面向農(nóng)業(yè)院校電子通信類專業(yè)的虛擬仿真平臺建設(shè)

孫豐剛 蘭鵬

摘要：電子信息類專業(yè)是農(nóng)業(yè)院校在人才培養(yǎng)中的重要組成部分，實驗教學(xué)對提升學(xué)生的動手實踐及創(chuàng)新能力具有重要作用。針對現(xiàn)有實驗教學(xué)方式中存在的問題，研究了基于計算機(jī)仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的虛擬仿真實驗平臺建設(shè)。該平臺可為學(xué)生提供更加靈活的實驗方式，可有效擺脫空間、時間等諸多限制，有助于加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解，改善實驗教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)院校；虛擬仿真平臺；實驗教學(xué)；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）43-0252-03

一、前言

近年以來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息在社會生活中的作用日益明顯，信息產(chǎn)業(yè)逐漸成為支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。2016年底由國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，“信息革命進(jìn)程持續(xù)快速演進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)廣泛滲透于經(jīng)濟(jì)社會各個領(lǐng)域，信息經(jīng)濟(jì)繁榮程度成為國家實力的重要標(biāo)志”。信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，急需大量相關(guān)人才，電子通信類專業(yè)的重要性已成為社會各界的共識。許多農(nóng)業(yè)院校也相繼設(shè)立了電子通信類專業(yè)，培養(yǎng)了大量的相關(guān)專業(yè)人才。

電子通信類專業(yè)是理論與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)。學(xué)生除了應(yīng)掌握扎實的專業(yè)理論基礎(chǔ)知識外，還應(yīng)該具備良好的專業(yè)實踐能力[1]。針對專業(yè)課程理論覆蓋面廣和和實踐要求性強(qiáng)的特點，利用課程實驗來加深學(xué)生對知識理論的學(xué)習(xí)和理解很有幫助。而傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式則易受場地、設(shè)備及時間等多種因素限制，難以完全達(dá)到理想的實驗效果[2]。借助于虛擬仿真實驗教學(xué)資源平臺建設(shè)，可有效彌補(bǔ)現(xiàn)有實驗教學(xué)方式的不足，充分發(fā)揮虛擬仿真實驗的優(yōu)勢，實現(xiàn)電子通信類專業(yè)實驗教學(xué)的虛實結(jié)合的實驗教學(xué)方式，促進(jìn)實現(xiàn)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與動手實踐的有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生在實踐實驗中發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力和實踐創(chuàng)新能力，從而達(dá)到提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的[3][4]。

二、現(xiàn)有實驗教學(xué)方式的不足

電子通信類專業(yè)作為兼顧理論與實踐性的學(xué)科[5]，要求學(xué)生具有良好的工程實踐背景，學(xué)生因此具有較強(qiáng)的動手實踐意愿，這就決定了實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)中起著不可或缺的重要作用[6]。實驗教學(xué)課程大多附屬于理論課程，可有效加深對理論知識的學(xué)習(xí)和理解。然而，現(xiàn)有的實驗教學(xué)方式卻不能完全適應(yīng)新形勢下人才培養(yǎng)的需要，存在的問題主要有以下幾點。

1.經(jīng)費(fèi)及場地等因素制約著設(shè)備選購、設(shè)備數(shù)量及設(shè)備的更新?lián)Q代，導(dǎo)致實驗內(nèi)容更新不及時。在實驗內(nèi)容較為單一的情況下，限制了學(xué)生按照理論學(xué)習(xí)內(nèi)容自主進(jìn)行實驗內(nèi)容設(shè)計，無法使學(xué)生有效參與設(shè)計型及創(chuàng)新型實驗，從而難以完全達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

2.學(xué)生普遍重視對理論知識的學(xué)習(xí)，而忽視動手實踐能力的培養(yǎng)，動手能力普遍較為薄弱[7]。同時由于實驗設(shè)備有限，導(dǎo)致許多實驗往往需要兩個或多個學(xué)生共用一臺實驗設(shè)備，減少了每名學(xué)生實際參與操作的時間，不能達(dá)到學(xué)生廣泛參與的目的，從而進(jìn)一步限制了動手實踐能力的培養(yǎng)。

3.考核方式較為單一，評價指標(biāo)不夠明確。成績評定過程中主要包括平時成績和實驗報告兩部分。平時成績考察出勤率、課前預(yù)習(xí)及課上表現(xiàn)情況。由于實驗時間的限制，教師難以在短時間內(nèi)準(zhǔn)確掌握每個學(xué)生的情況，給出的成績也難以完全準(zhǔn)確的反映出學(xué)生的真實水平。

三、虛擬仿真平臺建設(shè)

1.建設(shè)意義。利用虛擬仿真平臺進(jìn)行實驗教學(xué)，可在一定程度上擺脫時間和地點的限制，學(xué)生通過平臺所提供的虛擬元器件設(shè)計和調(diào)試不同的電路模型，并可結(jié)合自己的理論知識進(jìn)行完善改進(jìn)[8]。因此，虛擬仿真平臺建設(shè)，為學(xué)生提供了更加豐富的實驗教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生更加有效的參與設(shè)計型及創(chuàng)新型實驗，增強(qiáng)了學(xué)生動手實踐能力，使學(xué)生理論學(xué)習(xí)與動手實踐更加有效地結(jié)合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性[9]。

2.建設(shè)要求。農(nóng)業(yè)高校電子通信類專業(yè)的虛擬仿真平臺建設(shè)，是對現(xiàn)有實驗教學(xué)方式的一種有效補(bǔ)充，可為學(xué)生提供更加豐富和方便的學(xué)習(xí)資源。其總體要求為：（1）實驗內(nèi)容虛擬化：對實驗所需元器件、實驗電路設(shè)計、測試等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行虛擬化，給學(xué)生足夠的自由度，滿足不同水平學(xué)生的設(shè)計型及創(chuàng)新型實驗的要求。（2）支持并發(fā)訪問：允許多名學(xué)生同時在線對虛擬平臺并發(fā)訪問，以此減少實驗設(shè)備投入及需求，保證每名學(xué)生充分的實驗操作時間[10]。

（3）支持多種用戶權(quán)限：管理員、教師和學(xué)生作為平臺的使用者，應(yīng)具備不同的使用權(quán)限。例如，教師使用者應(yīng)具備的權(quán)限主要包括：平臺訪問、實驗資源審核、實驗資源發(fā)布、實驗教學(xué)管理、實驗過程指導(dǎo)、實驗結(jié)果批改、實驗報告管理、教學(xué)效果評估、互動交流等，如圖1所示。學(xué)生使用者應(yīng)具備的權(quán)限包括：平臺訪問、實驗資源查閱、實驗設(shè)計、實驗調(diào)試、實驗結(jié)果提交、實驗報告提交及互動交流等，如圖2所示。

3.建設(shè)思路。依托于計算機(jī)仿真技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[11]，開發(fā)具有實物虛擬、智能仿真、創(chuàng)新設(shè)計、指導(dǎo)靈活等一體化功能的虛擬實驗仿真平臺，可面向電子通信類專業(yè)學(xué)生開展虛擬仿真實驗教學(xué)，因而具有良好的靈活性、經(jīng)濟(jì)型、自主性和交互性[12]。

虛擬實驗仿真平臺建設(shè)思路如圖3所示。該平臺共分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)支撐層、仿真層和服務(wù)層四個層次，每層都會為其上層提供相應(yīng)服務(wù)。每層的主要功能如下：（1）數(shù)據(jù)層：主要負(fù)責(zé)實驗所需元器件、實驗課程、基礎(chǔ)實驗、實驗相關(guān)數(shù)據(jù)及不同權(quán)限的用戶信息等數(shù)據(jù)的存儲和管理。（2）服務(wù)支撐層：主要負(fù)責(zé)實驗平臺的運(yùn)行、維護(hù)和管理，包括安全管理、數(shù)據(jù)管理、服務(wù)管理和域管理等。（3）仿真層：主要負(fù)責(zé)實驗儀器及結(jié)果的可視化呈現(xiàn)、實驗場景構(gòu)建及元器件的裝配，以及實驗仿真調(diào)試等功能，為上層提供實驗數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化輸出。（4）服務(wù)層：主要負(fù)責(zé)為虛擬仿真實驗提供服務(wù)支持，包括教學(xué)管理、實驗資源管理、實驗結(jié)果批注、實驗報告管理及互動交流等功能。

四、結(jié)語

虛擬仿真實驗是可為學(xué)生提供更加靈活自主的實驗方式，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善實驗教學(xué)質(zhì)量，具有積極的推動作用，是現(xiàn)有實驗教學(xué)方式的一種有效補(bǔ)充。因此，虛擬仿真實驗平臺建設(shè)，可有效避免現(xiàn)有方式的不足，擺脫場所及時間等限制，給予學(xué)生更大的自由度，提升了學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

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Abstract：Electronic information and communication engineering play an important part in talents cultivation for agricultural universities，where experiments teaching is critical to improve the ability of hands-on practice and innovation.To address the problems for the existing experiment teaching modes，this paper investigates the construction of virtual experimental simulation platform，which is based on the computer simulation technology and network technology.The platform can provide more flexible experiment mode for students and avoid the limitations such as space，time and others.The application of the platform is helpful to deepen the understanding of theoretical knowledge，improve the quality of the experiment teaching，and enhance the ability of hands-on practice and innovation for students.

Key words：Agricultural universities；Virtual simulation platform；experimental teaching；Talents cultivation