對利用現(xiàn)代信息技術(shù)提高高校實驗教學(xué)質(zhì)量的探討

李博文

（肇慶學(xué)院 電子信息工程院,廣東 肇慶 526061）

對利用現(xiàn)代信息技術(shù)提高高校實驗教學(xué)質(zhì)量的探討

李博文

（肇慶學(xué)院 電子信息工程院,廣東 肇慶 526061）

面對現(xiàn)代教育的趨勢和教育部提高高校教學(xué)質(zhì)量的要求,文章通過對近年來高校應(yīng)用信息技術(shù)實現(xiàn)實驗教學(xué)改革進行了比較細致的分析與總結(jié),提出了運用虛擬實驗、仿真模擬實驗、在線實驗等新信息技術(shù)來解決當(dāng)前高校實驗教學(xué)中存在的突出問題,更好地培養(yǎng)創(chuàng)新人才,提高高校實驗教學(xué)質(zhì)量。

信息技術(shù);高校實驗教學(xué);模擬實驗;仿真模擬實驗;網(wǎng)絡(luò)實驗;途徑

近年來，為了培養(yǎng)更多高素質(zhì)技術(shù)人才及擴大高等教育范圍，在全國高校連續(xù)擴招的新形勢下，各高校教學(xué)規(guī)模大大增加，目前我國高等教育入學(xué)率及在校生人數(shù)都居世界第一。如此龐大的高等教育規(guī)模，如何達到預(yù)期教學(xué)質(zhì)量及高校教育的要求，是每所高校及高職學(xué)校必須認(rèn)真對待和必須解決的問題。

從教育部通報情況及有關(guān)資料來看高校擴招之后，高等學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量就目前來看還不能完全適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，經(jīng)費跟不上規(guī)模發(fā)展速度，辦學(xué)條件緊張，生均撥款嚴(yán)重不足，反映出隨著學(xué)生規(guī)模的日益擴大，大多數(shù)高校除了教學(xué)師資不足外，更由于實驗儀器設(shè)備不足等存在著各種教學(xué)資源緊缺的問題，致使實驗教學(xué)條件跟不上教學(xué)要求，學(xué)生很少或者沒有實踐及實驗的機會，直接導(dǎo)致教學(xué)效果差的結(jié)果（特別是工科、理科、醫(yī)學(xué)類學(xué)校及專業(yè)）。所以要穩(wěn)定高等教育規(guī)模，保證高等教育教學(xué)質(zhì)量發(fā)展高等教育就必須要把實驗教學(xué)放到教學(xué)的重要位置上來，保證實驗教學(xué)質(zhì)量成為高校擴招必須解決及必須解決的問題。高等學(xué)校實驗教學(xué)目前存在的又比較突出問題有：1、高校擴招后帶來的實驗設(shè)備不足、實驗環(huán)境及場地缺乏、實驗時間收到限制；2、現(xiàn)代新技術(shù)專業(yè)課程的開設(shè)帶來對實驗教學(xué)新的要求；3、社會實踐性強的專業(yè)課程對實驗教學(xué)提出了更高的要求；4、分校區(qū)太多的大學(xué)對實驗教學(xué)的嚴(yán)重影響。

針對上述高等學(xué)校實驗教學(xué)存在的問題，下面淺談一下如何利用信息技術(shù)來提高高校實驗教學(xué)質(zhì)量的途徑：

1　利用虛擬實驗，緩解資源緊缺，降低實驗教學(xué)成本

虛擬實驗是指在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果等值于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果。

針對那些在現(xiàn)有條件下無法開設(shè)的實驗或難以觀察的實驗現(xiàn)象，以及無法提供用于實驗教學(xué)的大型、貴重的精密儀器，可以設(shè)計成相應(yīng)的教學(xué)軟件環(huán)境，通過網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建成為供實驗教學(xué)用的互動式虛擬實驗室（或者平臺），在網(wǎng)上進行實驗教學(xué)。虛擬實驗室具有諸多優(yōu)點，比如實驗預(yù)備知識具有圖文并茂的特性，實驗有關(guān)的數(shù)據(jù)資料豐富多彩，實驗交互過程操作靈活，對實驗操作可以實現(xiàn)即時指導(dǎo)，學(xué)生可以一邊觀察窗口中顯示的實驗對象，一邊進行操作，可體會到真正的實驗過程，通過操作虛擬儀器更加深刻的掌握了不同精密儀器的操作規(guī)程和使用方法。

基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室能夠?qū)崿F(xiàn)讓教師和學(xué)生不受時空的限制，遠程共享、甚至遠程控制虛擬儀器設(shè)備、仿真模型，共享計算資源以及獲取其他信息，達到教學(xué)大綱的要求。通過輔助功能，管理員可以更加便捷的執(zhí)行實驗管理工作，尤其是高校若設(shè)有多個校區(qū)，那么學(xué)生雖然身處不同校區(qū)，但可以通過遠程的方式操作同一個實驗，如此在一定程度上解決了師資力量短缺的問題。多數(shù)院校已實施了此策略方法，通過網(wǎng)上開展虛擬實驗室，全天候?qū)W(xué)生開放，深受廣大學(xué)生好評。部分高校應(yīng)用當(dāng)前一流儀器設(shè)備作為教學(xué)軟件，利用虛擬顯示展開實驗教學(xué)，所獲教學(xué)效果良好。

如中視典虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，就是基于VRP依托虛擬現(xiàn)實與多媒體技術(shù)，融合多種互動硬件設(shè)置，對實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進行真實的模擬仿真，節(jié)約現(xiàn)實教學(xué)資源，共享教學(xué)設(shè)施，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生實踐操作能力的例子；又如：Proteus虛擬仿真實驗室，他是采用Proteus仿真軟件和相應(yīng)的硬件平臺構(gòu)成一個從虛擬到實際，從軟件到硬件，從概念到產(chǎn)品的全過程設(shè)計的多功能實驗平臺。它主要用于電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、嵌入式系統(tǒng)（單片機應(yīng)用系統(tǒng)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)）等課程的實驗、研究等。

2　利用仿真、模擬實驗，提高高校學(xué)生綜合實踐實驗?zāi)芰?/h2>

仿真就是建立系統(tǒng)的模型，并在模型上進行實驗和研究一個存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)。既包括機械、水力、電子等諸多技術(shù)系統(tǒng)，也包括經(jīng)濟、社會、生態(tài)等一些非技術(shù)系統(tǒng)。通過計算機具備的數(shù)據(jù)處理等諸多功能，可利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使得一些條件缺乏地區(qū)的學(xué)生能夠切身體會到真正的實驗，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生更好的掌握書本知識。

例如，建筑物受到地震產(chǎn)生何種影響和高層建筑受到風(fēng)產(chǎn)生的影響等相關(guān)實驗，能夠利用計算機模擬的方法，模擬級別不同的地震或者風(fēng)對于高層建筑造成的不同程度的影響，且通過數(shù)據(jù)形式或彩色反映出應(yīng)力在結(jié)構(gòu)當(dāng)中分布情況，且該過程可重復(fù)使用，非常直觀容易理解。

若實驗具有較強社會實踐性，則利用實驗?zāi)M軟件，使學(xué)生能夠可完成物流管理、CA認(rèn)證等模擬實驗。比如房地產(chǎn)管理行業(yè)中的營銷實驗室，則是應(yīng)用了相應(yīng)的管理軟件安裝有相應(yīng)的模擬操作程序，學(xué)生能夠應(yīng)用各種管理技術(shù)，使得學(xué)生解決問題的能力提高，可以有效解決經(jīng)營管理和房地產(chǎn)開發(fā)方面的實際問題。具有獨特的實用性、競爭性以及趣味性，效果遠超課堂教學(xué)。

當(dāng)然，也可以象某些高校那樣，與企業(yè)合作來實現(xiàn)實踐性的教學(xué)。聯(lián)合軟件公司和大學(xué)共同組建實驗中心，基于精密的仿真實驗器材和一流的技術(shù)以及高質(zhì)量的課堂課件，創(chuàng)建仿真企業(yè)平臺，可以很好的體現(xiàn)出管理特性和行業(yè)特性，對企業(yè)的環(huán)境及流程進行仿真，對企業(yè)中不同的崗位職能等進行模擬，且學(xué)生可自行模擬各種崗位，找到適合自己的職業(yè)角色，更好的定位自己，理論聯(lián)系實際，提供管理、營銷、財務(wù)等方面的實驗需求。國內(nèi)大部分高校為了更好的增強學(xué)生各項能力，提高專業(yè)素養(yǎng)，也紛紛利用現(xiàn)代仿真技術(shù)創(chuàng)建出多種可開展會計電算化、證券期貨投資等一些實驗的實驗室，其中較為典型的是國防大學(xué)的戰(zhàn)爭模擬實驗室。以上方法均可提高學(xué)生各項能力，使理論教學(xué)和時間工作之間的差距進一步縮小，學(xué)生畢業(yè)后可以更好的適應(yīng)工作崗位，對當(dāng)前實驗教學(xué)具有重要意義。

如通過Flash編程實現(xiàn)通信原理仿真實驗等均屬于很好的應(yīng)用例子。

3　利用網(wǎng)上在線共享實驗，拓展實驗教學(xué)領(lǐng)域

所謂網(wǎng)上在線實驗，指的是利用互聯(lián)網(wǎng)的方式對實驗室進行訪問，可使得不同區(qū)域的實驗室實現(xiàn)教育材料與實驗設(shè)備實現(xiàn)共享，促使學(xué)生客座實驗范圍擴大，學(xué)生可通過遠程的方式利用虛擬實驗室進行實驗操作，觀察并做好記錄，不再受區(qū)域與時間的限制，可使用各項實驗設(shè)備，對實驗教學(xué)具有重要意義。

現(xiàn)如今，大多數(shù)高校聯(lián)合項目組已在化學(xué)工程、電子學(xué)、聚合物結(jié)晶學(xué)等科學(xué)建造遠端應(yīng)用實驗室，也就是教師或者學(xué)生可以利用互聯(lián)網(wǎng)遠程方位真實的實驗室，可解除部分實驗以便提高自身操作能力及豐富自己的科學(xué)知識。實現(xiàn)了高校間教學(xué)材料與實驗設(shè)備的共享，如此即可更好的開展教學(xué)，使得實驗室短缺的問題得到有效解決，還可節(jié)省實驗經(jīng)費。

使用時學(xué)生可以在校園網(wǎng)的任意一個計算機終端登陸遠端應(yīng)用型實驗室，并且在終端設(shè)置實驗參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)遠程控制相應(yīng)實驗室儀器，實驗室完成操作后會在短時間內(nèi)將實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)返回至該學(xué)生所使用的終端。很多高校都有比較成功的例子。

例如基于iLab的在線共享實驗室架構(gòu)的搭建、遠程在線共享網(wǎng)絡(luò)實驗室的虛－實組合實驗應(yīng)用及基于RFID的開放實驗室以實現(xiàn)網(wǎng)上資源共享等等都是一個比較成功的例子。

綜上所述，在現(xiàn)今高校實驗教學(xué)面臨諸多問題所困擾時，虛擬儀器、仿真模擬、網(wǎng)絡(luò)等飛速發(fā)展的信息技術(shù)，提供了有效的解決措施可切實可行的解決這些難題。利用網(wǎng)絡(luò)和計算機創(chuàng)建出虛擬實驗室實屬一種有效的解決措施。盡管一切操作都為虛擬的，并且由于模型建立和數(shù)據(jù)處理技術(shù)等方面造成的影響，然而只要在教學(xué)過程中大力推廣應(yīng)用仿真和虛擬等試驗技術(shù)手段，并且有效結(jié)合實際實驗與虛擬仿真，即可發(fā)揮出新技術(shù)的最大優(yōu)勢，促使教學(xué)效果有效提高，增加學(xué)生實驗的時間和加強在實踐實驗方面的能力。通過計算機，實現(xiàn)醫(yī)學(xué)、文學(xué)和工科等類的模擬試驗已經(jīng)成功，促使實驗教學(xué)功能進一步擴展與增強，提高了教學(xué)效果，實驗成本進一步降低，實現(xiàn)了提升實驗教學(xué)質(zhì)量的目的。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.138

李博文（1962-）,男,廣東高要人,物理實驗師,主要從事高校實驗室儀器設(shè)備的管理、維護及實驗教學(xué)等工作。