虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的拓展與創(chuàng)新

王培丞

摘要：以建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心背景入手，闡述虛擬仿真平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)和內(nèi)容，大膽創(chuàng)新，建設(shè)特色網(wǎng)站并引入人工智能，促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)和使用，為進(jìn)一步教學(xué)改革積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；創(chuàng)新；改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）25-0265-02

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及社會(huì)對(duì)人才需求的變化，高等教育的理念、模式和方法必須變革，才能培養(yǎng)出符合未來需求的人才，為國(guó)家的繁榮富強(qiáng)提供保障。目前，我國(guó)高等院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件得到了很大的改善，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究技能得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是由于各方面條件的限制，如場(chǎng)地、儀器和師資等原因，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和規(guī)模依然難以滿足廣大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求，學(xué)生能獨(dú)立參與實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)很少，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力薄弱，教學(xué)效果有待提高[1]。因此，國(guó)家支持建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，加大實(shí)踐教學(xué)力度，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間和時(shí)間，充分應(yīng)用科研資源和貴重儀器[2，3]，通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、分批實(shí)驗(yàn)教學(xué)及學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)和更靈活的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，旨在提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[4]。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)從具體需求著手，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性，并且要采用符合未來發(fā)展趨勢(shì)的設(shè)計(jì)方案，要確保技術(shù)的先進(jìn)性和實(shí)用性。因此，在進(jìn)行平臺(tái)建設(shè)時(shí)，必須要提供一個(gè)架構(gòu)合理、功能全面的系統(tǒng)。良好的系統(tǒng)架構(gòu)不僅能夠確保平臺(tái)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)為系統(tǒng)后期升級(jí)和擴(kuò)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電子科技大學(xué)電子與通信系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心由多個(gè)學(xué)院組成，包括5個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，可以為電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、儀器科學(xué)與技術(shù)等3個(gè)一級(jí)學(xué)科的12門本科專業(yè)核心課程提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。但由于實(shí)驗(yàn)實(shí)體分散在各個(gè)學(xué)院，在學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)、管理者統(tǒng)一組織以及教學(xué)成果展示等方面提出了新的挑戰(zhàn)?；谝陨显?，學(xué)校需要探索和建立新的管理機(jī)制和管理平臺(tái)，使實(shí)驗(yàn)中心能不斷發(fā)展壯大，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，并通過改革創(chuàng)新，滿足不同的教學(xué)需求，在人才培養(yǎng)中發(fā)揮應(yīng)有作用。

電子科技大學(xué)通信與電子系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，包括具體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理中心和遠(yuǎn)程訪問點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理中心是整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心，具有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體驗(yàn)等功能。遠(yuǎn)程用戶通過校園網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)處理中心，并進(jìn)行相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。該平臺(tái)提供全方位的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助功能，支持動(dòng)態(tài)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)，教師按需自主創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)課程，共享實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)資料，學(xué)生在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及成績(jī)反饋、在線答疑、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)估等功能。同時(shí)，該平臺(tái)可擴(kuò)展第三方的虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源或自建課程資源，為各類院校虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供服務(wù)并進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)業(yè)務(wù)流程如2所示。

三、特色網(wǎng)站建設(shè)

電子與通信系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是面向全校師生的開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái)，核心是用戶，用戶是網(wǎng)絡(luò)及其服務(wù)賴以生存的基礎(chǔ)。用戶直接通過門戶網(wǎng)站登錄平臺(tái)，并進(jìn)行相關(guān)操作。門戶網(wǎng)站是用戶對(duì)平臺(tái)的第一印象，必須具有超強(qiáng)的展示度和明顯的專業(yè)特色。因此，在進(jìn)行網(wǎng)站設(shè)計(jì)時(shí)，首要原則是突出學(xué)科特點(diǎn)，并在界面設(shè)計(jì)、人機(jī)交互以及其他方面設(shè)身處地為用戶著想，即以用戶為中心。同時(shí)在網(wǎng)站設(shè)計(jì)過程中，選擇適當(dāng)超前的、先進(jìn)的、開放的設(shè)計(jì)方案，力求網(wǎng)站簡(jiǎn)潔大氣，具有自主特色。中心門戶網(wǎng)站采用Metro風(fēng)格色塊設(shè)計(jì)，用純二維以及高度概括性弱化了視覺上的復(fù)雜性，讓用戶沒有過多的關(guān)注圖標(biāo)本身，而是增加其辨識(shí)性和標(biāo)識(shí)性，達(dá)到強(qiáng)化內(nèi)容和信息的目的，清新的顏色和平面化的元素是整個(gè)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。整個(gè)界面設(shè)計(jì)風(fēng)格優(yōu)雅，簡(jiǎn)潔直觀，沒有過分華麗的炫目背景與功能圖標(biāo)，提供給用戶一個(gè)美觀、快捷流暢的Metro風(fēng)格的界面，使用戶能夠完全被他們所喜愛的內(nèi)容所吸引，鼓勵(lì)用戶沉浸在實(shí)驗(yàn)本身營(yíng)造的體驗(yàn)之中。

四、引入人工智能

人工智能被認(rèn)為是21世紀(jì)三大尖端技術(shù)之一，近三十年來獲得了迅速的發(fā)展，在很多學(xué)科領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。中心堅(jiān)持循序漸進(jìn)、穩(wěn)扎穩(wěn)打的發(fā)展理念，同時(shí)又與時(shí)俱進(jìn)、敢闖敢拼，引入智能機(jī)器人。該機(jī)器人基于人工智能應(yīng)答引擎，具有強(qiáng)大的語義解析、上下文推理等能力，并已實(shí)現(xiàn)流暢的會(huì)話交互。當(dāng)接收到用戶的提問后，后臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行語義分析，并準(zhǔn)確理解傳達(dá)的文字等多模態(tài)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行多模態(tài)反饋?；趯?shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)以及門戶網(wǎng)站建設(shè)，將核心知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)嵌入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)中，以知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)為核心，努力打造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)行業(yè)頂尖智能教學(xué)機(jī)器人。智能教學(xué)機(jī)器人的引入，將極大地減輕教師教學(xué)壓力，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和能動(dòng)性。

五、結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最新發(fā)展趨勢(shì)來看，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)是新時(shí)期高效本科人才培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是未來實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，要整合現(xiàn)有資源，改進(jìn)和完善各個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，同時(shí)要大膽創(chuàng)新，為實(shí)踐教學(xué)和人才培養(yǎng)提供使用方便、效果明顯以及潛力巨大的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建立.虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與實(shí)踐[J].新課程：下，2015，（7）：21-22.

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[3]王衛(wèi)國(guó).虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)思考與建議[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

[4]楊志強(qiáng).強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)，促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（12）：130-132.