方振國，李　崢，李素文，陳得寶，楊一軍（淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，安徽淮北235000）

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電子信息類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)研究

方振國，李崢，李素文，陳得寶，楊一軍
（淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，安徽淮北235000）

摘要：針對(duì)我校電子信息類專業(yè)的快速發(fā)展與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相對(duì)滯后帶來的一些問題，調(diào)研國內(nèi)高校工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室改革創(chuàng)新的最新進(jìn)展，整理分析我校電子專業(yè)近年來的教學(xué)改革成果，提出以電工電子實(shí)驗(yàn)中心及CDIO工程教育中心為基礎(chǔ)，構(gòu)建專業(yè)虛擬仿真中心的構(gòu)想.虛擬中心的建設(shè)擬將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)融合，建立遠(yuǎn)程開放、資源共享的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，“虛”與“實(shí)”結(jié)合，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受時(shí)間、空間、設(shè)備的限制，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式及教學(xué)手段，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源緊張的難題.

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；資源共享

0　引言

近年來，在國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，智能信息處理技術(shù)得到快速的發(fā)展，各類專業(yè)虛擬仿真軟件不斷的涌現(xiàn)及完善，為將傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)移植到虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中奠定良好的基礎(chǔ)，同時(shí)，國家教育部也于2013年8月下發(fā)了《關(guān)于開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》［1-3］，由此，如何合理地將虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)室硬件資源統(tǒng)籌融合，結(jié)合高校的區(qū)域特色、專業(yè)特色，建設(shè)軟、硬件互補(bǔ)的開放式專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成為各大高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的熱點(diǎn)內(nèi)容［4-6］.淮北師范大學(xué)作為皖北地區(qū)唯一的一所綜合性大學(xué)，其電子信息專業(yè)肩負(fù)著培養(yǎng)卓越電子工程人才，振興發(fā)展皖北地區(qū)電子產(chǎn)業(yè)的重要任務(wù).電子信息專業(yè)作為一門應(yīng)用背景強(qiáng)的工程類學(xué)科，其人才的培養(yǎng)和發(fā)展與實(shí)踐環(huán)節(jié)息息相關(guān)，科學(xué)合理的實(shí)踐是將抽象復(fù)雜的理論知識(shí)與工程應(yīng)用結(jié)合的唯一有效手段，因此，借助最新的虛擬仿真技術(shù)，全面改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與教學(xué)手段，構(gòu)建虛、實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，成為近年來物電學(xué)院電子信息類專業(yè)深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建設(shè)的重點(diǎn).

1　建設(shè)背景

物電學(xué)院電子信息系于2013年獲批“省級(jí)電工電子實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)示范中心”，2014年獲批“省級(jí)電路與電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”，并在2014年編寫出版普通高?！笆濉币?guī)劃教材《電子信息類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教程》，新編教材將虛擬仿真技術(shù)與硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合［7］，改編電路分析、微機(jī)原理、通信原理等18門專業(yè)課程的105個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并為所有硬件實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都配套虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，為構(gòu)建全面開放的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心奠定良好的基礎(chǔ).近年來，電子相關(guān)企業(yè)發(fā)展迅速，人才需求迅速增加，電子信息類專業(yè)的招生規(guī)模也逐步擴(kuò)大，2013年招收280人，2014年招收360人，再加上信息學(xué)院電子專業(yè)的學(xué)生，電子專業(yè)在校學(xué)生總規(guī)模接近2 500人，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模及儀器設(shè)備套數(shù)已不能完全滿足人才培養(yǎng)的需求，給傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方式與教學(xué)手段帶來巨大的壓力，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）學(xué)生數(shù)量眾多，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所緊張，硬件實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺，且部分儀器設(shè)備易損壞，難維護(hù)，更新慢.

（2）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)以驗(yàn)證性為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，學(xué)生無需思考，按部就班地按照實(shí)驗(yàn)步驟就可以做完實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

（3）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果差，沒有有效的預(yù)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)考核手段，學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)容易走過場(chǎng)，難以保證高質(zhì)量地完成硬件實(shí)驗(yàn).

（4）受實(shí)驗(yàn)室資源限制，學(xué)生硬件實(shí)驗(yàn)安排集中，幾乎周六、周日全天實(shí)驗(yàn)，學(xué)生感覺疲憊，限制發(fā)揮空間，難以達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)要求與效果.

（5）學(xué)生層次不一，設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)難以開展，缺少有效的分層次培養(yǎng)運(yùn)行機(jī)制及管理平臺(tái).

針對(duì)這些實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，筆者認(rèn)為，只有依托物電學(xué)院現(xiàn)有硬件資源平臺(tái)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及虛擬技術(shù)，在固定時(shí)間、固定地點(diǎn)進(jìn)行固定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)方式，建設(shè)開放、互動(dòng)、共享的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立構(gòu)思和設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，才能卓有成效地解決上述矛盾，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，推動(dòng)電子信息專業(yè)的全面發(fā)展.

2　虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)方式

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心應(yīng)首先建設(shè)網(wǎng)絡(luò)管理和共享平臺(tái)，平臺(tái)應(yīng)包括虛擬實(shí)驗(yàn)中心門戶網(wǎng)站、實(shí)驗(yàn)前的理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)的開課管理、典型實(shí)驗(yàn)庫的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排、實(shí)驗(yàn)過程的智能指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)批改、實(shí)驗(yàn)成績(jī)統(tǒng)計(jì)查詢、數(shù)字化資源管理、師生互動(dòng)交流和系統(tǒng)管理等子系統(tǒng)，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行奠定良好的運(yùn)行基礎(chǔ).接著在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源平臺(tái)的建設(shè)，資源平臺(tái)的建設(shè)主要有兩種方式：（1）全自主研發(fā)，即自主研發(fā)虛擬軟件，依據(jù)自身專業(yè)特色開發(fā)虛擬的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)軟件、硬件、理論的無縫接軌.（2）半自主研發(fā)，即放棄研發(fā)虛擬軟件，根據(jù)需要購買專業(yè)的仿真工具，資源建設(shè)的重心放在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的研發(fā)上，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)理論與現(xiàn)代電子技術(shù)的快速結(jié)合.由于電子信息專業(yè)涉及的課程眾多，課程之間既有聯(lián)系又相互獨(dú)立，很難自主研發(fā)一個(gè)涵蓋所有課程的虛擬軟件，且自主研發(fā)建設(shè)周期長(zhǎng)，耗費(fèi)人力、財(cái)力資源眾多，暫時(shí)解決不了目前的難題.所以應(yīng)采用半自主研發(fā)的方式，合理的引入Proteus、Matlab、Multisim、Labview、Systemviw等主流的專業(yè)虛擬軟件，節(jié)省軟件開發(fā)的成本及時(shí)間，將建設(shè)重點(diǎn)放在教學(xué)內(nèi)容的更新與完善上，大幅度的增加設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與最新的電子技術(shù)結(jié)合，開闊學(xué)生眼界，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性.最后在專業(yè)課程虛擬仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，打造科學(xué)創(chuàng)新虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將物理學(xué)、材料學(xué)等相關(guān)內(nèi)容納入平臺(tái)，與CDIO工程教育中心結(jié)合，完成虛擬仿真與實(shí)踐創(chuàng)新的結(jié)合，為教師提供專業(yè)的科研平臺(tái)，為培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生成為卓越工程師提供保障.

3　虛擬實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)的內(nèi)容和取得的成效

虛擬仿真中心預(yù)計(jì)建設(shè)周期為3年，2015-2016年制定虛擬實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容及實(shí)施細(xì)則，組織展開相關(guān)的調(diào)研及研討；2016-2017年進(jìn)行專業(yè)基礎(chǔ)課程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，完善指導(dǎo)教師的培養(yǎng)及相關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)；2017-2018年進(jìn)行綜合創(chuàng)新虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，將物理和材料科學(xué)等相關(guān)的課程納入中心，完成一個(gè)功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的新型實(shí)驗(yàn)中心.預(yù)期網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建成后將逐步把所有電子信息類課程納入虛擬中心，包括電路分析、數(shù)字電路、線性電子線路、微機(jī)原理、通信原理、程控交換、圖像處理等約40門課程，同時(shí)將新增科學(xué)創(chuàng)新類、工程教育類實(shí)驗(yàn)4門，將設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比例將提升至70%以上，拓寬學(xué)生專業(yè)知識(shí)能力，為全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)提供機(jī)會(huì)與平臺(tái).同時(shí)將改革原來單純的3學(xué)時(shí)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤摂M2學(xué)時(shí)”+“硬件1學(xué)時(shí)”的方式，徹底打破時(shí)間及空間的限制，學(xué)生在虛擬平臺(tái)中自主安排時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)習(xí)與考核，考核達(dá)標(biāo)后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行1學(xué)時(shí)的硬件實(shí)驗(yàn)，將硬件實(shí)驗(yàn)室的綜合利用率直接提升3倍，達(dá)到在不改變現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室規(guī)模及設(shè)備的情況下，有效解決緩解實(shí)驗(yàn)資源緊缺的問題，年均直接受益人時(shí)數(shù)近150 000（人/學(xué)時(shí)）.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建成后將可以通過專業(yè)的設(shè)備及軟件平臺(tái)將創(chuàng)新理念、創(chuàng)新思想、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、項(xiàng)目開發(fā)單獨(dú)呈現(xiàn)或進(jìn)行有機(jī)組合，為培訓(xùn)學(xué)生提供各種可能的復(fù)雜情況，接近現(xiàn)實(shí)，提高學(xué)生的應(yīng)變能力，并可以依據(jù)學(xué)生的個(gè)性及能力，對(duì)應(yīng)性的開展個(gè)別化的教育培訓(xùn)，既實(shí)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生的普及培養(yǎng)，又完成拔尖人才的個(gè)性化培養(yǎng).

4　結(jié)束語

虛擬仿真中心的建設(shè)是高校近年來實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的核心發(fā)展目標(biāo)，探索研究以虛為主，以實(shí)為主，虛實(shí)結(jié)合的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系有利于解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)體系中存在的一些問題，對(duì)于深化高校實(shí)驗(yàn)室改革，將經(jīng)典理論知識(shí)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速結(jié)合有著重要的意義.本文研究我校電子信息類專業(yè)近年來實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革方面的成果，分析目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問題，提出以電工電子實(shí)驗(yàn)中心及CDIO工程教育中心為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來實(shí)驗(yàn)室改革的成果，建設(shè)電子信息類虛擬實(shí)驗(yàn)仿真中心的思路，以期解決電子學(xué)科的快速發(fā)展與實(shí)驗(yàn)室資源缺乏的難題，全面提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及工程應(yīng)用能力，為電子專業(yè)的持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

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Research on Construction of Experimental Teaching Center of Virtual Simulation for Electronic Information-Major

FANG Zhenguo，LI Zheng，LI Suwen，CHEN Debao，YANG Yijun
（School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Abstract：Aimed at the rapid development of Electronic Information Specialty in our school and solving some problems of lagging laboratory construction，the lastest progresses of innovation reform in domestic university laboratory for the engineering specialty are investigated.By analyzing the recent educational reform achieve?ments of electronic major in our school，Building a professional virtual simulation center which is based on the electrical and electronic experimental center and CDIO engineering educated is proposed.The virtual cen?ter is the fusion of network technology，multimedia technology and virtual simulation technology，and it will establish an experimental platform for long distance opening and resources sharing.By integrating of“virtual”and“real”，the virtual center will break through the traditional experiment limited by time，space，equipment，improve the experiment teaching methods and teaching means，and solve the problem of teaching experiment resources shortage.

Key words：virtual simulations；experimental teaching center；resource sharing

作者簡(jiǎn)介：方振國（1976-），男，安徽淮北人，副教授，研究方向：電子信息類專業(yè)教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目：電子信息工程特色專業(yè)（2015tszy014）；教學(xué)研究項(xiàng)目（2015jyxm163）；電路與電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（2014xnzx009）；重大教學(xué)研究項(xiàng)目（2014zdjy060）；淮北師范大學(xué)教學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（12200088，jy14120）

收稿日期：2015-05-22

中圖分類號(hào)：G 482

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：2095-0691（2016）01-0094-03