開(kāi)放式網(wǎng)上電工虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的研究

于文波

摘 要： 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在高等學(xué)校起著重要的作用。應(yīng)有效開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作，充分發(fā)揮其在實(shí)踐性教學(xué)和科學(xué)研究中的作用。本文分析了目前實(shí)物實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題，探索了虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性，提出了開(kāi)放式虛擬電工實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，促進(jìn)了電工實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，為電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了保障，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 開(kāi)放式 電工實(shí)驗(yàn) 虛擬實(shí)驗(yàn)室

電工實(shí)驗(yàn)室是大多數(shù)工科院校都設(shè)立的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，隨著高校改革的深入發(fā)展，開(kāi)放式教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等新的教學(xué)模式不斷涌現(xiàn)，建設(shè)高水平、與新的教學(xué)模式相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案已不能完全滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需求，故實(shí)驗(yàn)室建設(shè)創(chuàng)新勢(shì)在必行。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題

大多數(shù)高校開(kāi)展實(shí)驗(yàn)都是采用實(shí)物形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的，這種形式讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有比較深的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)存在如下問(wèn)題：

1.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)費(fèi)用高昂。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依賴(lài)費(fèi)用高昂的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，存在前期投入大、后期維護(hù)費(fèi)用高，開(kāi)展過(guò)程受時(shí)間、地點(diǎn)、人力、物力、財(cái)力限制等問(wèn)題，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法有效開(kāi)展，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為陳舊。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容往往跟不上新知識(shí)和新技術(shù)的產(chǎn)生，不能讓學(xué)生及時(shí)了解前沿知識(shí)和技術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生思維得不到拓寬。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式單一、教學(xué)手段落后。實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)，一般都是老師講、學(xué)生聽(tīng)的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式，且驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和孤立的單元性操作實(shí)驗(yàn)多，設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少，大大抑制學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生的創(chuàng)造能力得不到培養(yǎng)，個(gè)性得不到發(fā)展。

4.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與總學(xué)時(shí)的比例不到20%，甚至有些專(zhuān)業(yè)的不到13%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。再加上教師除了上實(shí)驗(yàn)課外很少進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，教師和學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視不夠，學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)大大減少，動(dòng)手能力、獨(dú)立分析問(wèn)題的能力得不到有效鍛煉。

5.不能因材施教。隨著高校規(guī)模不斷擴(kuò)大，學(xué)生數(shù)量不斷增加，學(xué)生層次多樣化更加顯著。以往教學(xué)模式都將學(xué)生同等對(duì)待，使動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生“吃不飽”，能力較差者感到吃力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的很難達(dá)到。

隨著高校教學(xué)改革逐步推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的進(jìn)一步信息化、人性化，高校開(kāi)展實(shí)驗(yàn)工作變得更加繁重和復(fù)雜，這就迫切需要采用計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行有效地補(bǔ)充。由于高校網(wǎng)絡(luò)非常普及，利用網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輔助教學(xué)，可以很好地解決上述傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，更好地培養(yǎng)學(xué)生的診斷、分析、設(shè)計(jì)及創(chuàng)新能力。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性

為貫徹《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》有關(guān)精神，加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教育資源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用；加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)；建立虛擬實(shí)驗(yàn)室。建立開(kāi)放靈活的教育資源公共服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享。加強(qiáng)我校學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)，提高學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量，推進(jìn)我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、手段、隊(duì)伍、管理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，探討新形勢(shì)下我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路、新模式。

為此，我校迫切需要建立一個(gè)網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室，對(duì)外公開(kāi)發(fā)布并可與教務(wù)系統(tǒng)集成，提供虛擬實(shí)驗(yàn)課程仿真平臺(tái)、典型實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排、實(shí)驗(yàn)過(guò)程指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果批改、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交、成績(jī)管理和統(tǒng)計(jì)導(dǎo)出等功能。提供全方位虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助功能，為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境提供服務(wù)并開(kāi)展實(shí)際教學(xué)應(yīng)用。

虛擬實(shí)驗(yàn)是以現(xiàn)代教育理論為指導(dǎo)，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托而建立的一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一種全新的教學(xué)模式。虛擬實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者以交互的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，可以像在真實(shí)環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最大限度地模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景，并提供與實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作方法相類(lèi)似的實(shí)踐體驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過(guò)依托日益普及的微機(jī)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為信息時(shí)代的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一種全新的教學(xué)模式，既能再現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，又能克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的各種制約和弊端，有效解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的諸多問(wèn)題，達(dá)到優(yōu)化教育資源、有效提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

三、開(kāi)放式網(wǎng)上電工虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方案

如圖1所示的開(kāi)放式網(wǎng)上電工虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建包括兩部分：服務(wù)器區(qū)和實(shí)驗(yàn)終端區(qū)，服務(wù)器區(qū)默認(rèn)安裝了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，供實(shí)驗(yàn)終端進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，同時(shí)保存學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)相關(guān)記錄，以及其他一些數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)終端區(qū)將提供用戶(hù)一個(gè)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)，用戶(hù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求在實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。開(kāi)放式網(wǎng)上電工虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的主要設(shè)備及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目詳見(jiàn)表1。

四、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要在實(shí)際工作中進(jìn)一步探索研究，不斷創(chuàng)新。開(kāi)放式網(wǎng)上電工虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)放式教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，對(duì)電工實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力具有重要意義。

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課題來(lái)源：沈陽(yáng)工程學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)項(xiàng)目