陳新兵++龍曉莉++謝陳躍++謝斌盛++伍馮潔

摘 要：虛擬仿真在電類專業(yè)人才培養(yǎng)中占有重要地位，相關(guān)資源是新時期教育信息化建設(shè)的核心內(nèi)容。圍繞全校電類課程實踐教學(xué)公共平臺，從實驗、實習(xí)、課外創(chuàng)新與網(wǎng)絡(luò)共享等方面，對各類虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)作了介紹，通過虛擬仿真教學(xué)資源推動信息化建設(shè)，虛實互補提高教學(xué)質(zhì)量，探索國家級虛擬仿真中心創(chuàng)建之路。

關(guān)鍵詞：信息化；虛擬仿真；教學(xué)資源；實踐平臺

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-8454（2014）21-0045-03

一、引言

根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心已成為未來高校信息化建設(shè)的主要方向。廣州大學(xué)電工電子實驗教學(xué)中心（下稱“中心”）作為省級示范中心，建有涵蓋實驗—實習(xí)—課外創(chuàng)新的電類公共教學(xué)平臺體系，是全校共享的電類專業(yè)基礎(chǔ)實驗室、以及實踐和創(chuàng)新基地，在信息化建設(shè)方面取得了較大進展。

虛擬仿真是電類學(xué)科基本的設(shè)計開發(fā)與教學(xué)工具，相關(guān)資源是中心信息化建設(shè)的重點。長期以來，中心以“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續(xù)發(fā)展”為指導(dǎo)思想，校企合作研發(fā)與共享先進相結(jié)合，根據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，緊貼教學(xué)需求推進相關(guān)資源建設(shè)，進行教學(xué)改革與創(chuàng)新，虛實結(jié)合相互補充[1]，建設(shè)了虛擬仿真實驗教學(xué)中心。

二、教學(xué)資源建設(shè)

目前中心已投入教學(xué)的虛擬仿真資源大體分為四類：設(shè)計開發(fā)類、教學(xué)展示類、Android移動應(yīng)用、以及開放式網(wǎng)上虛擬實驗，實現(xiàn)了實驗—實習(xí)—課外創(chuàng)新的全平臺覆蓋[2-4]（如圖1）。開設(shè)虛擬仿真實驗的課程19門，出版教材4本，編寫實驗講義15本，中心的實驗教學(xué)水平實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

1.構(gòu)建實驗仿真平臺，提高綜合設(shè)計能力

設(shè)計開發(fā)類仿真軟件是電類實驗基本的輔助開發(fā)工具，起步早，種類多，開設(shè)課程多，已投入實驗教學(xué)的主要有5種，解決了電類學(xué)科實驗教學(xué)部分項目真實實驗難以實現(xiàn)、耗材消耗大、設(shè)計效率低、設(shè)備成本高、尤其是綜合設(shè)計性實驗開展難等問題（如表1）。

2.建設(shè)網(wǎng)上虛擬實驗室，提高自主學(xué)習(xí)能力

為了解決課外自學(xué)、實驗預(yù)習(xí)及其效果評價、師生互動、數(shù)據(jù)分析以及教學(xué)管理等問題，中心與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了開放式網(wǎng)上虛擬實驗室，解決了公共基礎(chǔ)課的全天候開放式自主學(xué)習(xí)難題[5]，教研也有了依據(jù)，中心教學(xué)水平得到質(zhì)的提高。

學(xué)生通過網(wǎng)上虛擬實驗平臺，利用虛擬元器件與儀器設(shè)備搭建電路、調(diào)節(jié)參數(shù)和測量數(shù)據(jù)，從而進行實驗預(yù)習(xí)與自主實驗，不受時空限制，且具智能提示、自動批改、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)收集分析、互動交流、成績評定、成績發(fā)布功能，老師更能掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，進行教學(xué)演示以及互動答疑等操作，幫助老師從重復(fù)性勞動中解脫出來多做創(chuàng)造性勞動；歷史數(shù)據(jù)使后期數(shù)據(jù)挖掘有了依據(jù)，增強了講課針對性，便于不斷優(yōu)化教學(xué)，鼓勵老師將更多精力投入到教學(xué)研究工作中，提高了教學(xué)效果。

已用于5門電類基礎(chǔ)實驗課：電路、模電、數(shù)電、高頻、電工電子學(xué)，受益專業(yè)9個。

3.完善實習(xí)虛擬平臺，提升工程實踐能力

電工電子實習(xí)是大部分工科專業(yè)的工程實訓(xùn)環(huán)節(jié)，為了解決部分項目成本高、危險、污染、綜合訓(xùn)練難等問題[6]，校企合作研發(fā)了教學(xué)展示類虛擬仿真資源，采用3D技術(shù)，給人身臨其境的沉浸式體驗，輔助實體訓(xùn)練項目，方便學(xué)生預(yù)習(xí)和教學(xué)演示，提高實習(xí)效果，其沉浸感、交互性和重復(fù)性優(yōu)勢可用于解決電類領(lǐng)域傳統(tǒng)教學(xué)中微觀、抽象、污染或高危過程的展示問題（如表2）。

4.打造課外實踐虛擬平臺，提高創(chuàng)新能力

（1）虛擬仿真促進跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新

中心利用教學(xué)資源全校共享優(yōu)勢，創(chuàng)建了跨學(xué)科實踐創(chuàng)新開放平臺，采用Arduino+Android開源軟硬件集成一體化虛擬開發(fā)環(huán)境，每年選拔一批大一學(xué)生，構(gòu)建若干光機電算設(shè)計等一體化項目組，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)開設(shè)了系列培訓(xùn)課程，如智能車硬件設(shè)計（Altium Designer）、AVR與智能車（Proteus）、移動物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計（Arduino+Android）等，提供先進、熱門的智能賽車原型，指導(dǎo)學(xué)生進行以任務(wù)為導(dǎo)向的創(chuàng)意機器人或飛行器設(shè)計，建立了AB班進退機制，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神和科研、動手、交流溝通能力，提高了學(xué)生的跨學(xué)科應(yīng)用水平。

（2）虛擬仿真方便賽事選拔

依托中心的創(chuàng)新基地，開設(shè)了校級科研競賽創(chuàng)新班，建設(shè)了專門的虛擬仿真室和開放室，虛擬仿真的引入，減少了創(chuàng)新班系列課程對設(shè)備和耗材的消耗，更為中心賽事組織和學(xué)生選拔工作帶來了便利，中心通過賽事門戶網(wǎng)站和虛擬仿真軟件進行預(yù)賽，大量虛擬資源通過網(wǎng)站共享，解決了場地依賴問題，賽事過程更容易控制，減少了耗材和人力消耗，決賽時才用實體作品，解決了大規(guī)模競賽的組織、環(huán)境、人力和經(jīng)費等難題。

三、建設(shè)虛擬中心網(wǎng)站，擴大資源共享

中心門戶網(wǎng)站是信息化建設(shè)和資源共享的窗口（如圖2）。中心發(fā)揮虛擬仿真類教學(xué)資源易于網(wǎng)絡(luò)共享和維護更新的優(yōu)勢，建設(shè)了大量虛擬仿真資源，利用門戶網(wǎng)站開展網(wǎng)上虛擬實驗、網(wǎng)絡(luò)課程、開放預(yù)約、實驗管理、賽事組織、論壇交流和青少年科普，服務(wù)我校師生及社會，發(fā)揮教學(xué)資源的延伸作用，突破了時空的限制[7]。

中心通過網(wǎng)站實現(xiàn)了4門網(wǎng)上虛擬實驗課程、24門校級網(wǎng)絡(luò)課程、9門虛擬仿真課件和7種Android虛擬仿真應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)共享，提供了約46GB的網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可在線預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容、了解實驗過程，試做虛擬實驗，提供了智能指導(dǎo)、自動批改和信息查詢等特色功能，在課外自主學(xué)習(xí)的過程中，可與教師通過學(xué)習(xí)論壇互動交流。目前已有5個學(xué)院的12個專業(yè)使用這些虛擬仿真資源進行自主學(xué)習(xí)，年約8000人次。

四、結(jié)論

虛擬仿真教學(xué)資源是未來教育信息化建設(shè)的主要方向，也是高校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，圍繞電類實踐教學(xué)的需求，進行了各類虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)共享，取得了階段進展；必須看到，虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)是一個不斷完善的過程，長期投入較大，除了建設(shè)校級公共實踐平臺提高共享效益，探索校企共建共享持續(xù)發(fā)展的新道路，將是未來建設(shè)國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的新課題。

參考文獻：

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（編輯：王曉明）endprint