開放式網(wǎng)上電工虛擬實驗室建設(shè)的研究

于文波

摘 要： 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)在高等學(xué)校起著重要的作用。應(yīng)有效開展實驗室的建設(shè)工作，充分發(fā)揮其在實踐性教學(xué)和科學(xué)研究中的作用。本文分析了目前實物實驗室存在的問題，探索了虛擬實驗室建設(shè)的必要性，提出了開放式虛擬電工實驗室建設(shè)方案，促進了電工實驗室的發(fā)展，為電工實驗教學(xué)改革提供了保障，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 開放式 電工實驗 虛擬實驗室

電工實驗室是大多數(shù)工科院校都設(shè)立的基礎(chǔ)實驗室，隨著高校改革的深入發(fā)展，開放式教學(xué)、虛擬實驗教學(xué)等新的教學(xué)模式不斷涌現(xiàn)，建設(shè)高水平、與新的教學(xué)模式相適應(yīng)的實驗室已經(jīng)成為實驗室建設(shè)的一個關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)實驗室建設(shè)方案已不能完全滿足實驗教學(xué)改革的需求，故實驗室建設(shè)創(chuàng)新勢在必行。

一、傳統(tǒng)實驗室存在的問題

大多數(shù)高校開展實驗都是采用實物形式進行實驗教學(xué)的，這種形式讓學(xué)生對實驗有比較深的感性認識，同時存在如下問題：

1.實驗室建設(shè)費用高昂。傳統(tǒng)實驗教學(xué)主要依賴費用高昂的實驗設(shè)備，存在前期投入大、后期維護費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力限制等問題，致使實驗教學(xué)無法有效開展，嚴重影響教學(xué)質(zhì)量。

2.實驗內(nèi)容較為陳舊。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容往往跟不上新知識和新技術(shù)的產(chǎn)生，不能讓學(xué)生及時了解前沿知識和技術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生思維得不到拓寬。

3.實驗教學(xué)形式單一、教學(xué)手段落后。實驗教學(xué)依附于理論教學(xué)，一般都是老師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式，且驗證性實驗和孤立的單元性操作實驗多，設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗少，大大抑制學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生的創(chuàng)造能力得不到培養(yǎng)，個性得不到發(fā)展。

4.實驗學(xué)時少。實驗學(xué)時與總學(xué)時的比例不到20%，甚至有些專業(yè)的不到13%，遠遠不能滿足實驗教學(xué)要求。再加上教師除了上實驗課外很少進實驗室，教師和學(xué)生對實驗的重視不夠，學(xué)生的動手機會大大減少，動手能力、獨立分析問題的能力得不到有效鍛煉。

5.不能因材施教。隨著高校規(guī)模不斷擴大，學(xué)生數(shù)量不斷增加，學(xué)生層次多樣化更加顯著。以往教學(xué)模式都將學(xué)生同等對待，使動手能力強的學(xué)生“吃不飽”，能力較差者感到吃力，實驗教學(xué)目的很難達到。

隨著高校教學(xué)改革逐步推進，實驗室建設(shè)的進一步信息化、人性化，高校開展實驗工作變得更加繁重和復(fù)雜，這就迫切需要采用計算機信息化技術(shù)對傳統(tǒng)實驗教學(xué)進行有效地補充。由于高校網(wǎng)絡(luò)非常普及，利用網(wǎng)上虛擬實驗室進行輔助教學(xué)，可以很好地解決上述傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題，更好地培養(yǎng)學(xué)生的診斷、分析、設(shè)計及創(chuàng)新能力。

二、虛擬實驗室建設(shè)的必要性

為貫徹《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》有關(guān)精神，加強優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用；加強網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)；建立虛擬實驗室。建立開放靈活的教育資源公共服務(wù)平臺，促進優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享。加強我校學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)，提高學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量，推進我校實驗教學(xué)內(nèi)容、方法、手段、隊伍、管理及實驗教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，探討新形勢下我校實驗教學(xué)的新思路、新模式。

為此，我校迫切需要建立一個網(wǎng)上虛擬實驗室，對外公開發(fā)布并可與教務(wù)系統(tǒng)集成，提供虛擬實驗課程仿真平臺、典型實驗、實驗教學(xué)安排、實驗過程指導(dǎo)、實驗結(jié)果批改、實驗報告提交、成績管理和統(tǒng)計導(dǎo)出等功能。提供全方位虛擬實驗教學(xué)輔助功能，為虛擬實驗教學(xué)環(huán)境提供服務(wù)并開展實際教學(xué)應(yīng)用。

虛擬實驗是以現(xiàn)代教育理論為指導(dǎo)，以計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托而建立的一種新型實驗教學(xué)系統(tǒng)。利用計算機模擬真實的實驗環(huán)境，通過信息網(wǎng)絡(luò)操作實驗設(shè)備，為實驗教學(xué)提供一種全新的教學(xué)模式。虛擬實驗利用計算機技術(shù)實現(xiàn)各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者以交互的方式進行實驗操作，可以像在真實環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目，最大限度地模擬真實實驗的場景，并提供與實際實驗操作方法相類似的實踐體驗。虛擬實驗教學(xué)通過依托日益普及的微機和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為信息時代的實驗教學(xué)提供一種全新的教學(xué)模式，既能再現(xiàn)真實實驗的全過程，又能克服傳統(tǒng)實驗的各種制約和弊端，有效解決目前實驗教學(xué)中存在的諸多問題，達到優(yōu)化教育資源、有效提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

三、開放式網(wǎng)上電工虛擬實驗室的建設(shè)方案

如圖1所示的開放式網(wǎng)上電工虛擬實驗室的構(gòu)建包括兩部分：服務(wù)器區(qū)和實驗終端區(qū)，服務(wù)器區(qū)默認安裝了虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，供實驗終端進行訪問，同時保存學(xué)生提交的實驗報告和實驗結(jié)果、實驗相關(guān)記錄，以及其他一些數(shù)據(jù)。實驗終端區(qū)將提供用戶一個實驗仿真平臺，用戶根據(jù)實驗要求在實驗仿真平臺進行實驗。開放式網(wǎng)上電工虛擬實驗室建設(shè)的主要設(shè)備及實驗項目詳見表1。

四、結(jié)語

實驗室建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要在實際工作中進一步探索研究，不斷創(chuàng)新。開放式網(wǎng)上電工虛擬實驗室的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)開放式教學(xué)和遠程教學(xué)，改善實驗教學(xué)手段，對電工實驗的教學(xué)改革及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力具有重要意義。

參考文獻：

[1]王為，王春潮，等.關(guān)于開放式實驗室建設(shè)的思考與探索[J].實驗室研究與探索，2009，28（4）：272-275.

[2]王璐，楊明，等.電工實驗室的建設(shè)與實踐[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2009，26（6）：174-175.

[3]劉澤良.發(fā)揮虛擬實驗室建設(shè)對實驗教學(xué)的促進作用[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（7）：193-195.

課題來源：沈陽工程學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動化省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)項目