電子信息類虛擬仿真實驗教學建設探討

唐建鋒　羅湘南　譚延亮　肖賓賓

摘 要 文章介紹了衡陽師范學院電子信息類虛擬仿真實驗教學資源、教學運行及效果。虛擬仿真實驗教學提高了實驗教學質量和實驗室管理效率，減輕了教師和實驗室管理員的工作量，解決了實驗教學儀器不足、場地有限等難題，降低了實驗教學成本。

關鍵詞 電子信息類 虛擬仿真 實驗教學 探討

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.10.024

Abstract The article introduces the teaching resources， teaching operation and effects of electronic information virtual simulation experiment in Hengyang Normal University. The virtual simulation experiment teaching improves the quality of experimental teaching and laboratory management， reduces the workload of teachers and laboratory administrators， solves the problems of insufficient experimental teaching instruments and limited space， and reduces the cost of experimental teaching.

Keywords electronic information； virtual simulation； experiment teaching； study

0 引言

隨著現代電子技術與網絡技術的快速發展，虛擬仿真技術逐步成熟，自成體系，成為繼數學推理、科學實驗之后人類認識自然界客觀規律的第三類基本方法。虛擬仿真技術使電子產品設計與應用的手段和思想發生了質的飛躍。電子信息類虛擬仿真實驗教學是虛擬仿真技術快速發展和電子信息類實驗教學改革融合的成果。[1-4]

隨著虛擬仿真技術在教學領域的深入應用，衡陽師范學院于2015年成立了電子信息類虛擬仿真實驗教學中心，建設了實驗教學信息化管理系統。通過與多家公司進行校企合作，共同開發了9門電子信息類虛擬仿真實驗課程及一套PROTEUS虛擬實驗室，豐富了電子信息類仿真實驗教學資源，擴充了虛擬仿真實驗教學平臺。電子信息類虛擬仿真實驗教學系統的建立，提高了學院實驗教學質量和實驗室管理效率，減輕了教師和實驗室管理員的工作量，解決了實驗教學中儀器不足、場地有限等難題，降低了實驗教學成本，取得了預期的效果。

1 電子信息類虛擬仿真實驗教學資源

電子信息類虛擬仿真實驗系統由虛擬實驗仿真平臺和實驗管理系統兩部分組成。實驗仿真平臺模擬實驗環境，包含儀器、元器件等器材模型和典型仿真實驗項目案例；虛擬實驗管理系統提供全方位的教學輔助功能，包括預習、開課管理、實驗庫維護、教學安排、過程指導、結果批改、成績統計查詢等功能。

虛擬實驗仿真平臺包含模擬電子技術、數字電子技術、電路原理、高頻電子技術、信號與系統、數字信號處理、微機原理、通信原理、自動控制原理等9門課程實驗平臺和一個PROTEUS實驗室。9門課程實驗平臺共有140個基礎電子技術仿真實驗項目。PROTEUS實驗室可以完成多門課程的基礎內容，共有50個開放訪問點，更側重相關課程的課程設計及電子產品的研發。電子信息類虛擬仿真實驗系統的教學內容體系包含了基礎實驗、綜合性設計實驗、創新應用三個層次，體現了基礎訓練、能力培養與提高的一個循序漸進過程。

教學管理系統用戶分為學生、教師、教務管理員和系統管理員四種角色，不同角色擁有不同權限。學生通過管理系統選擇實驗、開展實驗、接受實驗指導、提交實驗報告、保存和提交實驗結果、查詢實驗成績和教師批語；教師通過管理系統發布實驗、安排實驗、批改實驗報告、智能指導、統計并發布學生的實驗成績和批語；教務管理員通過管理系統安排課程計劃、選課日期、開課審核、開課查詢等；系統管理員通過管理系統進行用戶管理、分組管理、角色管理、權限管理、系統維護等。通過課程的教學管理系統，實驗教學的各個環節都可以高效率進行。

2 電子信息類虛擬仿真實驗教學系統運行及效果

2.1 電子信息類虛擬仿真實驗教學系統運行體系

為了提高實驗教學效果，減輕教師和實驗室管理的工作量，學院已經全面推行仿真實驗教學的運行，如表1所示。其中，虛實結合的學習方式是將傳統的實驗教學改革成二段式教學，先讓學生在規定的時間內完成項目的仿真學習，合格后，再安排學生到實驗室進行相應的真實實驗學習。

2.2 電子信息類虛擬仿真實驗教學效果

（1）提高了學習興趣和實驗教學效果。通過仿真實驗平臺預習，學生能觀察元器件模型，模擬操作調試儀器，完成實驗步驟，獲得智能指導和老師在線指導，降低了預習的難度，提高了學習興趣；通過仿真實驗的學習，加深了學生的理解，提高了學生的操作技能，讓學生在真實實驗中集中精力觀察、思考、解決實驗問題，提高了解決實際問題的能力。仿真實驗的學習不受時空限制，可以課前預習，也可以課后復習鞏固和提高，提高了真實實驗教學質量。[4]

（2）減輕了教師和實驗室管理員的工作量。仿真課程平臺有在線智能指導功能，試卷評定功能，以及實驗報告填寫與管理、實驗教學評估與分析等功能，加強了對學生實驗學習的監督和指導，減輕了教師工作量；實驗教學管理系統則實現了教師信息發布、評定成績、開課計劃，學生實驗預習、操作、考試等功能，減少了中間環境，提高了效率，減少了管理員的工作量。

（3）解決了實驗教學中的難題。課程仿真系統讓設計性、綜合性實驗的設計、調試通過仿真實驗平臺完成，減少了對實驗室和儀器的依賴，解決了實驗場地和儀器不足或高負荷的難題。

對必須長時間、靈活開放實驗室、儀器庫的學習類型如電子設計競賽、教師科研、大學生的研究式學習等創新類實驗，通過仿真實驗教學管理系統，實現人員、時間、設備、內容安排的便捷控制，高效地為這類實驗提供物質保障，解決這類實驗學習管理難，人力不足的問題。

（4）降低了實驗教學成本。在虛擬仿真實驗教學中，實驗消耗為零，實驗儀器的損壞為零，降低了真實實驗的失敗率及損耗率；研究性、綜合性等現場較難實施的實驗在虛擬仿真實驗中可以不斷重復、修正，減少了實驗器件的消耗。PROTEUS實驗室具有良好的可擴充性，用戶可以添加先進虛擬設備，節約了購買新的貴重儀器設備經費。

3 總結

仿真實驗教學資源是電子信息類虛擬仿真實驗教學的核心，我們將完善已有仿真實驗內容，建立一個開發創新的仿真實驗教學內容體系，開闊學生眼界，啟迪創新思維。實驗教學管理系統實現了實驗教學與管理各個環節的智能化的、便捷化，我們將進一步完善系統，加強無線寬帶網建設，多途徑提供虛擬仿真實驗教學平臺鏈接等，完善網絡技術交流平臺。虛擬仿真實驗優點很多，但虛擬仿真實驗不能完全替代實踐操作，只有虛實實驗完美結合，才能最大限度地促進學生主動學習，有效培養和提高學生的工程設計能力和創新能力。

基金項目：電子信息工程“十三五”專業綜合改革試點項目（湘教通[2016] 276號）；電子信息科學與技術專業校企合作創新創業教育基地（湘教通[2016] 436號）；光電信息技術湖南省應用基礎研究基地開放課題立項資助項目（GD14K11）

參考文獻

[1] 韓芝俠，魏遼博，韓宏博，等.仿真虛擬實驗教學的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2006.23（2）：63-64.

[2] 韓芝俠，魏遼博，韓宏博，等.仿真虛擬實驗教學的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2006.23（2）：63-65.

[3] 李平，李晶杰，徐進.開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設提高高校實驗教學信息化水平[J].實驗室研究與探索，2013.32（11）：5-8.

[4] 程思寧，耿強，姜文波，等.虛擬仿真技術在電類實驗教學中的應用與實踐[J].實驗技術與管理，2013.30（7）：94-97.