基于課程與實(shí)踐一體化的電子通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

曹洪奎 張興 周城旭 馬永紅

[摘 要] 隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的教育水平產(chǎn)生了顯著提升。電子通信專業(yè)是高校教學(xué)體系的重要組成部分，但是就目前來(lái)看，電子通信專業(yè)的教育形態(tài)存在部分問(wèn)題，其根本原因在于理論教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)比例不平衡。由于電子通信專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)需要投入大量資金，因此教育單位有必要將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到課程體系之中，用以強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

[關(guān)鍵詞] 理論教學(xué);實(shí)踐教學(xué);電子通信專業(yè);虛擬仿真

[課題項(xiàng)目] 2018年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2018321）

[作者簡(jiǎn)介] 曹洪奎，張 興，周城旭，馬永紅，遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院。

[中圖分類號(hào)] G642.41 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）17-0389-02 ? ?[收稿日期] 2019-10-15

虛擬仿真技術(shù)主要是借助于多媒體、人工智能、數(shù)據(jù)庫(kù)以及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，利用足夠逼真合理的環(huán)境來(lái)為學(xué)生提供實(shí)踐教學(xué)幫助，讓學(xué)生能夠在相對(duì)開(kāi)放的環(huán)境之中達(dá)成有效交互溝通，開(kāi)展更為安全經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。虛擬仿真技術(shù)相較于傳統(tǒng)實(shí)踐課程而言，其具備更強(qiáng)的精確性以及安全性，尤其是部分教學(xué)內(nèi)容涉及到了安全保密的問(wèn)題，虛擬仿真技術(shù)恰好能夠合理解決。所以虛擬仿真技術(shù)可以在一定程度上推進(jìn)我國(guó)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)程，為教育發(fā)展提供更為優(yōu)質(zhì)的幫助。

一、電子通信專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.設(shè)備無(wú)法得到及時(shí)更新?，F(xiàn)今，部分高校由于不具備充足的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，并不能定期更換實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備及器材，因此這就使得學(xué)生受到的實(shí)踐教育質(zhì)量嚴(yán)重下降。而且由于高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的設(shè)備無(wú)法做到及時(shí)更換，導(dǎo)致教學(xué)活動(dòng)無(wú)法緊密切合學(xué)生的基本需求，通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容無(wú)法迅速獲得補(bǔ)充，這與當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展速率以及課程革新速率相互背離。與此，部分高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)明顯單一，其中未涉及到任何關(guān)于創(chuàng)新的知識(shí)內(nèi)容，學(xué)生僅僅依托于已有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)來(lái)開(kāi)展已知探究，無(wú)法切合高校的教學(xué)方向。

2.實(shí)踐教學(xué)過(guò)于困難。電子通信專業(yè)的實(shí)踐知識(shí)的難度較高，電子通信專業(yè)教學(xué)內(nèi)容涉獵范圍極廣且內(nèi)容難以理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到各種難以理解的公式或定義，雖然在網(wǎng)絡(luò)上存在諸多視頻教學(xué)課程，但是介于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自身具備的復(fù)雜性特點(diǎn)，即便學(xué)生上網(wǎng)觀看視頻也難以理解。比如，網(wǎng)絡(luò)課程涉及到的TUP流程等內(nèi)容明顯過(guò)于復(fù)雜。在開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中，教師如果僅僅采用原有的板書(shū)教學(xué)形式，那么學(xué)生必然無(wú)法迅速完成記憶，并且由于沒(méi)有充足的實(shí)踐知識(shí)為其提供支撐，因此學(xué)生即便知其然也不能知其所以然。由此可見(jiàn)，課程與實(shí)踐一體化的優(yōu)勢(shì)就是為學(xué)生的理論學(xué)習(xí)帶來(lái)實(shí)際支撐，將教學(xué)理論融合到仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，不僅可以全方位地強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且還能讓學(xué)生自主創(chuàng)新探究，達(dá)成更好的教學(xué)效果。

3.生源基數(shù)與教師人數(shù)不相匹配。隨著時(shí)間的推移，各大高校之間的招生數(shù)量也在不斷增加，而且由于電子通信屬于時(shí)下熱門專業(yè)，因此選擇此專業(yè)的學(xué)生數(shù)量也是越來(lái)越多，但是部分高校在設(shè)置課程體系的時(shí)候，并未根據(jù)學(xué)生數(shù)量來(lái)增加相應(yīng)的教師團(tuán)隊(duì)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，根本無(wú)法切實(shí)有效地滿足學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)需求。

二、電子通信專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)

1.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)概述。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依托于互聯(lián)網(wǎng)以及多媒體技術(shù)，借助于網(wǎng)絡(luò)連接到虛擬實(shí)驗(yàn)中心，其不受空間以及時(shí)間的限制，只要學(xué)生擁有相應(yīng)設(shè)備就可以直接連入到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，借助其中的虛擬設(shè)備來(lái)開(kāi)展自主學(xué)習(xí)，如果學(xué)生發(fā)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心存在不足之處，那么完全可以自行進(jìn)行修改更正。虛擬仿真技術(shù)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新形態(tài)，不僅僅充實(shí)豐富了教學(xué)內(nèi)容，而且還能全方位地強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水準(zhǔn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)的必要性。（1）開(kāi)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在一定程度上豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)還有效降低了高校需要投入的資金成本，由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心無(wú)需過(guò)多空間，因此可以在為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境的同時(shí)，降低學(xué)校需要安插的實(shí)驗(yàn)室數(shù)量，有效緩解了高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)以及換新方面的壓力，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效實(shí)現(xiàn)課程、實(shí)踐一體化這一重要內(nèi)容。（2）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心能夠?yàn)閷W(xué)生提供更為合理安全的實(shí)驗(yàn)幫助，同時(shí)由于其使用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)以及人工智能作為載體，因此往往能夠有效解決實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)備的損耗問(wèn)題，降低資金成本。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心能夠?yàn)閷W(xué)生提供大量新的學(xué)習(xí)思路，在進(jìn)行試驗(yàn)操作的過(guò)程中學(xué)生能夠避免誤接線、誤安裝所帶來(lái)的危險(xiǎn)。

3.課程與實(shí)踐一體化的虛擬仿真教學(xué)建構(gòu)形態(tài)。將課程與實(shí)踐一體化作為基礎(chǔ)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心需要囊括到以下四項(xiàng)重要組成：理論教學(xué)（演示型實(shí)驗(yàn)）、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）、綜合實(shí)驗(yàn)（系統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)）、科學(xué)創(chuàng)新（創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)），本次設(shè)計(jì)的虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅僅囊括了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，而且還設(shè)置了大量演示型實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)教學(xué)以及仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互結(jié)合，環(huán)環(huán)相扣，以求為學(xué)生提供最為完整的教學(xué)幫助。

三、電子通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

一直以來(lái)，電子通信都是我國(guó)高校的重要專業(yè)，其具有高度密集并且對(duì)實(shí)踐要求極高的特點(diǎn)。在時(shí)間的推移下，新一代通信技術(shù)、光纖寬帶、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、信息處理技術(shù)以及云技術(shù)都在不斷地推陳出新，高校電子通信專業(yè)作為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的重要專業(yè)，如果依然采用傳統(tǒng)的教學(xué)手法的話，那么必然會(huì)被當(dāng)前的時(shí)代所拋棄。并且，由于通信行業(yè)的保密性以及安全性極高，因此學(xué)生往往難以獲得參與到真實(shí)環(huán)境中實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

以電子通信專業(yè)中的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)為例，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)通常需要花費(fèi)大量的資金以及精力方可，如果高校需要自己搭建相應(yīng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的話，那么無(wú)疑需要耗費(fèi)大量資金，對(duì)于部分高校而言，顯然過(guò)于困難，但是無(wú)法有效開(kāi)展此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)又會(huì)影響學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)進(jìn)程。因此高校完全可以充分借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，在仿真實(shí)驗(yàn)的引領(lǐng)之下，學(xué)生對(duì)于當(dāng)前學(xué)習(xí)活動(dòng)的認(rèn)識(shí)將會(huì)更為充實(shí)。作為新型教育手段，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效擺脫空間以及實(shí)踐的限制，幫助學(xué)生更為完整地領(lǐng)略通信實(shí)驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)通過(guò)實(shí)踐來(lái)做驗(yàn)證以及創(chuàng)新。所以，廣大高校有必要深化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生滲透到環(huán)境之中進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)，深化學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)內(nèi)容的了解，全方位地強(qiáng)化學(xué)生的基本認(rèn)知水準(zhǔn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，深化學(xué)生的理論知識(shí)儲(chǔ)備以及實(shí)踐應(yīng)用能力是電子通信專業(yè)的必然發(fā)展歷程，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)以及模塊化的課程安排能夠更為清晰地展現(xiàn)出電子通信專業(yè)課程的實(shí)踐性需要，為學(xué)生提供相對(duì)完整的教育幫助。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)新能力以及理論能力都將獲得全面升華，并且由于其經(jīng)濟(jì)投入較低，因此廣大高校完全可以將其應(yīng)用于自身的教學(xué)體系之中，真正達(dá)到課程與實(shí)踐一體化的重要目的。

參考文獻(xiàn)

[1]李銳敏.通信電子專業(yè)實(shí)踐型人才培養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2018，45（11）：121.

[2]任宏亮，盧瑾，張江鑫，等.以綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為抓手的通信電子線路理論課堂教學(xué)探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（17）：241-244.

[3]唐振華，常侃，張振榮.基于課程與實(shí)踐一體化的電子通信虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].教育界，2017，（15）：101-102.

[4]曾素瓊，張學(xué)成.通信電子線路的總項(xiàng)目分環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].電子質(zhì)量，2016，（10）：52-55+62.

Abstract：With the development of the times，the level of education in China has increased significantly.The electronic communication major is an important part of the university teaching system.However，at present，the educational form of the electronic communication profession has some problems.The fundamental reason is that the proportion of theoretical teaching and practical teaching is not balanced.Since the practical teaching of the electronic communication profession requires a large amount of capital investment，it is necessary for the education unit to apply the virtual simulation experiment technology to the curriculum system to strengthen the students' practical application ability.

Key words：theoretical teaching;practical teaching;electronic communication major;virtual simulation