基于校企合作的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐

張學(xué)斌 張濤 黃燦 李政峰 周群

摘要：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充，可以解決電子信息類工科專業(yè)學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)過(guò)程中想做不能做、只能看不能做、能做不易做的諸多難題，任何受條件限制無(wú)法開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都可以進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。本文以懷化學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院電子信息類工科專業(yè)為例，探討校企合作模式下虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐，介紹構(gòu)建電工電子類基礎(chǔ)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)、單片機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目庫(kù)以及建立北斗衛(wèi)星導(dǎo)航虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室、電氣工程及其自動(dòng)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室等分室的具體做法，分享基于我院電子信息類工科專業(yè)校企合作模式下的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方法等實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：校企合作;實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式;虛擬仿真;工科專業(yè);電子信息類

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）25-0272-03

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國(guó)家信息化教育戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，是教育信息化發(fā)展的必然要求，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的內(nèi)涵延伸[1]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以解決電子信息類專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的以下難題：一是像智能變電站等大型應(yīng)用系統(tǒng)不允許學(xué)生修改參數(shù)配置，即想做不能做的問(wèn)題[2];二是解決實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)格普遍昂貴，且與之相配套的軟硬件設(shè)施有待進(jìn)一步完善，教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足，學(xué)生不能親自操作等問(wèn)題，即只能看不能做的問(wèn)題[3];三是解決大型、復(fù)雜設(shè)備的實(shí)驗(yàn)成本高昂，實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地占用面積大，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的可觀測(cè)性不強(qiáng)，即能做不易做的問(wèn)題[4]。

1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是建設(shè)高等教育信息化的重要手段。教育信息化是新時(shí)代教育改革發(fā)展的先決條件，也是教育現(xiàn)代化的必由之路。教育部最早于2013年3月頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》從頂層設(shè)計(jì)層面和宏觀戰(zhàn)略的高度提出如何建立具有中國(guó)特色的教育信息化體系，如何建設(shè)大眾可享有的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，并闡述了建設(shè)的中長(zhǎng)期目標(biāo)、任務(wù)和措施，構(gòu)建了基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育、高等教育、繼續(xù)教育和教育管理信息化發(fā)展水平框架[5]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)和發(fā)展的重要手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的目的是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，同時(shí)，在融合教學(xué)資源、協(xié)同教學(xué)科研、促進(jìn)校企聯(lián)合培養(yǎng)人才等方面發(fā)揮了重要作用，在推進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新方面也扮演了非常重要的角色[6]。

當(dāng)前的教育教學(xué)正在由原來(lái)的單一理論課程教學(xué)形態(tài)向理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合轉(zhuǎn)變。為克服網(wǎng)絡(luò)教育和在線課程缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)、學(xué)生不能做實(shí)驗(yàn)的弊端，很多國(guó)內(nèi)外大學(xué)在一些在線網(wǎng)絡(luò)課程中增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，并且可以進(jìn)行遠(yuǎn)程交互協(xié)同實(shí)驗(yàn)，部分已被納入“慕課”（MOOCs）在線學(xué)習(xí)平臺(tái)[7]。各高校高度重視，紛紛投入到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，使任何人都能夠免費(fèi)從網(wǎng)絡(luò)上獲取[8]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)越來(lái)越受到世界的認(rèn)可，國(guó)內(nèi)外的各大高校、科研院所，甚至政府機(jī)構(gòu)對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)給予高度重視。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的構(gòu)建

懷化學(xué)院電子信息與通信工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心始建于2012年。2013年開(kāi)始與北京潤(rùn)尼爾公司合作，經(jīng)過(guò)近幾年的建設(shè)，已經(jīng)初步完成了近10門(mén)基礎(chǔ)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為我校3個(gè)學(xué)院10個(gè)專業(yè)的學(xué)生提供了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的仿真教學(xué)任務(wù)。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，解決了我校東西校區(qū)學(xué)生來(lái)回跑的上課難題，也解決了現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中始終困擾的實(shí)驗(yàn)教學(xué)難題。為了切合我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的總方針，培養(yǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力的電子信息類工科專業(yè)學(xué)生，進(jìn)一步拓展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍，又建立電氣工程及其自動(dòng)化、北斗導(dǎo)航仿真等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)。目前，已經(jīng)建成的電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心包含電工電子類、光電信息類等6類虛擬實(shí)驗(yàn)，其資源結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自中心成立以來(lái)，在我院領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，積極開(kāi)展校企深度合作，先后引進(jìn)了中軟國(guó)際、北京千鋒、長(zhǎng)沙達(dá)內(nèi)、北京潤(rùn)尼爾、大唐移動(dòng)、中國(guó)電科院研究所、衛(wèi)星導(dǎo)航仿真與測(cè)試開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室等多家企業(yè)合作辦學(xué)，建設(shè)電工電子類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室、信息與通信工程類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室、光電信息工程類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室、電氣工程及其自動(dòng)化類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室，以及工程綜合實(shí)訓(xùn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)分室?，F(xiàn)有的開(kāi)放式網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)放了包括了電路分析基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路、信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Java程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、電力系統(tǒng)分析、智能變電站原理與技術(shù)、智能變電站工程與應(yīng)用技術(shù)等17門(mén)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共102項(xiàng)。中心面向電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、廣播電視工程、光信息科學(xué)與技術(shù)等4個(gè)專業(yè)學(xué)生開(kāi)放，年均完成的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課時(shí)數(shù)達(dá)54350以上，為我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供一個(gè)良好的平臺(tái)。

3 校企“雙主體”合作共建

近年來(lái)，電氣與信息工程學(xué)院為促進(jìn)電子信息與通信工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心快速發(fā)展，充分發(fā)揮校企“雙主體”的主觀能動(dòng)性和深度合作，先后與大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司、長(zhǎng)沙北斗產(chǎn)業(yè)安全技術(shù)研究院、達(dá)內(nèi)時(shí)代科技集團(tuán)有限公司、北京渥瑞達(dá)科技發(fā)展有限公司、中鑫創(chuàng)投（北京）教育科技有限公司、上海音達(dá)科技集團(tuán)、中軟國(guó)際有限公司、北京尚觀科技有限公司、北京千峰互聯(lián)科技有限公司、北京凌陽(yáng)愛(ài)普科技有限公司、深圳信盈達(dá)科技有限公司、廣州粵嵌通信科技股份有限公司、北京華清遠(yuǎn)見(jiàn)科技發(fā)展有限公司等21家企業(yè)簽訂校企合作協(xié)議，共建校內(nèi)實(shí)習(xí)基地共7個(gè)，具體見(jiàn)表1。

4虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)效果

自電子信息與通信工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成立以來(lái)，在教學(xué)與科研方面取得了豐碩的成果。

（1）教學(xué)成果

建立健全《電路分析基礎(chǔ)》《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》《單片機(jī)與接口技術(shù)》等電子電工基礎(chǔ)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù);建立健全《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》、《電氣工程及其自動(dòng)化》等專業(yè)實(shí)踐類的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù);構(gòu)建一套可行的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理體系;拓展我校學(xué)生在電工電子類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真項(xiàng)目上的受益面，為我校電氣與信息工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)工程學(xué)院、化工學(xué)院的學(xué)生開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供平臺(tái)，每年受益人數(shù)達(dá)1200人以上;在專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)仿真方面，每年受益人數(shù)達(dá)350人以上;在北斗導(dǎo)航、電氣工程及其自動(dòng)化等方向的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等專業(yè)方向，每年受益人數(shù)達(dá)200人以上;在專業(yè)技能比賽方面，為電子設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、挑戰(zhàn)杯、大唐移動(dòng)通信等提供仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，每年受益人數(shù)達(dá)120人以上。