梁琨+談姝辰+金海燕+段敬紅

摘要：本文分析了計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心在高校教學(xué)建設(shè)中的必要性，介紹了西安理工大學(xué)計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)情況——該校形成了具有專業(yè)特色、應(yīng)用廣泛的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，而且通過虛擬實驗教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的有效結(jié)合，提高了本科生的實踐動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心；建設(shè)與實踐

中圖分類號：G642.41 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0267-02

在國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，教育信息化在教育教學(xué)領(lǐng)域和管理過程中的應(yīng)用正在逐步深入，該應(yīng)用有力地促進了教育模式、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式的深刻變革。高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容就是建立虛擬仿真實驗教學(xué)中心。2013年，教育部開展了國家虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)工作。虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建立是信息化技術(shù)與學(xué)科專業(yè)、實驗教學(xué)改革以及實驗教學(xué)示范中心建設(shè)發(fā)展深度融合的產(chǎn)物，它順應(yīng)了現(xiàn)代教育信息化的發(fā)展趨勢和現(xiàn)實需要，對高等教育質(zhì)量的提升和實驗教學(xué)改革的深化，產(chǎn)生了積極而重要的影響。

一、計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)必要性

國內(nèi)高校的計算機專業(yè)本科生的理論基礎(chǔ)知識相對比較扎實，但實踐與創(chuàng)新能力與世界一流大學(xué)的計算機專業(yè)本科生之間有較大的差距。探索提升計算機實驗教學(xué)的效果，提高本科生的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，是高校計算機教師近幾年不懈努力的方向。計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建立的必要性：①它可以為提高學(xué)生對計算機實踐課程的興趣和動力提供有效途徑。②它是培養(yǎng)學(xué)生自主構(gòu)建計算機仿真模型體系的最佳機會，有利于夯實學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，促進實踐創(chuàng)新能力的發(fā)展。③它是拓寬實驗教學(xué)的必經(jīng)之路，可以促使高等教育的功能從“人才培養(yǎng)者”向“人才設(shè)計者”轉(zhuǎn)變。綜上所述，實驗教學(xué)現(xiàn)已全面進入信息化時代，建立計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心是實驗教學(xué)改革發(fā)展的必然趨勢。

二、西安理工大學(xué)計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的具體實施

西安理工大學(xué)計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心（下面簡稱中心）是隸屬于校、院兩級管理的教學(xué)單位，它依托陜西省計算機實驗教學(xué)中心以及網(wǎng)絡(luò)計算與安全技術(shù)重點實驗室平臺建設(shè)，并由學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心為其提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。中心主要針對計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程兩個一級學(xué)科專業(yè)，以及其他學(xué)院計算機相關(guān)專業(yè)對于虛擬仿真實驗教學(xué)的需求，利用計算機科學(xué)與工程學(xué)院雄厚的技術(shù)力量，圍繞計算機實驗教學(xué)的特點，開發(fā)虛擬仿真實驗的硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)，開展基于虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)仿真、網(wǎng)絡(luò)攻防等技術(shù)的實驗教學(xué)及科學(xué)研究工作。

1.計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心的發(fā)展歷程和建設(shè)概況：①1994年至2013年，中心整合、發(fā)展階段；②2013年至2016年，計算機虛擬仿真教學(xué)示范中心建成、發(fā)展階段。目前，中心總占地面積3000平方米，擁有16個實驗室。面向全校開展計算機虛擬仿真實驗教學(xué)，已建設(shè)30個虛擬仿真實驗項目，實現(xiàn)了實驗教學(xué)資源的共享，取得的教學(xué)成果良好。

2.計算機虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)。我院計算機虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)最重要的一部分，就是建設(shè)計算機虛擬仿真實驗教學(xué)平臺。計算機虛擬仿真實驗教學(xué)平臺是由平臺加資源組合而成。該平臺具有一個虛擬的實驗中心門戶網(wǎng)站，并建設(shè)了一個開放式的虛擬仿真實驗教學(xué)管理和共享平臺，然后再陸續(xù)把計算機類虛擬實驗課程的資源放到該平臺來進行管理。平臺結(jié)合當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢，通過對關(guān)鍵技術(shù)的研究，建設(shè)了功能全面、技術(shù)先進、符合計算機學(xué)科特色的虛擬認(rèn)知實驗教學(xué)平臺，它能夠支持開放式的虛擬實驗教學(xué)和實驗教學(xué)資料的共享及互動。該計算機虛擬仿真實驗教學(xué)平臺分為三大部分，分別是計算機基礎(chǔ)教學(xué)平臺、計算機專業(yè)應(yīng)用平臺以及計算機綜合創(chuàng)新平臺。①計算機基礎(chǔ)教學(xué)平臺。該平臺下設(shè)基礎(chǔ)實驗平臺，該平臺承擔(dān)著全校計算機類基礎(chǔ)實驗課程，它面向全校本科生開放。在該平臺上，部署了自主開發(fā)的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)，并連續(xù)多年應(yīng)用于本科學(xué)生的期末上機考試中，取得的效果良好。②計算機專業(yè)應(yīng)用平臺。該平臺由網(wǎng)絡(luò)安全實驗平臺、軟件工程實驗平臺、物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺以及硬件實驗平臺組成，主要面向計算機學(xué)院本科生以及研究生，承擔(dān)著計算機專業(yè)的專業(yè)實驗課程，已應(yīng)用于本科實踐教學(xué)中，受到學(xué)生的好評。③計算機綜合創(chuàng)新平臺。該創(chuàng)新平臺由云混合實驗平臺和多媒體與虛擬現(xiàn)實實驗平臺兩部分組成。云混合平臺是由IBM公司合作建立，選用惠普公司的桉樹平臺和谷歌的Spark云計算平臺組成混合云基礎(chǔ)運行平臺。該混合平臺可以進行大規(guī)模信息系統(tǒng)的發(fā)布以及并行大數(shù)據(jù)的處理。在該平臺云端還部署了IBM公司的Rational系列產(chǎn)品，它覆蓋了云服務(wù)的需求分析、概要設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、代碼編寫、自動化測試、運營維護的全生命周期云服務(wù)開發(fā)工具。綜合創(chuàng)新平臺主要面向計算機學(xué)院研究生以及有能力的計算機學(xué)院本科生，已應(yīng)用于科研及研究生和本科生的實踐能力培養(yǎng)中，已開展了多項云端創(chuàng)新應(yīng)用。目前，我院研究生與本科生已經(jīng)在云服務(wù)創(chuàng)新平臺上開發(fā)了電子商務(wù)銷售平臺、智能交通調(diào)度系統(tǒng)、星云軟件自動化測試系統(tǒng)等多個云端創(chuàng)新應(yīng)用。多媒體與虛擬現(xiàn)實實驗平臺是利用國家部分投資建立的一個基于高端PC圖形工作站平臺的高檔VR實驗平臺，擁有三維數(shù)據(jù)掃描儀、數(shù)據(jù)頭盔、力反饋器、數(shù)據(jù)手套、圖形工作站、服務(wù)器、立體投影、數(shù)碼相機、三維激光掃描儀、光學(xué)成像設(shè)備、無人機以及Kinect等實驗設(shè)備及各種教學(xué)軟件等組成。該實驗平臺可以進行三維數(shù)據(jù)的采集與建模、三維場景的漫游與呈現(xiàn)、模擬裝配與操作等多媒體虛擬實驗。除此之外，多媒體與虛擬現(xiàn)實實驗室還具有一套動作捕捉實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境及系統(tǒng)的交互，即可對目標(biāo)上特定光點或標(biāo)記點進行監(jiān)視和跟蹤。它能準(zhǔn)確地跟蹤測量參與者的動作，將這些動作實時檢測出來，以便將這些數(shù)據(jù)反饋給顯示和控制系統(tǒng)。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立具有沉浸感、真實感和互動性的三維立體環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境中開展實驗，這可以培養(yǎng)學(xué)生利用計算機采集、處理和使用多媒體資源的能力，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達到了良好的教學(xué)效果。該實驗平臺為計算機圖形圖像類教學(xué)實驗課提供了實驗平臺，其中涉及的課程主要有：計算機圖形學(xué)、人機交互技術(shù)、數(shù)字圖像處理等。

3.計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心的特色與創(chuàng)新。計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代計算機專業(yè)教育方面的廣泛應(yīng)用已經(jīng)是一種必然趨勢。計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建立，培養(yǎng)了專業(yè)基礎(chǔ)扎實、知識結(jié)構(gòu)合理、掌握高科技知識的應(yīng)用型技術(shù)人才。計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心的特色：①整合各類資源，建立統(tǒng)一平臺；②信息技術(shù)與計算機實驗教學(xué)相融合；③科研轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實驗；④校企合作，共同培養(yǎng)工程實踐類人才。

計算機虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)是實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，它既為實驗室建設(shè)注入了新的活力，也為推進實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新增添了新的動力。西安理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院實驗中心，在近幾年的建設(shè)中，努力整合資源，投入較為充足的人力、物力、財力，努力提高教師隊伍應(yīng)用計算機開展虛擬仿真教學(xué)的能力，建成計算機虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，并將虛擬實驗教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有效結(jié)合，著力加強虛擬仿真實驗教學(xué)在日常教學(xué)中的比例。它在學(xué)生創(chuàng)新實踐成果、大學(xué)生設(shè)計競賽、國家級教學(xué)獎勵、國際合作交流等各個方面取得了較為顯著的成績。

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Construction and Practice for the Experiment Teaching Centers of Computer Virtual Simulation

LIANG Kun，TAN Shu-chen，JIN Hai-yan，DUAN Jing-hong

（School of Computer Science and Engineering，Xi'an University of Technology，Xi'an，Shaanxi 710048，China）

Abstract：This paper is necessary to construct the experiment teaching centers of computer virtual simulation in the university teaching. This paper introduces the construction of the computer virtual simulation experiment teaching center of Xi'an University of technology. The virtual simulation experiment teaching platform，which has special characteristics and wide application，is formed. Through the effective combination of virtual experiment teaching and traditional teaching，it can improve the practical ability of undergraduates and cultivate students' innovative consciousness.

Key words：virtual simulation；the experiment teaching centers of computer virtual simulation；construction and practice