黃容蘭 鄭瑤

摘要：隨著信息技術(shù)在高校教育中的應(yīng)用及推廣，越來(lái)越多的高校建設(shè)了各個(gè)專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為一種新型實(shí)驗(yàn)手段，具有與以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不同的特點(diǎn)和方法。本文以通信工程專業(yè)為例，嘗試從虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)入手，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)應(yīng)用型人才中的作用進(jìn)行研究及探討。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn);應(yīng)用型人才

隨著大數(shù)據(jù)，人工智能，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，傳感器技術(shù)、三維建模技術(shù)和綜合多媒體技術(shù)的發(fā)展，使得以信息技術(shù)應(yīng)用為本質(zhì)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。近年，隨著不少高校不少專業(yè)進(jìn)行擴(kuò)招，原有的辦學(xué)條件又不能及時(shí)的得到有效補(bǔ)充，特別是學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐方面，很多地方高校的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所、師資條件和實(shí)驗(yàn)器材都不能及時(shí)得到補(bǔ)充，所以現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源已經(jīng)無(wú)法滿足傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。此外，隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，通信實(shí)驗(yàn)室的各種設(shè)備也需緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐，而更新一套最新的通訊設(shè)備，需要投入較大的資金，而高校建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)有限，無(wú)法滿足實(shí)際需求，同時(shí)，通信設(shè)備容易損壞，如果學(xué)生操作不當(dāng)，設(shè)備很容易損壞，而通信設(shè)備維修成本高，通信實(shí)驗(yàn)室的高投入，高消耗，不便更新和共享等特點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)室后期維護(hù)和管理帶來(lái)很大的壓力，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、運(yùn)行與使用。

為了解決以上傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，很多高校建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，期待可以充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的作用，對(duì)一些高消耗、高投入和危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)虛擬仿真的形式顯現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)中，充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)應(yīng)用型人才中的作用; 此外，我們可以將最新最前沿的技術(shù)充實(shí)到虛擬仿真的教學(xué)內(nèi)容中，這樣更有利于更新學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)及創(chuàng)新能力。

近年來(lái)，隨著我國(guó)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，通信技術(shù)行業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展，社會(huì)對(duì)通信專業(yè)的人才需求量也在不斷擴(kuò)大。一方面，企業(yè)急需通信方面的人才，另一方面，目前高校培養(yǎng)出來(lái)的大量通信專業(yè)方面的人才無(wú)法勝任企業(yè)交給的工作，造成這兩者的脫節(jié)，很大部分原因在于培養(yǎng)學(xué)生的過(guò)程中，缺乏行業(yè)能力的培養(yǎng)，其中最重要的是動(dòng)手能力的培養(yǎng)和實(shí)際解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。而要解決上述問(wèn)題，我們需在調(diào)研市場(chǎng)對(duì)人才需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和地方特點(diǎn)，制訂出能夠與現(xiàn)有企業(yè)需求相吻合的人才培養(yǎng)方案。通信專業(yè)的人才需要具備扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)技能、能夠根據(jù)社會(huì)的需求和發(fā)展，快速的獲取和更新專業(yè)知識(shí)的能力，此外，還需具備運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，分析歸納實(shí)際問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)通信專業(yè)人才能力的要求也越來(lái)越高，而要達(dá)到這些要求，僅僅依靠課本和傳統(tǒng)的教學(xué)模式，包括上課模式和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這些要求的。

在此，本文提出與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相銜接的人才培養(yǎng)方案，著重從下面幾個(gè)方面進(jìn)行構(gòu)建：首先做好通信工程專業(yè)人才市場(chǎng)需求的分析，從市場(chǎng)需求分析入手，確立應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案和目標(biāo)，搭建與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符合的和相銜接的課程體系，最終執(zhí)行與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符合的教學(xué)實(shí)施過(guò)程。

為了培養(yǎng)出與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符合和相銜接的人才，我們從下面四個(gè)方面搭建了課程體系：通識(shí)教育課程模塊、行業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)模塊、專業(yè)教育課程模塊、實(shí)踐能力拓展模塊[3]。每個(gè)課程的模塊對(duì)應(yīng)不同知識(shí)和能力的培養(yǎng)，如下圖1所示。

;;;;;;為了培養(yǎng)出與企業(yè)需求相符合的人才，必須要大力打造實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，而以應(yīng)用信息技術(shù)為主要特征的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)正好適應(yīng)了資源共享和開(kāi)放辦學(xué)的高等教育的要求，它能夠給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)和自主實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放平臺(tái)和資源。在進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的同時(shí)，也為推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了動(dòng)力和活力。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)依托于多種現(xiàn)代技術(shù)，十分逼真的仿真各種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和儀器設(shè)備，讓學(xué)生通過(guò)虛擬場(chǎng)景，如身臨其境般的開(kāi)展各種實(shí)驗(yàn)，以此達(dá)到教學(xué)大綱中要求的各種實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｈ鐚?duì)某些實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展或者開(kāi)展的效果不理想，可以采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的模式進(jìn)行，這樣，不僅能激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和興趣，而且能進(jìn)一步提高學(xué)生收集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的能力，從而全面提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力，增強(qiáng)學(xué)生步入社會(huì)的適應(yīng)能力，切實(shí)提高學(xué)生多方面的能力。

創(chuàng)新能力是應(yīng)用型人才的主要特性。創(chuàng)新能力不僅指的是能夠?qū)χR(shí)和技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，還要能在實(shí)際工作中為社會(huì)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和新技術(shù)和新產(chǎn)品的研發(fā)作出一定的貢獻(xiàn)，以此來(lái)適應(yīng)社會(huì)技術(shù)快速更新的要求。中國(guó)傳統(tǒng)的高校教育重點(diǎn)注重對(duì)知識(shí)的教育，對(duì)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)力度不夠。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以利用仿真技術(shù)的高精度和高效率等特點(diǎn)，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和精神提供了良好的平臺(tái)。我們可以讓學(xué)生從入學(xué)開(kāi)始就接觸虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下，可以充分發(fā)揮自主學(xué)習(xí)性，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行包括專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課到各種學(xué)科競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)和各種創(chuàng)新活動(dòng)等，利用平臺(tái)可以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的有效性，為學(xué)生科技創(chuàng)新提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)，這樣能夠有力提升了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

應(yīng)用型人才的最基本屬性是實(shí)踐性，應(yīng)用型人才和理論型人才的最本質(zhì)的區(qū)別在于應(yīng)用型人才能夠?qū)⑿掳l(fā)現(xiàn)或者科學(xué)原理的知識(shí)直接用于社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中。所以應(yīng)用型人才要求具備專業(yè)的實(shí)踐操作能力，能夠熟練運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題。

在實(shí)踐能力培養(yǎng)方面，我們堅(jiān)持遵循了“虛實(shí)結(jié)合、 相互補(bǔ)充”的原則。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，我們?cè)O(shè)計(jì)了“專業(yè)基礎(chǔ)課程-專業(yè)核心課程-工程應(yīng)用仿真課程”這樣的實(shí)踐教學(xué)體系。

在專業(yè)基礎(chǔ)課程里，包括了通信工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程電路原理、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等課程，常用的虛擬仿真軟件有Multisim、Altium Designer和Proteus等EDA軟件。學(xué)生可以在電腦上利用以上的EDA軟件搭建各種電路，并對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試和修改，這種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)解決了以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中儀器陳舊，設(shè)備緊缺等問(wèn)題。利用這種新穎的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，有利于緊跟時(shí)代技術(shù)的發(fā)展，讓學(xué)生接觸到最新的設(shè)備和儀器，同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力等。

在專業(yè)核心課程里包括了通信原理，信號(hào)與系統(tǒng)，移動(dòng)通信等課程;這些課程我們可以采用Matlab、Labview、Multisim等軟件搭建了幾十種常用的元器件和常見(jiàn)的通信器材，包括電容、電阻，信號(hào)源、示波器，調(diào)制器、解調(diào)器、路由器等。虛擬仿真平臺(tái)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。學(xué)生通過(guò)這種高度相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境做實(shí)驗(yàn)后，能提高對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用。特別對(duì)于通信系統(tǒng)的構(gòu)建有了更深刻的，直觀的理解。學(xué)生可以任何時(shí)間段內(nèi)進(jìn)入虛擬仿真平臺(tái)，可以重復(fù)操作某個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)，對(duì)某個(gè)不熟練或者掌握不好的實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這對(duì)學(xué)生全面掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容起到很好的推動(dòng)作用。除此之外，我們還可以利用我們的虛擬仿真平臺(tái)，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作、鼓勵(lì)學(xué)生參加各類設(shè)計(jì)比賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)和進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)等。通過(guò)這些在虛擬仿真平臺(tái)上的各類設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在不限次數(shù)的各類設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中增強(qiáng)自己的實(shí)踐能力。

通過(guò)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以大幅節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)和提高設(shè)備的使用效率。移動(dòng)通信商業(yè)級(jí)別的設(shè)備一般只支持單用戶操作，而且設(shè)備昂貴且復(fù)雜，維護(hù)和使用成本較高，因此像LTE這種昂貴的通信設(shè)備，推薦通過(guò)虛擬仿真的純軟件的方式解決LTE設(shè)備不支持多用戶同時(shí)操作的問(wèn)題，使得學(xué)生在無(wú)法進(jìn)行實(shí)物操作的情況下，也能掌握好通信的基本原理，熟悉通信設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和如何配置數(shù)據(jù)等。另外，可以提高實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放程度，學(xué)生可以全天候的開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

總之，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是將信息技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域的一次較大的突破，對(duì)于通信工程專業(yè)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，通過(guò)硬件設(shè)備和虛擬軟件相結(jié)合補(bǔ)充使用的方式，有利于學(xué)生將理論知識(shí)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生通過(guò)配置各種設(shè)備的參數(shù)，解決了一些通信設(shè)備不能多人同時(shí)操作的問(wèn)題，再次，虛擬仿真平臺(tái)可隨著技術(shù)的發(fā)展，隨時(shí)可以擴(kuò)展和更新，這樣可以大大降低了實(shí)驗(yàn)室更新的成本，同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以全天候向?qū)W生開(kāi)放，可以大大提高了實(shí)驗(yàn)室的利用效率。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，充分體現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合，兩者相互補(bǔ)充，這樣能有效的提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，最終為培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供了有力的保障。

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廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目資助（編號(hào)：GXGZJG2018B153），梧州學(xué)院校級(jí)教育教學(xué)改革項(xiàng)目資助（編號(hào)：Wyjg2019A089），梧州學(xué)院校級(jí)教育教學(xué)改革項(xiàng)目資助（編號(hào)：Wyjg2019B017）。

黃容蘭（1982-），女，漢族，廣西梧州市，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)樾畔⑼ㄐ叛芯考皩?shí)驗(yàn)室建設(shè)及管理。