虛實(shí)結(jié)合的開放式信電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究與探索

摘要：為提高信電類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，依托實(shí)踐教學(xué)平臺，結(jié)合浙江大學(xué)城市學(xué)院信電分院學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生情況，大力改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，研究虛實(shí)結(jié)合的新型開放型信電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并在模式實(shí)踐中設(shè)計(jì)配套的實(shí)踐平臺，構(gòu)架內(nèi)容體系，制定評價(jià)機(jī)制，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。本文系統(tǒng)闡述了虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)的必要性和改革模式的內(nèi)容，總結(jié)了虛實(shí)結(jié)合信電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：虛實(shí)結(jié)合；開放式；信電類；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0203-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)信電類應(yīng)用人才的重要途徑，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手能力、分析問題和解決問題等能力培養(yǎng)的重要使命。單一的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法滿足高素質(zhì)、創(chuàng)新能力的人才需求。隨著計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)成為近幾年國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的熱點(diǎn)。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的問題

由于目前的信電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到許多實(shí)驗(yàn)條件限制，如：實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)時間受限；實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，臺套數(shù)有限、許多先進(jìn)的設(shè)備無法及時更新；強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)的安全等問題。其實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程基本固定：指導(dǎo)教師提前準(zhǔn)備材料和調(diào)試好的儀器，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，在規(guī)定時間，按給定儀器設(shè)備和規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種模式存在以下問題：①實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以單一性、演示性、驗(yàn)證性為主；②學(xué)生參與自主度不高；③設(shè)備老化影響實(shí)驗(yàn)效果和效率；④時代性、前沿性不足；⑤實(shí)驗(yàn)開放程度不夠。這些問題，大大影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，對于理工科信電類專業(yè)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式遠(yuǎn)不能滿足培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新能力的人才需求。

二、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)的必要性

虛擬實(shí)驗(yàn)是指綜合運(yùn)用多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式和技術(shù)手段，通過軟件模擬技術(shù)來達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)的效果，可以作為目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段，彌補(bǔ)目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。虛擬實(shí)驗(yàn)具有如下特點(diǎn)：①開放性、自主性；②靈活性、可逆性；③先進(jìn)性、創(chuàng)新性；④安全性、共享性。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中逐步應(yīng)用，但還存在以下幾種情況需進(jìn)一步完善。

1.在課程體系上：一般是單個課程的虛擬實(shí)驗(yàn)，課程相互之間的虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏，虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不成體系。

2.在虛擬平臺構(gòu)建上：缺乏整體虛擬實(shí)踐平臺構(gòu)建規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

3.在內(nèi)容上：虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)合還不是很優(yōu)化，虛擬實(shí)驗(yàn)被教師上課演示的多，被學(xué)生實(shí)際操作的少。

4.在教學(xué)過程管理上：虛擬實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)不完備，過程管理不完整。

5.在評價(jià)機(jī)制上：缺乏虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)機(jī)制，不便發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題。利用各自的特點(diǎn)，將虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合、優(yōu)勢互補(bǔ)，將大大促進(jìn)信電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的發(fā)展。因此，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，結(jié)合浙江大學(xué)城市學(xué)院信電分院學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生情況，大力改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，研究虛實(shí)結(jié)合的新型開放性信電類實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并設(shè)計(jì)相配套的實(shí)踐平臺、構(gòu)架內(nèi)容體系、加強(qiáng)教學(xué)過程管理、制定評價(jià)機(jī)制。

三、虛實(shí)結(jié)合信電類開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)各自的特點(diǎn)，對信電類虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究和實(shí)踐，在虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中根據(jù)教學(xué)體系，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境；安排和設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；開展教學(xué)組織，加強(qiáng)教學(xué)過程的運(yùn)作管理，改革評價(jià)機(jī)制。

1.構(gòu)建層次型菜單式課程體系。根據(jù)現(xiàn)有的虛擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，開展相關(guān)課程的虛擬實(shí)驗(yàn)，考慮根據(jù)綜合知識能力點(diǎn)和課程關(guān)聯(lián)度，整體規(guī)劃，以綜合電子設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)鏈為著眼點(diǎn)，構(gòu)建分層次的模塊化實(shí)驗(yàn)課程體系結(jié)構(gòu)，形成“訓(xùn)練初步—基礎(chǔ)知識及技能—專業(yè)綜合技能—系統(tǒng)設(shè)計(jì)技能”的層次型工程應(yīng)用能力培養(yǎng)層次。各系可以根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)，在相應(yīng)層次模塊中進(jìn)行菜單式選擇項(xiàng)目，形成自身的知識體系。

2.構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。根據(jù)課程體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件，并構(gòu)建能實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)境。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和條件的基礎(chǔ)上，改造原有實(shí)驗(yàn)室，引入虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并將各實(shí)驗(yàn)?zāi)K的虛擬系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，形成大的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。將虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與信息化平臺結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)本地實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)開展，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的虛擬實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)不受時間和空間限制，并與提供實(shí)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)體實(shí)驗(yàn)硬件平臺構(gòu)成互補(bǔ)的開放式實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3.整合設(shè)計(jì)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求，進(jìn)行課程模塊中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生學(xué)會常用儀器使用和基本的工程測量方法；根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)中儀器設(shè)備多、功能全、項(xiàng)目豐富的特點(diǎn)，作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和完善，兩個相互補(bǔ)充，相輔相成，最大限度培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提升參與度和實(shí)驗(yàn)效率。

4.改革評價(jià)機(jī)制。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與單一的實(shí)物實(shí)驗(yàn)或虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展不同，需要進(jìn)行評價(jià)機(jī)制的改變。傳統(tǒng)評價(jià)方式強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。引入虛擬實(shí)驗(yàn)后，可更多地加入過程考核，隨著學(xué)生的項(xiàng)目靈活選擇及實(shí)驗(yàn)方法的多樣性，其評價(jià)機(jī)制應(yīng)更具個性，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程和學(xué)生能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)時項(xiàng)目式、討論式、答辯式等形式。實(shí)時考核的多元化，形成必選項(xiàng)目+選修項(xiàng)目+創(chuàng)新項(xiàng)目的梯度評分機(jī)制，必選為基本要求，選修為機(jī)動要求，創(chuàng)新為提升要求。進(jìn)行個性化評分，引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮積極性，最大限度刺激其不斷探究知識和方法。

5.開放管理。積極做好信息與電氣工程學(xué)院內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，采用門禁系統(tǒng)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并利用信息化開放平臺打造開放式的虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時間、空間開放的虛實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)和學(xué)院實(shí)際情況，對虛實(shí)結(jié)合開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了研究并實(shí)踐。在教學(xué)效果上，虛實(shí)結(jié)合的開放式信電類實(shí)踐教學(xué)模式比以往的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)單一模式有所提升。同時，此模式對實(shí)驗(yàn)教學(xué)了提出了新的要求，需要進(jìn)行全面改革，不斷探索虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的不同結(jié)合形式，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)、實(shí)驗(yàn)硬件資源利用最大化。這種模式將是工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一種新的途徑和方法，也可供其他學(xué)科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)借鑒。

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作者簡介：杜鵬英（1978-），女，浙江杭州人，碩士，副教授，信息與電氣學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心副主任，自動化系副主任，研究方向?yàn)閼?yīng)用電子、智能控制。