基于模塊化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

摘要：基于模塊化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思路，以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室總規(guī)劃、模塊化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以及實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行與支撐平臺(tái)這三個(gè)方面作為本篇文章切入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的相關(guān)研究，以一些獨(dú)特的模擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和實(shí)驗(yàn)室作為參考，介紹該領(lǐng)域相關(guān)建設(shè)的指導(dǎo)思想。

關(guān)鍵詞：模塊化建設(shè);虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室;探討

引言

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，重在虛擬與仿真。學(xué)生在這種實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，雖然沒有實(shí)物的觸覺和視覺體驗(yàn)，但顯然這種實(shí)驗(yàn)室更加方便，也更加安全。當(dāng)學(xué)生的操作出現(xiàn)失誤，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中，危險(xiǎn)與成本就會(huì)大幅度增加;可在這種實(shí)驗(yàn)室中，大部分操作是可逆的，極大地降低了實(shí)驗(yàn)的預(yù)算和成本，這就是虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)所在。很顯然，這種工具的出現(xiàn)會(huì)讓實(shí)驗(yàn)在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中更加普及，也更加實(shí)用。

一、模擬仿真實(shí)驗(yàn)室總規(guī)劃

（一）實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)

學(xué)院建立的實(shí)驗(yàn)室都是應(yīng)用于專業(yè)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，所以濃厚專業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)的出現(xiàn)是一種必然。例如，山東建筑大學(xué)的建筑工程管理實(shí)驗(yàn)室，其建設(shè)目標(biāo)就包括“突出數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化”等特色目標(biāo)[1]。以方法、資源和應(yīng)用作為建設(shè)中主要的三個(gè)內(nèi)容，適當(dāng)依靠專業(yè)團(tuán)隊(duì)、相關(guān)企業(yè)和科研院所的力量，準(zhǔn)確指向建設(shè)目標(biāo)。

（二）建設(shè)思路

在前人大量的實(shí)踐結(jié)果和當(dāng)代研究員艱苦的實(shí)踐過程作用下，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的指導(dǎo)思想慢慢被總結(jié)成“總體規(guī)劃，分步實(shí)施，持續(xù)發(fā)展”十二個(gè)字，且逐漸形成了“立足創(chuàng)新人才培養(yǎng)，面向產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化”的建設(shè)思路。

（三）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢(shì)

當(dāng)今時(shí)代是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代和計(jì)算機(jī)時(shí)代，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用實(shí)際上是緊跟時(shí)代步伐的一種舉措。作為一些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中的操作，例如設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件、選擇實(shí)驗(yàn)器材等，這些繁瑣的步驟呈現(xiàn)在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，就會(huì)以一種數(shù)字化的形式表現(xiàn)出來，而學(xué)生們對(duì)于數(shù)字化的操作是敏感的。由于從小接觸科技產(chǎn)品和數(shù)字產(chǎn)品，學(xué)生對(duì)這種學(xué)習(xí)模式的學(xué)習(xí)力也是非常之高，也容易接受。

二、基于模塊化思想的建設(shè)方案

（一）基本架構(gòu)

教學(xué)資源、共享平臺(tái)、人員構(gòu)成與管理體系是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的四個(gè)重點(diǎn)。而綜合管理平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理體系、人才隊(duì)伍與實(shí)驗(yàn)室資源等部分組成了模塊化思想下的實(shí)驗(yàn)室基本構(gòu)架。其中綜合管理平臺(tái)是以互聯(lián)網(wǎng)功能為立足根基的，支持實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)管理、在線自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)與教學(xué)資源下載等網(wǎng)上功能。實(shí)驗(yàn)室人才隊(duì)伍會(huì)由多學(xué)科多專業(yè)的教師組成，知識(shí)面廣闊，不會(huì)局限于一隅，并引入一些企業(yè)和公司的經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員和科研人員參與。實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理體系類似于一個(gè)公司內(nèi)部的行為規(guī)范，每個(gè)員工的行為準(zhǔn)則都有制度保障，一切事務(wù)就會(huì)在這些規(guī)范下有序進(jìn)行。

（二）資源模塊構(gòu)成

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室資源由三個(gè)層次一層一層堆疊而出。這三個(gè)層次分別為仿真平臺(tái)、仿真實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)課程構(gòu)架平臺(tái)。模塊化模式在這里被淋漓盡致地展現(xiàn)出來。

仿真平臺(tái)是支持實(shí)驗(yàn)、教學(xué)與科研的綜合平臺(tái)，可以劃分為BIM平臺(tái)、智慧平臺(tái)、虛擬仿真平臺(tái)以及資源開發(fā)平臺(tái)等。每一種平臺(tái)都擁有自己的優(yōu)勢(shì)和獨(dú)特功能，用于不同的教學(xué)和科研需求。仿真平臺(tái)的建設(shè)是建立實(shí)驗(yàn)室的第一步，也是最重要的一步，是日后實(shí)驗(yàn)室分類的基石。也可以將創(chuàng)新思想帶入仿真平臺(tái)的構(gòu)建，運(yùn)用仿真技術(shù)，建立屬于自己的仿真平臺(tái)。

仿真平臺(tái)建立后，就是仿真實(shí)驗(yàn)室的建立。內(nèi)部機(jī)制為根據(jù)專業(yè)特色，平臺(tái)會(huì)通過其他軟硬件資源的配置來構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)其用途可以分為教學(xué)型和科研型。教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室一般會(huì)用在學(xué)生教學(xué)中，教師在這個(gè)平臺(tái)為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo);而科研型實(shí)驗(yàn)室在科學(xué)研究領(lǐng)域被經(jīng)常使用。這種仿真實(shí)驗(yàn)室作為線上優(yōu)質(zhì)場(chǎng)所，經(jīng)常作為大賽以及考試的平臺(tái)[2]。

當(dāng)前兩者已經(jīng)建立完善后，實(shí)驗(yàn)課程構(gòu)架平臺(tái)就會(huì)最終讓這三者變成一個(gè)整體。專業(yè)教師可以根據(jù)學(xué)生和教學(xué)需求，在平臺(tái)上構(gòu)架蘊(yùn)含教師獨(dú)特思想的校本課程，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，幫助學(xué)生擁有更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

三、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行與管理支撐平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)室的支撐平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行效果是息息相關(guān)的。而要研究支撐平臺(tái)，就避不開虛擬仿真共享平臺(tái)、管理體系與人才團(tuán)隊(duì)這三個(gè)內(nèi)容。

基于模塊化模式，虛擬仿真中心門戶網(wǎng)站在新聞傳播、中心思想建設(shè)概論、內(nèi)部管理體系、系統(tǒng)建設(shè)理念、中心團(tuán)隊(duì)及建隊(duì)思想、校方與企方合作等領(lǐng)域具有重要作用，眾多模塊共同形成共享平臺(tái)的門戶網(wǎng)站，便于發(fā)布虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)信息和新聞通告。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)主要用于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)成果考核，該系統(tǒng)通過對(duì)用戶的分級(jí)管理，設(shè)置不同的系統(tǒng)角色，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，降低了網(wǎng)站崩潰或被入侵的可能性。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的管理體系由組織保障、制度保障、管理規(guī)范與運(yùn)行機(jī)制等模塊構(gòu)成。在多維度的保障模塊下，其管理體系具備了全面性、安全性以及穩(wěn)定性的特點(diǎn)，并在其獨(dú)特的運(yùn)行機(jī)制下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)室人才團(tuán)隊(duì)會(huì)引入不同學(xué)科的人才，形成多維度的教學(xué)、科研和社會(huì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的多功能發(fā)展。

四、結(jié)束語

本文總結(jié)了在模塊化思想的基礎(chǔ)上，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過程與應(yīng)用過程。在這個(gè)過程中，研究員們會(huì)深刻地聯(lián)系學(xué)科專業(yè)，在仿真平臺(tái)、仿真實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)課程等不同維度的模塊上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的拓展。在當(dāng)今教育發(fā)展日新月異的時(shí)期，國家對(duì)教育的關(guān)注度和投入力度都與日俱增。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)和基于模塊化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用一定會(huì)越來越深入，其發(fā)展與拓展的趨勢(shì)也是必然。實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生而言，本就是提升學(xué)生實(shí)踐能力和思維能力的有力工具，雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室無法做到盡善盡美，但針對(duì)一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以展開的實(shí)驗(yàn)要求，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)為實(shí)驗(yàn)教育增添了全新的力量。

參考文獻(xiàn)

[1]殷復(fù)鵬，鄧曉紅，張雷.基于模塊化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020，v.37;No.286（06）：266-269.

[2]王鄭庫，李鳳霞，徐家年，等.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)與實(shí)踐——以石油工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為例[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2020，000（003）：121-124.

作者姓名

錢棟，性別：男，漢，山東泰安，助理實(shí)驗(yàn)師，單位：泰山學(xué)院。