基于仿真实验系统的高校实验室建设

基于仿真实验系统的高校实验室建设

崔雪峰

哈尔滨远东理工学院

摘要

伴随着技术的日益完善，在有关教育培训单位的积极主动提倡和促进下，虚拟仿真实验展现迅猛发展的发展趋势，在新时代教育情况下虚拟仿真实验教学充分发挥着愈来愈关键的功效。

关键词：仿真实验系统；实验室建设；实验教学

一、引言

虚拟仿真技术，是在多媒体系统技术、虚拟现实技术技术与通信网络技术等网络科技飞速发展的基本上，将仿真技术与虚拟现实技术技术紧密结合的物质，是一种更高級的仿真技术。虚拟仿真技术以搭建全系统软件统一的详细的虚拟环境为典型性特点，并根据虚拟环境集成化与操纵为数众多的实体线。实体线能够是手机模拟器，还可以是别的的虚拟仿真系统软件，也能用一些简易的数学分析模型表明。实体线在虚拟环境中相互影响，或与虚拟环境功效，以主要表现客观性全球的真正特点。虚拟仿真技术的这类一体化、虚拟化技术与数字化的特点，充足达到了当代仿真技术的发展趋势要求。

二、传统实验存在的问题

传统实验是一种社会实践活动，它使用测试设备来执行操作过程。传统实验是验证真理的最基本，最有效的方法。传统的实验方法在社会科学的发展趋势中发挥了重要作用。在教学实验中，由于优秀人才的培养和发展，传统的实验方法做出了巨大的贡献。此外，传统实验还存在许多问题：

（一）不利的实验设备的管理及维护。

目前，电气类的电子设备实验室主要包括你电源电路实验室，电子电路实验室，数字电路设计实验室，单片机设计实验室，微计算机原理实验室等。在每种类型的实验室中，都涉及到机械和设备的类型。而且总数很大。

（二）不利于保持实验室的创新。

由于当代电子信息技术的飞速发展，出现了各种新的机械设备，新的部件和零件，通常会导致以下情况：某种类型的实验仪器到手时可能已经过时了。更不用说在两到三年后消除这种现象是多么正常。因此，根据机械和设备的硬件配置方式创建的实验室遇到了随时随地都可能过时的情况。

（三）不能提高测试的实际效果。

目前，大多数电子设备实验室采用封闭式实验教学法，即在规定的时间内，学生在规定的地点进行规定的考试内容。这种封闭式实验教学方法是因为，一方面，时间和地点的局限性通常导致学生没有足够的时间来了解科学研究实验的内容，而且这种局限性也消除了他们对实验的兴趣。

（四）不利于培养学生的实验兴趣和创造性思维能力。

通常，学生必须对特定课程内容实验的兴趣爱好进行长时间的调整。但是，当前的课程内容实验并非随时随地对学生开放，而且对外界开放的时间也非常有限。这不能引起学生对实验的兴趣，此外，他们的创造性思维能力和工作能力的塑造也受到相同的限制。

三、虚拟仿真实验室建设现状分析

虚拟仿真(VirtualＲeality)系统即用一个系统模仿另一个真实系统，实际上是在计算机系统中构建工程的虚拟模型，并提供可视界面供用户体验该虚拟工程的综合系统。伴随着计算机技术的快速发展，虚拟仿真技术迅速在高等高校的科研领域占据了一席之地，近年来，虚拟仿真技术在教学领域的应用价值逐渐被人们所认识。

与传统实验相比，虚拟仿真实验的优点主要体现在以下五个方面：1、能充分利用现有软硬件资源，节约开支;2、容易实现技术更新，智能化程度高;3、功能齐全，使用方便;4、实验精度高，可以避免传统实验中因仪器设备引起的误差;5、实验时间灵活且不受地点限制。

国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟仿真实验室。据统计，现已建立虚拟仿真实验室的高校已达上百家。就土木建筑领域来说，同济大学、中国矿业大学等高校已先后成立了国家级虚拟仿真实验教学中心。部分国家级虚拟仿真实验教学中心建设情况如表1所示。

根据表1可知，各层次高等院校对虚拟仿真实验室的建设热情极高，然而，当前建立的城市地下空间工程虚拟仿真实验室并不多见。

表1部分虚拟仿真实验教学中心表

四、构建开放性虚拟仿真实验室的有效途径

（一）要以虚实为辅，增强实际操作能力

实验者在虚拟教学实验中没有实际操作感、触摸感，因此会失去传统实验室的体验感，所以对实验者而言，会对基于单纯Vlabs的教学模式产生一定的怀疑，这将不利于实验者建立自信心。因此，单一的基于虚拟实验的教学方式会存在一定的不足。为了确保虚拟实验教学和传统实验教学的紧密结合，使之与真实实验相互补充，要充分借助数字化模拟技术，虚实结合，以实为主，以虚为辅。这一原则是构建虚拟仿真实验时需要考虑的。与此同时，更新及时、种类齐全以及应用广泛这三点也是构建虚拟仿真实验时需要注意的。对应用广泛而言，实验教学资源尤其是精品课程，得益于构建数字化共享平台时不受时间和空间的限制可以进行针对性或广泛性的开放和推广，进而可以显著扩大其辐射示范作用。针对种类齐全而言，为了保障拥有丰富服务功能，进一步完善各种实验资源，可以通过自主研发、合作以及引进相结合的方式来兼容各种虚拟仿真实验活动和各类资源。针对及时更新而言，随着信息处理技术与计算机技术的发展，应及时根据实际教学纲要更新实验教育资源，利用先进的教育教学方法进一步完善和改进虚拟教学中各种实验教学活动。

（二）进一步改进教学项目和实验方式

第一，通过打造互动性、真实性较强的虚拟化自主学习空间，进一步深化教学改革，调动学生参与的积极性，并不断对教学方式和实验项目设计进行探究和创新。第二，在综合考虑各种实验项目的基础上进一步扩大创新研究范畴，尤其注重对自主学习要求高的虚拟实验项目进行探究，及时更新实验教学资源，并整合新型教学内容，完善现有虚拟实验教学项目。

（三）进一步开展项目实践

第一，设立创新学分、学科竞赛基金以及学生自主创新创业基地来调动大学生对创新创业的积极性，举办诸如3D打印、虚拟设计等各类大学生科研探索项目，同时更新各类中心教学资源。第二，以先进仿真设备等资源优势来引导学生参与科研活动，引导校内学生自建社团组织。第三，为了提高学生理论联系实际的能力，达到举一反三的效果，还可以促进教学对象进行自主科研创新，进行虚拟实验教学革新，让学生以及学生组建的学习小组在教育主体的引导下自主选择研究课题，有针对性地提高不同学生的学习能力。

（四）建立开放模式

针对不同的实验教学资源和教学对象，应建立分层次、分方式、分时段的全方位多角度的实验共享平台。这主要包括以下4个方面。第一，开放时间固定。把普通的认知性强的实验教学项目在固定的时间内进行共享开放。第二，开放需要预约。对于部分研究生、行业员工以及大学生，综合实验课等为主体的实验项目，需要提前进行预约。第三，开放灵活。灵活开放的模式主要服务于学生，方便其能够在课余时间进行自主学习、实验以及科研创作等。第四，互联网远程共享。以计算机共享的相应教学资源，应加强构建虚拟实验教学空间，进而加强资源的有效对接与有序整合，从而实现资源的组合创新、自主创新、在线测试、在线操作、在线学习以及交叉访问等。

参考文献：

[1] 冯珊珊 . 虚拟仿真实训平台在实践教学中的应用 [J]. 《电子技术与软件工程》, 2016.11

[2] 孙纪勃，张学伟 . 基于虚拟仿真的大学物理实验教学研究 [J]. 《现代职业教育》, 2018.03

[3] 付利，潘杰 . 高校虚拟仿真实验室建设与创新 [J]. 《新校园》, 2017.12

课题编号：GJB1422573