíng)銷實(shí)驗(yàn)室，則是應(yīng)用了相應(yīng)的管理軟件安裝有相應(yīng)的模擬操作程序，學(xué)生能夠應(yīng)用各種管理技術(shù)，使得學(xué)生解決問(wèn)題的能力提高，可以有效解決經(jīng)營(yíng)管理和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)方面的實(shí)際問(wèn)題。具有獨(dú)特的實(shí)用性、競(jìng)爭(zhēng)性以及趣味性，效果遠(yuǎn)超課堂教學(xué)。

當(dāng)然，也可以象某些高校那樣，與企業(yè)合作來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)踐性的教學(xué)。聯(lián)合軟件公司和大學(xué)共同組建實(shí)驗(yàn)中心，基于精密的仿真實(shí)驗(yàn)器材和一流的技術(shù)以及高質(zhì)量的課堂課件，創(chuàng)建仿真企業(yè)平臺(tái)，可以很好的體現(xiàn)出管理特性和行業(yè)特性，對(duì)企業(yè)的環(huán)境及流程進(jìn)行仿真，對(duì)企業(yè)中不同的崗位職能等進(jìn)行模擬，且學(xué)生可自行模擬各種崗位，找到適合自己的職業(yè)角色，更好的定位自己，理論聯(lián)系實(shí)際，提供管理、營(yíng)銷、財(cái)務(wù)等方面的實(shí)驗(yàn)需求。國(guó)內(nèi)大部分高校為了更好的增強(qiáng)學(xué)生各項(xiàng)能力，提高專業(yè)素養(yǎng)，也紛紛利用現(xiàn)代仿真技術(shù)創(chuàng)建出多種可開(kāi)展會(huì)計(jì)電算化、證券期貨投資等一些實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室，其中較為典型的是國(guó)防大學(xué)的戰(zhàn)爭(zhēng)模擬實(shí)驗(yàn)室。以上方法均可提高學(xué)生各項(xiàng)能力，使理論教學(xué)和時(shí)間工作之間的差距進(jìn)一步縮小，學(xué)生畢業(yè)后可以更好的適應(yīng)工作崗位，對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要意義。

如通過(guò)Flash編程實(shí)現(xiàn)通信原理仿真實(shí)驗(yàn)等均屬于很好的應(yīng)用例子。

3　利用網(wǎng)上在線共享實(shí)驗(yàn)，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域

所謂網(wǎng)上在線實(shí)驗(yàn)，指的是利用互聯(lián)網(wǎng)的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行訪問(wèn)，可使得不同區(qū)域的實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)教育材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)共享，促使學(xué)生客座實(shí)驗(yàn)范圍擴(kuò)大，學(xué)生可通過(guò)遠(yuǎn)程的方式利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察并做好記錄，不再受區(qū)域與時(shí)間的限制，可使用各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要意義。

現(xiàn)如今，大多數(shù)高校聯(lián)合項(xiàng)目組已在化學(xué)工程、電子學(xué)、聚合物結(jié)晶學(xué)等科學(xué)建造遠(yuǎn)端應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，也就是教師或者學(xué)生可以利用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程方位真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室，可解除部分實(shí)驗(yàn)以便提高自身操作能力及豐富自己的科學(xué)知識(shí)。實(shí)現(xiàn)了高校間教學(xué)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的共享，如此即可更好的開(kāi)展教學(xué)，使得實(shí)驗(yàn)室短缺的問(wèn)題得到有效解決，還可節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

使用時(shí)學(xué)生可以在校園網(wǎng)的任意一個(gè)計(jì)算機(jī)終端登陸遠(yuǎn)端應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)室，并且在終端設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室儀器，實(shí)驗(yàn)室完成操作后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)返回至該學(xué)生所使用的終端。很多高校都有比較成功的例子。

例如基于iLab的在線共享實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)的搭建、遠(yuǎn)程在線共享網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的虛－實(shí)組合實(shí)驗(yàn)應(yīng)用及基于RFID的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上資源共享等等都是一個(gè)比較成功的例子。

綜上所述，在現(xiàn)今高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨諸多問(wèn)題所困擾時(shí)，虛擬儀器、仿真模擬、網(wǎng)絡(luò)等飛速發(fā)展的信息技術(shù)，提供了有效的解決措施可切實(shí)可行的解決這些難題。利用網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)創(chuàng)建出虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)屬一種有效的解決措施。盡管一切操作都為虛擬的，并且由于模型建立和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等方面造成的影響，然而只要在教學(xué)過(guò)程中大力推廣應(yīng)用仿真和虛擬等試驗(yàn)技術(shù)手段，并且有效結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真，即可發(fā)揮出新技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)，促使教學(xué)效果有效提高，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和加強(qiáng)在實(shí)踐實(shí)驗(yàn)方面的能力。通過(guò)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)、文學(xué)和工科等類的模擬試驗(yàn)已經(jīng)成功，促使實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能進(jìn)一步擴(kuò)展與增強(qiáng)，提高了教學(xué)效果，實(shí)驗(yàn)成本進(jìn)一步降低，實(shí)現(xiàn)了提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的目的。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.138

李博文（1962-）,男,廣東高要人,物理實(shí)驗(yàn)師,主要從事高校實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的管理、維護(hù)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等工作。