劉海珊 劉瑾 李洪芹

摘要：高教部指出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種全新的、融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。文章分析了當(dāng)前電氣類實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀、建設(shè)的必要性、目的及中心應(yīng)具備的特點(diǎn)展開討論，明確了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)以學(xué)生為本，以信息化教學(xué)為模式進(jìn)而共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;電氣;信息化

中圖分類號(hào)：G647 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）14-0383-02

一、引言

中國(guó)本科教育當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入了新時(shí)代，比如教育部制定了“雙萬(wàn)”計(jì)劃，為全面整頓本科教學(xué)秩序：淘汰“水課”、打造“金課”、取消清考等，所有措施都明確了本科教育的地位。而今，教育部大力推崇和發(fā)展的示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，落實(shí)到各高校則是以學(xué)院相關(guān)專業(yè)課程為建設(shè)主體。協(xié)同企業(yè)的研發(fā)和創(chuàng)新能力，系統(tǒng)地建設(shè)與整合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，服務(wù)于教師和學(xué)生。

按照學(xué)科專業(yè)的需求，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，其建設(shè)成果更體現(xiàn)了高校對(duì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開發(fā)，并可網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行實(shí)現(xiàn)資源共享。何為虛擬仿真？其實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源分為程序和系統(tǒng)兩大類：程序可構(gòu)建虛擬環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真、實(shí)時(shí)互動(dòng)的程序;系統(tǒng)則需要終端硬件設(shè)備支持。二者共同協(xié)作完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。如何建好電氣類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，本文就以下幾點(diǎn)展開分析。

二、高校電氣類實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)。

隨著高等院校應(yīng)用型本科建設(shè)的推進(jìn)，高校由“教學(xué)型為主”向“教學(xué)科研型并進(jìn)”改革的深入，高校教師提升科研能力的關(guān)鍵場(chǎng)所即為實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)前各高校的電氣類實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀如下。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)注度。現(xiàn)階段各高校人才培養(yǎng)方案中規(guī)定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)達(dá)到16個(gè)學(xué)時(shí)的課程須獨(dú)立設(shè)課，凸顯了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視。人才培養(yǎng)方案對(duì)理論課程和實(shí)驗(yàn)課程的差別對(duì)待，使學(xué)生形成一種重理論輕實(shí)驗(yàn)的思想意識(shí)。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)不足。根據(jù)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方案的新要求，各專業(yè)理論課程的總學(xué)分有所減少，也就意味著教學(xué)總課時(shí)減少。而實(shí)驗(yàn)課是需要多次實(shí)驗(yàn)操作來(lái)驗(yàn)證的，若減少實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)，則會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容需更新完善。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，各專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課往往緊密跟隨理論課程，但在實(shí)際操作中二者的銜接及實(shí)驗(yàn)課程常出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容不匹配的問(wèn)題。同時(shí)現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容又受實(shí)驗(yàn)裝置限制，從而容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)、脫節(jié)。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件有待改善。高校要投入大量人力、物力和財(cái)力，解決實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器和配套設(shè)備存在老化等問(wèn)題。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室數(shù)量有限，面向?qū)W生的開放性實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)重不足，使得學(xué)生為迎接各類競(jìng)賽等開展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動(dòng)場(chǎng)地不夠，實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件亟待改善。

上述問(wèn)題的存在，在一定程度上限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高，更制約了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。因此，學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和教師教學(xué)研究性轉(zhuǎn)變，亟須對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室則呼之欲出。應(yīng)以虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為契機(jī)，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐型人才培養(yǎng)的作用。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的前提

想單純靠硬件儀器來(lái)打造高水平的實(shí)驗(yàn)室面臨著隨時(shí)落后的危機(jī)?，F(xiàn)有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類多且數(shù)量大，實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)與設(shè)備管理任務(wù)非常繁重。開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)需注意以下幾點(diǎn)。

1.夯實(shí)基礎(chǔ)，緊跟學(xué)科前沿。為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，各高校各施所長(zhǎng)。以電氣類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為例，電氣類學(xué)科是一個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域，但它又與其他學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)交叉融合，適應(yīng)于電氣類專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室必須緊跟電氣類專業(yè)學(xué)科發(fā)展的新方向、新動(dòng)態(tài)。

2.人才培養(yǎng)發(fā)展的需要。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)要緊密圍繞本專業(yè)的人才培養(yǎng)計(jì)劃。比如上海工程技術(shù)大學(xué)已發(fā)展成一所學(xué)科門類齊全、辦學(xué)特色鮮明的應(yīng)用型本科院校。學(xué)校近年來(lái)不斷加大人才引進(jìn)，強(qiáng)化校企結(jié)合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，深化教學(xué)改革，持續(xù)提高教育質(zhì)量。

3.設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的需要。專業(yè)課程是培養(yǎng)人才的關(guān)鍵。以電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)為例，該專業(yè)學(xué)習(xí)電氣工程領(lǐng)域的理論、方法及工程應(yīng)用，課程體系注重強(qiáng)電與弱電結(jié)合?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室大多采取封閉式教學(xué)模式，限制了“優(yōu)化課內(nèi)，強(qiáng)化課外”的教學(xué)意識(shí)，缺乏“從概念到產(chǎn)品”的開發(fā)訓(xùn)練。同時(shí)，在很多實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中都存在高耗能、高危險(xiǎn)等不易實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)。以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)代替強(qiáng)電課程實(shí)驗(yàn)則顯得更為適宜，有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)周期長(zhǎng)、投入大、后期實(shí)驗(yàn)儀器性能老化、設(shè)備維護(hù)不到位等問(wèn)題。

4.師資力量提升的需要。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，師資隊(duì)伍建設(shè)必須先行。創(chuàng)新思維的前提是實(shí)驗(yàn)環(huán)境的豐富資源，基于硬件的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)顯然受到制約。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室借助網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式，轉(zhuǎn)化為開放式實(shí)驗(yàn)室，可以改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間和空間的局限性，吸引學(xué)生根據(jù)自身的愛好、專業(yè)興趣自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有效拓展實(shí)驗(yàn)渠道，豐富課外學(xué)習(xí)內(nèi)容。所以，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是擺在電氣類實(shí)驗(yàn)室面前的一個(gè)嶄新課題。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目標(biāo)

電氣類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)融合現(xiàn)代電氣技術(shù)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體。構(gòu)建以電氣類學(xué)科基礎(chǔ)課程為教學(xué)內(nèi)容的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，既可以構(gòu)建校內(nèi)共享的在線虛擬教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的“理、虛、實(shí)、訓(xùn)”一體化的學(xué)習(xí)環(huán)境，又有利于推動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、提升學(xué)生的實(shí)踐能力。同時(shí)，提升高校實(shí)踐教學(xué)信息化和資源開發(fā)共享水平，推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。適應(yīng)于電氣類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備的特點(diǎn)如下。

1.多樣化。教學(xué)資源傳播網(wǎng)絡(luò)化隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息化技術(shù)的發(fā)展更為突出。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室利用高科技，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)課堂，將教學(xué)形成一體化課程，學(xué)生自主學(xué)習(xí)。這種多樣性為一體的混合式教學(xué)模式，使得傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)模式將退出歷史舞臺(tái)。

2.人性化。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)削弱了時(shí)間和空間限制。學(xué)生可以根據(jù)自身理論學(xué)習(xí)情況，隨時(shí)獲取教學(xué)資源。同時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)又可對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、效果與成績(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示與激勵(lì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.全方位。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅支持學(xué)科基礎(chǔ)教學(xué)課程群，還適合開發(fā)支持綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融合多種新技術(shù)，形成集仿真技術(shù)于一體的教學(xué)資源庫(kù)來(lái)支持多種教學(xué)類型。隨著教學(xué)的深入，教師可不斷將自己的教學(xué)成果添加到系統(tǒng)中。

五、結(jié)論

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)符合新工科教育教學(xué)：教學(xué)方式由以“教”為主的傳統(tǒng)模式進(jìn)入更具創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的以“學(xué)”為主的模式。推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建立，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化的理論學(xué)習(xí)，身臨其境的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)從軟件到硬件，從產(chǎn)品概念到設(shè)計(jì)完成，從虛擬到現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電氣技術(shù)探究過(guò)程。以激發(fā)教師的研發(fā)與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和管理的能力，踐行著“理”“虛”“實(shí)”一體化教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)代信息技術(shù)推動(dòng)高等教育教學(xué)質(zhì)量提升的“變軌超車”。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙善民，何顯教，晉玲，等.開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革研究[J].醫(yī)學(xué)教育探索，2009，8（9）.

[2]陳代梅，敖衛(wèi)華，丁浩.淺談工科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革[J].考試周刊，2018，（3）.

[3]李春艷，易燁.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革[J].中國(guó)管理信息化，2014，（24）：114-115.

[4]朱君，宋樹祥，秦柳麗，等.“新工科”創(chuàng)新理念的電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，（11）.

Abstract：The Ministry of Higher Education has given an important directions：virtual simulation experiment teaching is a suitable model.This paper first analyses the current situation of electrical experiment teaching，and then discusses the current situation of experimental teaching，the necessity of construction，the purpose and the characteristics of the center.It is clear that virtual simulation laboratory is student-oriented and take information-based teaching as the mode to realize sharing of high-quality experimental teaching resources.

Key words：virtual simulation;electrical;information technology