電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)探討

唐建鋒　羅湘南　譚延亮　肖賓賓

摘 要 文章介紹了衡陽師范學(xué)院電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、教學(xué)運(yùn)行及效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室管理效率，減輕了教師和實(shí)驗(yàn)室管理員的工作量，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器不足、場地有限等難題，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。

關(guān)鍵詞 電子信息類 虛擬仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 探討

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.10.024

Abstract The article introduces the teaching resources， teaching operation and effects of electronic information virtual simulation experiment in Hengyang Normal University. The virtual simulation experiment teaching improves the quality of experimental teaching and laboratory management， reduces the workload of teachers and laboratory administrators， solves the problems of insufficient experimental teaching instruments and limited space， and reduces the cost of experimental teaching.

Keywords electronic information； virtual simulation； experiment teaching； study

0 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)逐步成熟，自成體系，成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類認(rèn)識(shí)自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法。虛擬仿真技術(shù)使電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)用的手段和思想發(fā)生了質(zhì)的飛躍。電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是虛擬仿真技術(shù)快速發(fā)展和電子信息類實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革融合的成果。[1-4]

隨著虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，衡陽師范學(xué)院于2015年成立了電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，建設(shè)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化管理系統(tǒng)。通過與多家公司進(jìn)行校企合作，共同開發(fā)了9門電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程及一套PROTEUS虛擬實(shí)驗(yàn)室，豐富了電子信息類仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，擴(kuò)充了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建立，提高了學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室管理效率，減輕了教師和實(shí)驗(yàn)室管理員的工作量，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中儀器不足、場地有限等難題，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，取得了預(yù)期的效果。

1 電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)兩部分組成。實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包含儀器、元器件等器材模型和典型仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目案例；虛擬實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)提供全方位的教學(xué)輔助功能，包括預(yù)習(xí)、開課管理、實(shí)驗(yàn)庫維護(hù)、教學(xué)安排、過程指導(dǎo)、結(jié)果批改、成績統(tǒng)計(jì)查詢等功能。

虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)包含模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路原理、高頻電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、微機(jī)原理、通信原理、自動(dòng)控制原理等9門課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和一個(gè)PROTEUS實(shí)驗(yàn)室。9門課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)共有140個(gè)基礎(chǔ)電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。PROTEUS實(shí)驗(yàn)室可以完成多門課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，共有50個(gè)開放訪問點(diǎn)，更側(cè)重相關(guān)課程的課程設(shè)計(jì)及電子產(chǎn)品的研發(fā)。電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容體系包含了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新應(yīng)用三個(gè)層次，體現(xiàn)了基礎(chǔ)訓(xùn)練、能力培養(yǎng)與提高的一個(gè)循序漸進(jìn)過程。

教學(xué)管理系統(tǒng)用戶分為學(xué)生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員四種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。學(xué)生通過管理系統(tǒng)選擇實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)、接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存和提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查詢實(shí)驗(yàn)成績和教師批語；教師通過管理系統(tǒng)發(fā)布實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、智能指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績和批語；教務(wù)管理員通過管理系統(tǒng)安排課程計(jì)劃、選課日期、開課審核、開課查詢等；系統(tǒng)管理員通過管理系統(tǒng)進(jìn)行用戶管理、分組管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)等。通過課程的教學(xué)管理系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)都可以高效率進(jìn)行。

2 電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行及效果

2.1 電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行體系

為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，減輕教師和實(shí)驗(yàn)室管理的工作量，學(xué)院已經(jīng)全面推行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的運(yùn)行，如表1所示。其中，虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)方式是將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成二段式教學(xué)，先讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目的仿真學(xué)習(xí)，合格后，再安排學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相應(yīng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

2.2 電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

（1）提高了學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。通過仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)預(yù)習(xí)，學(xué)生能觀察元器件模型，模擬操作調(diào)試儀器，完成實(shí)驗(yàn)步驟，獲得智能指導(dǎo)和老師在線指導(dǎo)，降低了預(yù)習(xí)的難度，提高了學(xué)習(xí)興趣；通過仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，加深了學(xué)生的理解，提高了學(xué)生的操作技能，讓學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中集中精力觀察、思考、解決實(shí)驗(yàn)問題，提高了解決實(shí)際問題的能力。仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)不受時(shí)空限制，可以課前預(yù)習(xí)，也可以課后復(fù)習(xí)鞏固和提高，提高了真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。[4]

（2）減輕了教師和實(shí)驗(yàn)室管理員的工作量。仿真課程平臺(tái)有在線智能指導(dǎo)功能，試卷評定功能，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫與管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)評估與分析等功能，加強(qiáng)了對學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的監(jiān)督和指導(dǎo)，減輕了教師工作量；實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了教師信息發(fā)布、評定成績、開課計(jì)劃，學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、操作、考試等功能，減少了中間環(huán)境，提高了效率，減少了管理員的工作量。

（3）解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的難題。課程仿真系統(tǒng)讓設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、調(diào)試通過仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成，減少了對實(shí)驗(yàn)室和儀器的依賴，解決了實(shí)驗(yàn)場地和儀器不足或高負(fù)荷的難題。

對必須長時(shí)間、靈活開放實(shí)驗(yàn)室、儀器庫的學(xué)習(xí)類型如電子設(shè)計(jì)競賽、教師科研、大學(xué)生的研究式學(xué)習(xí)等創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)，通過仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人員、時(shí)間、設(shè)備、內(nèi)容安排的便捷控制，高效地為這類實(shí)驗(yàn)提供物質(zhì)保障，解決這類實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)管理難，人力不足的問題。

（4）降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)消耗為零，實(shí)驗(yàn)儀器的損壞為零，降低了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的失敗率及損耗率；研究性、綜合性等現(xiàn)場較難實(shí)施的實(shí)驗(yàn)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中可以不斷重復(fù)、修正，減少了實(shí)驗(yàn)器件的消耗。PROTEUS實(shí)驗(yàn)室具有良好的可擴(kuò)充性，用戶可以添加先進(jìn)虛擬設(shè)備，節(jié)約了購買新的貴重儀器設(shè)備經(jīng)費(fèi)。

3 總結(jié)

仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源是電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心，我們將完善已有仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，建立一個(gè)開發(fā)創(chuàng)新的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系，開闊學(xué)生眼界，啟迪創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化的、便捷化，我們將進(jìn)一步完善系統(tǒng)，加強(qiáng)無線寬帶網(wǎng)建設(shè)，多途徑提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)鏈接等，完善網(wǎng)絡(luò)技術(shù)交流平臺(tái)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)很多，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不能完全替代實(shí)踐操作，只有虛實(shí)實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合，才能最大限度地促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，有效培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

基金項(xiàng)目：電子信息工程“十三五”專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目（湘教通[2016] 276號(hào)）；電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)校企合作創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育基地（湘教通[2016] 436號(hào)）；光電信息技術(shù)湖南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基地開放課題立項(xiàng)資助項(xiàng)目（GD14K11）

參考文獻(xiàn)

[1] 韓芝俠，魏遼博，韓宏博，等.仿真虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006.23（2）：63-64.

[2] 韓芝俠，魏遼博，韓宏博，等.仿真虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006.23（2）：63-65.

[3] 李平，李晶杰，徐進(jìn).開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013.32（11）：5-8.

[4] 程思寧，耿強(qiáng)，姜文波，等.虛擬仿真技術(shù)在電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013.30（7）：94-97.