智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設(shè)的基本原則及內(nèi)容

張 進(jìn)， 陳 蘋， 凌 翔， 樊 華， 何 翔

(電子科技大學(xué)a.信息與通信工程學(xué)院;b.英才實(shí)驗學(xué)院;c.教務(wù)處;d.電子科學(xué)與工程學(xué)院，成都611731)

0 引言

實(shí)驗室是進(jìn)行科學(xué)研究和實(shí)驗教學(xué)的重要陣地，在建設(shè)一流學(xué)科、一流大學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力等方面發(fā)揮著重要作用。然而目前國內(nèi)大多數(shù)高校的教學(xué)過程中，仍然存在著“重知識傳授，輕能力培養(yǎng)”“重理論、輕實(shí)踐”的現(xiàn)象，實(shí)驗教學(xué)在高校課程體系中一直處于從屬地位［1］。因此，對于“實(shí)驗室的重要性，再強(qiáng)調(diào)也不過分”［2］的認(rèn)識還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

21世紀(jì)是信息化高速發(fā)展的時代，利用信息化提高我國教育質(zhì)量已成為重要抓手，經(jīng)過近年來的努力實(shí)踐，我國已建成一大批卓有成效的實(shí)驗教學(xué)示范中心、虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心［3］。作為國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心建設(shè)和發(fā)展的延續(xù)，虛擬仿真中心進(jìn)一步完善了高校實(shí)驗教學(xué)體系，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)資源整合共享。電子科技大學(xué)智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心以“信息與通信工程”“光學(xué)工程”兩個一級學(xué)科為支撐，依托國家實(shí)驗示范中心、國家和教育部重點(diǎn)實(shí)驗室成立。通過搭建虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺，中心將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、真實(shí)實(shí)驗教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)有機(jī)結(jié)合，有效解決了我校實(shí)驗教學(xué)資源短缺與學(xué)生需求日益增長的矛盾，提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量［4］。

1 智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設(shè)的基本原則

(1)虛實(shí)結(jié)合［5］。傳統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)各有優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生對真實(shí)器件、真實(shí)設(shè)備、真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的操作，可以獲得直觀的認(rèn)知。而在此基礎(chǔ)上，實(shí)施虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)，則對難以進(jìn)行的極端、復(fù)雜、綜合實(shí)驗進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生透徹地掌握相關(guān)知識。實(shí)驗教師將兩種教學(xué)方式有效結(jié)合，方能發(fā)揮出真正的教學(xué)水平。虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心是實(shí)驗教學(xué)示范中心的重要組成部分，也是實(shí)驗教學(xué)示范中心建設(shè)的延伸，這將為實(shí)驗教學(xué)示范中心建設(shè)注入新的活力和新的內(nèi)容［6］。

(2)科教融合。實(shí)驗室是發(fā)現(xiàn)知識和傳播知識的重要平臺，科研成果是發(fā)現(xiàn)知識的充分體現(xiàn)，實(shí)驗教學(xué)則扮演著傳播知識的角色。學(xué)院開展科研團(tuán)隊“三個一工程”，促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)實(shí)驗教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)的互動和對接，積極開展基于科研項目的學(xué)習(xí)，有助于推動實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性思維的學(xué)習(xí)能力［7］。與此同時，寓教于學(xué)，教師教學(xué)水平的提高也進(jìn)一步促進(jìn)了其科研能力的提升。

(3)開放共享性。“教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)”［8］中明確了實(shí)施優(yōu)質(zhì)教育資源建設(shè)與共享是推進(jìn)教育信息化的基礎(chǔ)工程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過加大公共資源平臺建設(shè)的力度，集中財力建設(shè)相對集中、資源共享的大型儀器設(shè)備中心，將促進(jìn)不同學(xué)科、學(xué)校以及地區(qū)之間通用資源的共享，滿足科研與教學(xué)需要［9］。從時間、空間上加大智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心的開放力度，進(jìn)一步營造了科技創(chuàng)新、實(shí)踐創(chuàng)業(yè)的良好氛圍。

(4)以人為本。學(xué)生作為高校的重要主體之一，教學(xué)應(yīng)堅持以學(xué)生為中心的基本思想，持續(xù)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力等。以人為本不僅體現(xiàn)在學(xué)生層面，對于高校教師的管理、服務(wù)亦如此，為實(shí)驗室人員提供開展工作和可持續(xù)發(fā)展的必要條件［10］，充分調(diào)動積極性，可以有效提高教師的教學(xué)質(zhì)量和水平。

2 智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設(shè)的主要內(nèi)容

2.1 強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

作為學(xué)?！巴ㄐ排c信息系統(tǒng)”國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心的重要組成部分，通過依托相關(guān)資源，智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗中心目前共有設(shè)備(實(shí)驗設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)保障設(shè)備)近1 200臺(套)，儀器設(shè)備總值超過千萬元，同時作為教育網(wǎng)西南大區(qū)節(jié)點(diǎn)，學(xué)校的無線接入信號覆蓋整個校園區(qū)域。

經(jīng)費(fèi)投入是虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設(shè)與運(yùn)行的最基本保障。通過財政專項、國際合作、校企合作、校友捐贈以及行業(yè)共建等方式，中心經(jīng)費(fèi)得到多方支持，通過校企合作共建的實(shí)驗平臺有:無線識別感知、光電傳感與網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗平臺、泛在接入系統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗平臺、無線傳輸系統(tǒng)仿真實(shí)驗平臺等。近年來，隨著學(xué)校加大對實(shí)驗室建設(shè)力度的傾斜，對中心的建設(shè)工作非常重視，無論是從實(shí)驗用房還是配套資金，都給予了強(qiáng)有力的支持和配套。為進(jìn)一步提升虛擬仿真實(shí)驗中心的教學(xué)水平及軟硬件條件，并促進(jìn)開放與共享，未來3年還將持續(xù)投入，包括支持新添設(shè)備購置、自主開發(fā)實(shí)驗課程、科技創(chuàng)新培訓(xùn)、實(shí)驗中心教學(xué)改革等方面。

2.2 構(gòu)建信息化教學(xué)平臺

21世紀(jì)是信息化時代，2012年我國頒布“教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)”［8］，進(jìn)一步落實(shí)了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》［11］關(guān)于教育信息化的總體部署。規(guī)劃明確指出，高等教育信息化是促進(jìn)高等教育改革創(chuàng)新和提高質(zhì)量的有效途徑，是教育信息化發(fā)展的創(chuàng)新前沿。通過推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育深度融合，可以有效促進(jìn)教育內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法的現(xiàn)代化。在規(guī)劃指導(dǎo)下，實(shí)驗中心基于優(yōu)質(zhì)的校園網(wǎng)覆蓋，利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，構(gòu)建了高效的教學(xué)信息化平臺。

在進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)任務(wù)時，任課老師和平臺負(fù)責(zé)管理老師于學(xué)期初商定開放時間，為任課班級集體申請整個實(shí)驗室在某個時段的使用權(quán)，開放時間根據(jù)課程要求決定。任課老師負(fù)責(zé)義務(wù)指導(dǎo)并督促學(xué)生在申請時間段內(nèi)登錄遠(yuǎn)程實(shí)驗臺進(jìn)行實(shí)驗。如若學(xué)生在開放時間內(nèi)沒有充分利用實(shí)驗臺，平臺負(fù)責(zé)管理的實(shí)驗室老師有權(quán)中止集體開放，并將時段分配給其他有需要的人使用。

為實(shí)現(xiàn)資源共享，中心在課程教學(xué)計劃外還面向全校相關(guān)專業(yè)的所有學(xué)生開放。參加科技競賽或創(chuàng)新基金的學(xué)生，在研究過程中需要使用仿真平臺的，均可登錄網(wǎng)站通過在線申請方式提交給實(shí)驗平臺管理人員。實(shí)驗平臺還可采取學(xué)生自由組合，以小組形式通過遠(yuǎn)程實(shí)驗平臺申請實(shí)驗的運(yùn)行方式。申請學(xué)生可以登錄本中心網(wǎng)站的遠(yuǎn)程實(shí)驗申請模塊提交申請，由平臺負(fù)責(zé)管理的實(shí)驗老師審批后即可。申請通過后，平臺管理人員將指定相關(guān)的實(shí)驗指導(dǎo)老師實(shí)行“一對一”或“一對多”的遠(yuǎn)程及本地實(shí)驗輔導(dǎo)，協(xié)助學(xué)生完成整個實(shí)驗過程，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新熱情;實(shí)驗教學(xué)信息化結(jié)構(gòu)體系具體如圖1所示。

圖1 實(shí)驗教學(xué)信息化結(jié)構(gòu)體系

為了保證中心的正常運(yùn)行，學(xué)院采用多重措施防護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，在網(wǎng)絡(luò)核心位置上部署防火墻、IPS、VPN、防火墻進(jìn)行邊界檢查，建立安全區(qū)域，控制數(shù)據(jù)包的進(jìn)出;VPN用于用戶遠(yuǎn)程接入校園網(wǎng);IPS入侵防護(hù)用于防范各種惡意攻擊。中心網(wǎng)站采用用戶身份注冊驗證、網(wǎng)絡(luò)防火墻以及本中心主平臺與各分實(shí)驗平臺分離的模式實(shí)現(xiàn)安全保障。同時，學(xué)校保安系統(tǒng)對樓道、房間實(shí)行24 h不間斷監(jiān)控，實(shí)行物品出入登記制度。

2.3 更新實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗教學(xué)項目是中心建設(shè)的重要內(nèi)容，決定了實(shí)驗設(shè)備的類型、投入以及人才培養(yǎng)的質(zhì)量。中心按照教學(xué)大綱相關(guān)要求，對實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行總體設(shè)計，將本科4年的實(shí)驗教學(xué)課程作為整體，并依托通信與信息系統(tǒng)國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心相關(guān)實(shí)物平臺，建立了以“信息獲取、信息傳輸、信息服務(wù)”為主線，內(nèi)容涵蓋光電效應(yīng)、電磁輻射等物理本質(zhì)，數(shù)字信號處理、數(shù)據(jù)協(xié)議解析等處理技術(shù)，以及環(huán)境監(jiān)測、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用服務(wù)包括6個虛擬仿真實(shí)驗平臺的課程體系［4］。

與此同時，中心適時對實(shí)驗內(nèi)容和項目進(jìn)行調(diào)整和更新，其更新依據(jù):①實(shí)驗項目的實(shí)施效果。如對實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)的評估數(shù)據(jù)，學(xué)生學(xué)習(xí)反饋、課程組長、主講教授、骨干教師意見，工程教育專業(yè)認(rèn)證、審核評估等各類評估結(jié)果等;②專業(yè)領(lǐng)域行業(yè)發(fā)展需要。通過行業(yè)調(diào)研、專業(yè)指導(dǎo)委員會專家建議、往屆校友反饋意見等;③學(xué)科與工程技術(shù)發(fā)展趨勢。通過學(xué)術(shù)研究、國內(nèi)外高校相關(guān)專業(yè)發(fā)展調(diào)研等;④學(xué)校與專業(yè)定位。根據(jù)學(xué)校、學(xué)院目標(biāo)定位制定發(fā)展規(guī)劃與安排;⑤專業(yè)特色要求。綜合專業(yè)辦學(xué)優(yōu)勢、教學(xué)資源與自身實(shí)力，根據(jù)學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊、主講教授、骨干教師的研討，由學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會提出專業(yè)建設(shè)發(fā)展框架。

2.4 加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)

師資隊伍作為實(shí)驗教學(xué)和科研創(chuàng)新的主力軍，是中心建設(shè)的核心，更是實(shí)現(xiàn)一流實(shí)驗室建設(shè)的根本保證［12］。中心歷來重視實(shí)驗教學(xué)隊伍建設(shè)，通過吸引一批實(shí)驗技術(shù)過硬、熱心教學(xué)的專職實(shí)驗教師，培養(yǎng)一批實(shí)驗首席教授和骨干教師，全力參與實(shí)驗室建設(shè)與管理。此外，每年選派實(shí)驗技術(shù)骨干到國內(nèi)外一流大學(xué)進(jìn)修，不斷提高實(shí)驗隊伍的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平。

經(jīng)過較長期建設(shè)，中心已形成了一支以中青年教學(xué)、學(xué)術(shù)骨干組成，學(xué)歷和年齡結(jié)構(gòu)合理的實(shí)驗教學(xué)隊伍，擁有豐碩的科研、教學(xué)成果。目前，共有專、兼職教師39人，82%以上為中青年教師。其中專職教師7人，兼職教師32人。教師中高級職稱占比82%，博士學(xué)位占比62%，碩士學(xué)位占比38%。形成了老中青相結(jié)合、以中青年為主體的隊伍結(jié)構(gòu)，實(shí)驗技術(shù)人員隊伍也都具有多年的實(shí)驗工作經(jīng)驗，并長期參加科研工作，具有豐富的研究經(jīng)歷。

2.5 完善績效評估

中心充分發(fā)揮績效評估作用，利用多種方式對實(shí)驗教學(xué)隊伍展開師德師風(fēng)、科研教學(xué)等多方面的評估考核，依據(jù)“電子科技大學(xué)專職實(shí)驗教學(xué)隊伍管理辦法”“電子科技大學(xué)實(shí)驗室工作人員考核辦法”等條例考評，同時將實(shí)驗中心教師統(tǒng)一納入學(xué)院考核管理機(jī)制，進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評估和工作量考評。

評估注重柔性化，在制度制定和執(zhí)行上具有人文關(guān)懷，給予實(shí)驗教學(xué)隊伍更多的自由空間去實(shí)現(xiàn)工作價值，著重培養(yǎng)他們的歸屬感和認(rèn)同感［13］;同時基于專業(yè)特色實(shí)驗課程與全校公共實(shí)驗課程等差異，將量化評估與定性評估，過程考核與結(jié)果考核相結(jié)合，通過建立實(shí)驗教學(xué)過程考核機(jī)制、實(shí)驗教學(xué)研討機(jī)制、實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量與水平監(jiān)督機(jī)制等，進(jìn)一步科學(xué)評估與規(guī)范本科教學(xué)管理，確保教學(xué)工作的正常運(yùn)行?？傮w而言，中心通過績效評估，進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的提升:①實(shí)現(xiàn)以評促建。即建立健全我院實(shí)驗中心的質(zhì)量保障體系，不斷完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、教學(xué)管理、科研成果研究與轉(zhuǎn)化等。②實(shí)現(xiàn)以評促改。評估最重要是關(guān)注質(zhì)量建設(shè)，持續(xù)改進(jìn)［14］。中心非常重視內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控與外部評估反饋相結(jié)合，真正做到以評促改。③實(shí)現(xiàn)以評促管。通過評估促進(jìn)中心的教學(xué)管理，包括課程、隊伍、文化管理等。

3 智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設(shè)的成效

智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心面向物聯(lián)網(wǎng)工程、通信工程、網(wǎng)絡(luò)工程等12個本科專業(yè)的學(xué)生，通過構(gòu)建多層次、全方位的實(shí)驗課程體系，年均3 000余名學(xué)生受益，覆蓋課程近20門。此外，學(xué)生積極利用中心資源開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、科技競賽活動，近5年來，依托中心平臺資源，學(xué)生在機(jī)器人大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等國際、國家級、省級比賽中獲獎100余項，學(xué)生創(chuàng)新能力得到顯著提高。經(jīng)過多年的建設(shè)與積累，中心取得諸多教學(xué)成果:物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)先后建設(shè)成為省級特色專業(yè)、教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè)，獲得國家教學(xué)成果二等獎1項，省部級教學(xué)成果獎10余項，參與省級、校級教改項目55項，發(fā)表教改論文47篇。中心建設(shè)所取得的成就是學(xué)校、學(xué)院以及師生共同努力的結(jié)果，對進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)我國教育信息化，培養(yǎng)高素質(zhì)人才具有重要意義。

4 結(jié)語

智慧物聯(lián)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是信息技術(shù)與專業(yè)建設(shè)高度融合發(fā)展的產(chǎn)物［15］，更是實(shí)驗教學(xué)的發(fā)展方向，其建設(shè)工作是一項長期而又艱巨的復(fù)雜系統(tǒng)工程［16］。中心在前期建設(shè)成果基礎(chǔ)上，將繼續(xù)加大人力、財力、物力投入，保證實(shí)驗室環(huán)境和硬件設(shè)施正常運(yùn)行;同時，積極培養(yǎng)一支強(qiáng)素質(zhì)、高水平、結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)精湛且具有創(chuàng)新能力的實(shí)驗教學(xué)和管理隊伍，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量百年大計，教育為本，中心每一位教育工作者都將為實(shí)現(xiàn)我國第一個百年奮斗目標(biāo)而努力。