論高校虛擬仿真實驗室的建設

徐志超++宋韌++曹瑜

【摘 要】高校建設虛擬仿真實驗室的主要目的是提高學生的實踐操作能力，降低實驗室維修和建設的費用，激發學生的學習興趣，推動教育體制的改革。高校建設虛擬仿真實驗室將會給高校帶來不可估量的價值，不僅有利于教學質量實現質的提升，在科研成果方面也有舉足輕重的作用，為教育改革指明了方向。

【Abstract】The main purpose of the construction of virtual laboratoryin university is to improve the students' practical ability，reduce laboratory maintenance and construction costs， stimulate students' interest in learning and promote the reform of education system. The construction of virtual laboratory in colleges and universities will bring immeasurable value to universities， it not only conducive to the realization of teaching quality to enhance the quality， but also plays an important role in scientific research， and points out the direction for educational reform.

【關鍵詞】虛擬仿真；實驗室；教育改革；計算機

【Keywords】 virtual simulation； laboratory； educational reform； computer

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）10-0125-02

1 虛擬仿真實驗室建設的意義

高校的虛擬仿真實驗室是高科技的利用，能夠彌補實踐教學的不足，促進教學水平的提升。因此，有效地將傳統教學和虛擬仿真技術結合在起來，為高校的教學以及學生的學習做出應有的貢獻，對高校的教育事業發展有積極的推動作用。虛擬仿真技術應用于實踐教學，打破了傳統實驗室在空間上和時間上的局限性，可以有效解決高校實驗經費、設備、場地不足的問題，對于提高實踐教學質量、改革實踐教學模式具有重要的意義。

2 高校建設虛擬實驗室的主要內容

在高校，虛擬仿真實驗室是指在計算機上創建出虛擬的實驗設備和虛擬的實驗操作，根據這些虛擬的操作得出虛擬的結果，用這種虛擬的環境代理真實的實驗操作環境。學生通過虛擬的實驗操作了解到真實的實驗操作，讓學生在上實驗教學課程時，有融入其中的感覺，達到真正實驗操作的目的。

虛擬仿真實驗室采用虛擬仿真技術、多媒體技術、網絡技術和數學模型結合等技術創建了一個立體環境，構造出真實的實驗操作。構建虛擬仿真實驗室的技術手段主要有Java技術、ActiveX控件、VRML技術、X3D技術、ASP技術、Quiek Time VR技術、Flash技術、NET技術等。常用的軟件有：Lab View、Mat Lab、EDA、PSPICE、Quartus、Protel等，用這些軟件搭建平臺以實現對相關實驗過程的仿真。[1]

高校的學生在虛擬仿真實驗室上課時，可以讓學生感受到真實上課的儀器、設備、組件等等，確保學生能在這種虛擬仿真的實驗環境中進行各種操作，達到熟悉操作過程的目的。這種虛擬仿真實驗室還可以根據學生所學的專業和學生的年級，調整參數，調整難易程度，以適合所有學生使用。

總之，虛擬實驗室是由計算機生成的一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，創建出一個與傳統實驗室功能相似、可視操作的實驗環境，具有對真實實驗過程和實驗結果進行模擬，并能對實驗結果進行分析、處理以及共享等功能的仿真實驗室。從教學角度看，采用虛擬仿真技術，學生不必真正操作高危步驟；從研究角度看，與傳統的技術相比，虛擬仿真技術能夠提供給研究人員以更豐富的實驗環境，達到用現代教育技術傳授專業技能的目的。[2]如圖一所示，虛擬仿真實驗室的實驗過程。

3 建設虛擬實驗室的價值

目前，我國的各大院校都存在實驗經費不足、設備缺乏、空間受限等問題，使得學生在實驗教學中受到一定的限制，接觸不到更多的專業知識，達不到預期的成果。虛擬仿真實驗室的出現，使得很多實驗都能在計算機上操作，有效地降低了實驗室的各種費用，達到了預期的效果。

高校建設虛擬仿真實驗室，在教學方面提高了質量。在實驗課程中，充分地利用了計算機的優勢，讓學生能夠認真研究實驗的過程和結果。實驗可以重復的操作演示，讓學生完全掌握實驗的理論和目標。這種虛擬仿真的實驗操作不僅提高了學生的學習質量，挖掘了學生的潛能，也提高了教師的教學質量，促進了教育體制的改革。

高校建設虛擬仿真實驗室，打破了傳統的教學模式。在高校，同學之間的合作是很多實驗中非常重要的一個過程。因此，基于虛擬的實驗原型的協同設計方法，是實驗中協同設計實現的一種重要思路。學生在虛擬仿真的實驗室上課時，不一定要來到實驗室，只要有網絡，學生可以在寢室、家里上實驗課，也可以在共同的地方研究實驗的過程和結果，可共同操作實驗步驟，最終達到完成實驗的目的。

高校開展虛擬仿真技術的研究并將這種技術應用到實驗室，把多媒體技術、虛擬現實技術、網絡技術、分布式視頻數據管理運用高等技術引入實踐教學的課堂，展現出與傳統的實踐教學模式無法實現的教學過程。虛擬各種實驗設備和實訓環境，并將虛擬的操作結果展示出來，讓學生在實踐課堂中更直觀、生動地學習。讓學生有身臨其境的仿真效果，達到通俗易懂的學習目的。

高校建設虛擬仿真實驗室還為遠程教育事業的發展，提供了必要的條件。由于互聯網的加入，虛擬仿真實驗室加強了學校之間、學科之間、教師之間以及學生之間的聯系與交流，使教學資源得到充分地共享，教與學變得更加開放和包容[3]。因此，虛擬實驗室將是未來實驗室建設的重要發展方向。

4 結語

隨著信息時代的到來，伴隨著計算機網絡技術的發展，構建虛擬仿真實驗室的技術將得到不斷完善和發展。虛擬仿真技術應用于教學的優勢是顯而易見的，在高校，應用虛擬仿真技術建設實驗室是實驗室建設方面發展的趨勢。在實踐教學中勢必會發揮越來越大的作用。

【參考文獻】

【1】楊百龍，郭文普，徐東輝.虛擬實驗室建設[J].電子科，2012，25（9）：141-143.

【2】趙士濱.虛擬現實技術進入高校教學的研究與實現[J].電化教育研究，2001（2）：30-35.

【3】田婧，羅通，羅華鋒.新建本科院校虛擬仿真實驗室的建設及教學[J].實驗科學與技術，2015（6）：219-222.endprint