基于信息化教學(xué)的電子信息類專業(yè)仿真教學(xué)模式探究

關(guān)鍵詞：信息化;虛擬仿真技術(shù);電子信息類專業(yè);教學(xué)

中圖法分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1引言

由于電子信息類專業(yè)課程的培訓(xùn)工作難以進(jìn)行，所以需消耗大量的資金購買相關(guān)設(shè)備，嚴(yán)重制約了教育質(zhì)量的提升。然而，不可置否仿真實(shí)驗(yàn)存在較多的益處，使得學(xué)生可以在課堂中借助仿真的方式自主進(jìn)行觀察、分析，并且做出相關(guān)研究，最后得出一定結(jié)論。利用仿真教學(xué)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力?？傊?，仿真教學(xué)存在目標(biāo)明確性、經(jīng)濟(jì)且方便的特點(diǎn)，能夠使學(xué)生積極主動進(jìn)行學(xué)習(xí)，利于對學(xué)生的大腦思維展開挖掘等，有助于為社會培育大量高級技能型人才。

2虛擬仿真技術(shù)的概念

隨著現(xiàn)代化教育技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)被引入實(shí)際教學(xué)中。虛擬仿真技術(shù)包含“虛擬現(xiàn)實(shí)”與“仿真”兩個概念。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)是指利用計(jì)算機(jī)科技為人提供視覺、聽覺、觸覺等多種直觀又自然的實(shí)時(shí)感知：相關(guān)人員可以使用部分重要設(shè)備展開溝通與交互，進(jìn)一步獲得身臨其境的體驗(yàn);虛擬環(huán)境存在寬泛的立體圖形，能夠展現(xiàn)指定的現(xiàn)實(shí)世界和純粹的虛擬世界;必備設(shè)備包括頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套以及數(shù)據(jù)衣服等;自然互通指的是對虛擬環(huán)境中的設(shè)備進(jìn)行操作并且得到實(shí)時(shí)立體反饋，如頭的轉(zhuǎn)動以及身體的移動等。仿真則是一個基礎(chǔ)性系統(tǒng)，即將計(jì)算機(jī)和多種專用物理設(shè)備作為工具，利用系統(tǒng)化模型對真正的或者想象的系統(tǒng)展開動態(tài)實(shí)驗(yàn)。其特征包括可控性強(qiáng)、耗費(fèi)較小以及可采取多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)措施[1]。

3仿真工具在教學(xué)中的地位

利用仿真工具能夠提升理論課的教學(xué)質(zhì)量與效率，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用仿真工具能夠合理安排仿真實(shí)驗(yàn)，較好地緩解實(shí)驗(yàn)資源緊張的形勢，并完成相關(guān)教學(xué)任務(wù)。然而，雖然仿真工具具有較大的作用，但依然不可代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

第一，仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境和真實(shí)環(huán)境存在一定的差別。例如，在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中使用MATLAB可以模擬多種有效濾波器，然而在真實(shí)環(huán)境下有效濾波器是無法模擬的。

第二，電子信息類專業(yè)的目標(biāo)是將學(xué)生培育成合格的專業(yè)型人才，只開展仿真實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須使學(xué)生實(shí)際操作并熟練應(yīng)用多種儀器，培養(yǎng)他們在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中研究問題、處理問題的能力[2]。

4虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于電子信息類專業(yè)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

（1）整合教學(xué)資源，落實(shí)開放教學(xué)課堂工作

虛擬仿真教學(xué)課堂依賴于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和健全的教學(xué)體系，能夠?qū)崿F(xiàn)異地在線檢測、遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效降低采購成本，減少教學(xué)課堂建設(shè)和管理資金投入。虛擬仿真教學(xué)課堂為師生構(gòu)建了一個開放性教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境，使得師生能夠在任何時(shí)間、場所開展教學(xué)活動。打造虛擬仿真教學(xué)課堂，一方面能夠促進(jìn)教學(xué)資源的整合，另一方面可以井然有序地開展教學(xué)活動。

（2）打造教學(xué)平臺，提升教學(xué)質(zhì)量

電子信息類課程教學(xué)一般采用理論和實(shí)踐相分離的教學(xué)方式。借助虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)?shí)驗(yàn)和理論學(xué)習(xí)進(jìn)行有效融合，一方面將學(xué)生從固定理論、實(shí)踐中解放出來，另一方面給予學(xué)生展開自主、自選實(shí)驗(yàn)題目以及自行安排實(shí)驗(yàn)的空間，使得學(xué)生能夠發(fā)揮主動性、積極性以及創(chuàng)新性，從而提升教學(xué)質(zhì)量[3]。

（3）改變教學(xué)方式，培育創(chuàng)新型人才

使用虛擬仿真技術(shù)，有利于科學(xué)合理地對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃，幫助教師自主規(guī)劃教學(xué)方案，并及時(shí)解析教學(xué)內(nèi)容。虛擬教學(xué)模式是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的有效補(bǔ)充，可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力和自主創(chuàng)新能力，從而培育出具有實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神的人才。

5樹立虛擬仿真教學(xué)理念

將虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、實(shí)驗(yàn)室硬件資源進(jìn)行結(jié)合，可以有效統(tǒng)籌實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬仿真教學(xué)平臺可以對全校師生乃至校外人員進(jìn)行開放，申請人只需提出實(shí)驗(yàn)需求，通過審核后即可遠(yuǎn)程獨(dú)立完成仿真實(shí)驗(yàn)，或在教師的幫助下完成仿真實(shí)驗(yàn)。此外，虛擬仿真教學(xué)平臺還可以為跨專業(yè)的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境與技術(shù)支撐，如選修實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、自選興趣實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)規(guī)劃以及各種競賽等，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣與創(chuàng)新思維。

在計(jì)算機(jī)仿真、網(wǎng)絡(luò)通信以及多媒體等技術(shù)的支持下，虛擬仿真技術(shù)可以更好地與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相融合，從而讓教師樹立“虛實(shí)結(jié)合、以虛補(bǔ)實(shí)”的虛擬仿真教學(xué)理念。

“虛實(shí)結(jié)合”主要體現(xiàn)在基本理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)層面。借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠開展實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)、電路參數(shù)規(guī)劃以及電路框架改進(jìn)等，可以對抽象的理論知識進(jìn)行更為直接、詳細(xì)地掌握，以加深理解。由于實(shí)驗(yàn)對象與實(shí)驗(yàn)設(shè)施都以虛擬形態(tài)進(jìn)行展現(xiàn)，故實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍磸?fù)開展，以提升學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的熟悉度，把握正確的實(shí)驗(yàn)流程，進(jìn)一步減少實(shí)際動手操作時(shí)間，提升實(shí)驗(yàn)成效，并且降低實(shí)驗(yàn)錯誤率。從實(shí)驗(yàn)室管理方面而言，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中失誤率的下降也能夠大幅度減少實(shí)驗(yàn)室設(shè)備與器件的消耗，從而降低成本。因此，利用虛擬仿真教學(xué)平臺，學(xué)生借助“虛”所認(rèn)知的理論與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?、技術(shù)以及有關(guān)注意事項(xiàng)，能夠引導(dǎo)其在“實(shí)”中進(jìn)行實(shí)踐操作，真正實(shí)現(xiàn)了將學(xué)生作為核心、提倡自主學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)[4]。

當(dāng)然，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)并不只是為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，“虛”的最終目標(biāo)是補(bǔ)充“實(shí)”。比如，專業(yè)課程規(guī)劃常常需要一周乃至更長的時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行全部專業(yè)課程規(guī)劃顯然無法實(shí)現(xiàn)。而利用虛擬仿真技術(shù)能夠使學(xué)生打破時(shí)間和空間的束縛，從而實(shí)完成多數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容。同時(shí)，利用虛擬仿真設(shè)備的圖形界面可以開展動態(tài)交互，及時(shí)反饋設(shè)計(jì)成效，有利于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題與失誤，從而提升課程規(guī)劃效率和學(xué)生的工程意識與職業(yè)素養(yǎng)。應(yīng)用大量專業(yè)虛擬仿真工具，教師可以掌握設(shè)備、儀器的實(shí)驗(yàn)成效;在專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及技術(shù)比賽等層面，學(xué)生能夠有效完成重要流程的規(guī)劃，從而達(dá)成“以虛補(bǔ)實(shí)”的教學(xué)目的。

6電子信息類課程教學(xué)中出現(xiàn)的主要問題

（1）受傳統(tǒng)教學(xué)思想的束縛

高校要重視培育學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新技能以及創(chuàng)新精神。但是目前部分高校仍秉持傳統(tǒng)教學(xué)理念，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式及教學(xué)方式，不利于教學(xué)作用的有效發(fā)揮。

（2）注重知識講解，忽略能力培育

傳統(tǒng)教學(xué)模式一般以“灌輸式教學(xué)”為核心，根據(jù)教學(xué)大綱進(jìn)行“按部就班”式教學(xué)，學(xué)生被動接納理論知識，“教師講到哪，學(xué)生聽到哪”。根據(jù)調(diào)查可知，大多數(shù)學(xué)生能夠理解教師在教學(xué)過程中所講解的理論知識，但是無法對所學(xué)知識進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。電子信息類課程教學(xué)中同樣存在重視知識講解，忽略能力培養(yǎng)的問題。

（3）教學(xué)內(nèi)容較多，教學(xué)課時(shí)不夠

教學(xué)改革之后，教學(xué)大綱指出要縮減教學(xué)課時(shí)。但是，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，教學(xué)內(nèi)容不可縮減。受教學(xué)課時(shí)縮減的影響，電子信息類課程教學(xué)計(jì)劃不得不進(jìn)行改進(jìn)，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

7虛擬仿真技術(shù)在電子信息類課程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

對電子信息類專業(yè)學(xué)生而言，“電子信息”是一門基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程，其能否實(shí)現(xiàn)有效開展，主要取決于對學(xué)生的高質(zhì)量培育。在時(shí)代發(fā)展的新形勢下，電子信息類專業(yè)課程教學(xué)工作需要緊隨時(shí)代發(fā)展潮流，深化改革創(chuàng)新，在先進(jìn)理念、成功經(jīng)驗(yàn)的支撐下逐漸深化虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用。為推動電子信息類課程教學(xué)的發(fā)展，可以從以下方面出發(fā)。

7.1情景式教學(xué)

結(jié)合構(gòu)建主義學(xué)習(xí)觀以及學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，可以在虛擬仿真教學(xué)中創(chuàng)建情景式教學(xué)環(huán)境，指導(dǎo)學(xué)生快速融入學(xué)習(xí)氛圍。在電子信息類課程教學(xué)中，借助虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)虛擬情景式教學(xué)環(huán)境，可以將實(shí)驗(yàn)室操作臺、表格以及圖形等不容易表述的內(nèi)容，通過虛擬仿真的模擬過程進(jìn)行有效展示。在電路仿真模擬中，對電路工作情況進(jìn)行形象化演示，可以獲得電路參數(shù)變化數(shù)值;將電路輸出過程轉(zhuǎn)變?yōu)闈u進(jìn)動態(tài)過程，可以使學(xué)生親身體驗(yàn)整體轉(zhuǎn)變過程，從而激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。在虛擬電路教學(xué)中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)踐操作，為學(xué)生提供自主動手操作的機(jī)會，使其獲得解決突發(fā)情況與問題的能力[5]。

7.2分析式教學(xué)

分析式教學(xué)法又被稱為研究法、發(fā)現(xiàn)法，指的是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，自主進(jìn)行分析，找出事物客觀規(guī)律、特性的一種教學(xué)方法。利用分析式教學(xué)法，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性，是高校教學(xué)中所推崇的一種教學(xué)模式。在電子信息類課程教學(xué)中，教師在為學(xué)生講解理論知識時(shí)，可以激勵學(xué)生主動展開分析，從而對所學(xué)知識進(jìn)行驗(yàn)證。在虛擬仿真技術(shù)的支持下，教師指導(dǎo)學(xué)生對理論知識進(jìn)行分析、驗(yàn)證，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

7.3在實(shí)踐教學(xué)中加入虛擬仿真技術(shù)

在實(shí)踐教學(xué)中加入虛擬仿真技術(shù)，可以利用軟件替代儀器、電路等設(shè)施;可以借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)替代實(shí)際動手操作，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)變?yōu)橹苯有?、設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)，不僅能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與積極性，培育實(shí)驗(yàn)興趣，也能夠彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室硬件不足的缺憾，充分發(fā)揮軟件仿真的巨大作用。

另外，在實(shí)踐教學(xué)中加入虛擬仿真技術(shù)，可以有效查找有關(guān)基礎(chǔ)資料，并按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃方案對軟件進(jìn)行仿真、修改;按照指數(shù)改進(jìn)體系框架與調(diào)節(jié)參數(shù)，獲得軟件設(shè)計(jì)的最佳效果，并按照安裝體系開展調(diào)試工作，從而提升學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

8結(jié)束語

虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)較多，可以對學(xué)生專業(yè)技術(shù)的培育提供幫助。在電子信息類專業(yè)教學(xué)中合理利用虛擬仿真教學(xué)技術(shù)，可以培養(yǎng)出高素質(zhì)的專業(yè)人才，為社會的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

作者簡介：

向興東（1981—），本科，研究方向：教育教學(xué)。