淺談計算機(jī)虛擬實驗室的建設(shè)

隨著時代的發(fā)展，科技進(jìn)步對人才的創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)提出了更高要求。在職業(yè)教育中，學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng)需要比普通公共教學(xué)占用更多的教學(xué)資源，計算機(jī)虛擬實驗室建設(shè)是發(fā)展教學(xué)資源的必要手段。

一、虛擬實驗在現(xiàn)代教學(xué)中的意義

實驗是教學(xué)活動中一個必不可少的環(huán)節(jié)，例如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)維護(hù)、電子商務(wù)等實踐性很強(qiáng)的學(xué)科。培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力和解決問題的能力，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)更是至關(guān)重要。然而，在傳統(tǒng)教育模式下，技工院校存在著理論教學(xué)與實驗教學(xué)分離、實驗設(shè)備因受資金限制而嚴(yán)重短缺、實驗缺乏相應(yīng)的實現(xiàn)條件等情況，以至嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量的提高。

根據(jù)現(xiàn)代人才培養(yǎng)模式的需求，為滿足培養(yǎng)具有高素質(zhì)、創(chuàng)新能力人才的要求，實驗教學(xué)要不斷地進(jìn)行改革，向綜合型、設(shè)計型轉(zhuǎn)變，但這種新型教學(xué)模式的充分實現(xiàn)必須有高技術(shù)化的手段和條件支持，因而網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)成為現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的大趨勢。虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，具有如下幾個特點：

1.改變了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，拓寬了實驗教學(xué)的空間和內(nèi)容

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式由于受人力、物力、財力、空間、時間等諸多條件限制，很難滿足實驗教學(xué)的要求和學(xué)生動手操作的強(qiáng)烈愿望。虛擬實驗室系統(tǒng)投入使用后，能克服傳統(tǒng)模式下的諸多條件制約，很好地滿足教學(xué)需求。

2.加強(qiáng)了對學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力、解決實際問題能力的培養(yǎng)

使用虛擬實驗室教學(xué)系統(tǒng)，學(xué)生可以按照課程安排做實驗或者自主設(shè)計各種實驗，可大大提高學(xué)生分析和設(shè)計的實際能力。實驗過程中虛擬實驗室教學(xué)系統(tǒng)會給學(xué)生提供錯誤提示，避免學(xué)生在實驗過程中因為怕犯錯而不敢嘗試新的方法，可以激發(fā)學(xué)生的動手欲望，大膽地去做出個性化的東西，使實驗更加自由化。

3.縮短了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的距離，提高了教學(xué)質(zhì)量

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)是分離的，無法實現(xiàn)理論設(shè)計與實驗驗證的連貫性，虛擬實驗室系統(tǒng)可使理論設(shè)計與實驗驗證一氣呵成，能很好地解決理論教學(xué)與實踐教學(xué)分離的問題。

二、虛擬實驗室系統(tǒng)基本框架

根據(jù)各個學(xué)科教學(xué)大綱的要求，虛擬實驗室系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)分為計算機(jī)專業(yè)內(nèi)容、公共課內(nèi)容兩部分。對于任何一個實驗都應(yīng)該包括實驗預(yù)習(xí)、實驗要求、實驗步驟、實驗內(nèi)容、實驗幫助、實驗測試等教學(xué)部分。按照模塊化設(shè)計的原則，虛擬實驗室系統(tǒng)分為公共模塊、教師模塊、學(xué)生模塊、系統(tǒng)管理員模塊四大部分。

1.公共模塊

公共模塊（老師、學(xué)生均可使用）有：注冊與登陸模塊、公共信息模塊、自由實驗室模塊、實驗參考資料庫、實時交流模塊、實時答疑模塊、幫助模塊。

2.教師模塊

老師使用的模塊有：實時指導(dǎo)模塊、實驗演示視頻廣播模塊（可以網(wǎng)上做實驗演示）、實驗內(nèi)容管理模塊、實驗成績管理模塊、實驗報告管理模塊。

3.學(xué)生模塊

學(xué)生使用的模塊有：實驗演示模塊、語音講解模塊、動手實驗?zāi)K、實驗報告管理及實驗結(jié)果分析模塊。

4.系統(tǒng)管理員模塊

系統(tǒng)管理員使用的模塊有：用戶管理模塊、公共信息發(fā)布管理模塊、數(shù)據(jù)維護(hù)模塊等。

三、虛擬實驗室的特點

虛擬實驗室系統(tǒng)不僅提供了計算機(jī)學(xué)科實驗所需要的各種虛擬物理器件，能完成課程所要求的各種實驗，而且系統(tǒng)設(shè)計強(qiáng)調(diào)運用各種激勵策略，將互動的可視化操作貫穿于整個實驗過程，能很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)作靈感?，F(xiàn)將本系統(tǒng)功能特點介紹如下：

1.自主性強(qiáng)、互動性好

系統(tǒng)能對實驗平臺隨意布局、內(nèi)容靈活取舍，各類器件自由選擇、方案隨意制定；所有虛擬器件隨機(jī)操作，即時響應(yīng)。

2.實現(xiàn)性強(qiáng)、開拓視野

由于虛擬實驗室的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是根據(jù)教學(xué)大綱編制并加以擴(kuò)充，數(shù)據(jù)庫涵蓋各相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，實驗條件可以任意設(shè)定，并模擬種種可能的實驗結(jié)果，使學(xué)生開拓視野，加深對知識要點的理解和認(rèn)識。

3.方便易用、利于管理

虛擬實驗室系統(tǒng)是采用C／S結(jié)構(gòu)，訪問便捷。學(xué)生老師可以隨時訪問，登錄迅速，欄目清晰，使用方便。由于系統(tǒng)設(shè)有虛擬班級、小組管理功能，無論在學(xué)校層面還是更廣的區(qū)域，使實驗和實驗管理、教學(xué)質(zhì)量評估都顯得易于施行。

4.經(jīng)濟(jì)實用、節(jié)約資源

在虛擬實驗室系統(tǒng)中，耗資較多的實驗儀器和實驗材料被軟件所取代。與此同時由于虛擬實驗室的使用還可以節(jié)省大量的實驗室所占用的房間，而且學(xué)生可以隨時進(jìn)行實驗。

5.功能全面、便于交流

虛擬實驗系統(tǒng)不僅僅可以虛擬實驗，還具有很強(qiáng)的管理功能和統(tǒng)計功能?？梢詫W(xué)生的實驗結(jié)果進(jìn)行管理和分析，并保存實驗結(jié)果，從而作為學(xué)生學(xué)習(xí)的見證，也便于學(xué)校、班級、教師甚至學(xué)生之間的教學(xué)交流。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建立，對于提高學(xué)生的動手能力、分析問題和解決實際問題的能力具有非常重要的意義。在具體應(yīng)用中虛擬實驗室教學(xué)還要注意處理好“虛擬實驗”和“實物實驗”的關(guān)系，要“虛實”結(jié)合，既相互補(bǔ)充，又各有側(cè)重，這樣才能取得很好的實驗教學(xué)效果。

（作者單位：肇慶市技師學(xué)院）