電工電子虛擬仿真實驗平臺建設

孫立輝，孫大志，于 軍

（1.吉林化工學院 信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工學院 教務處，吉林 吉林 132022）

實驗教學是現代化高等院校創新人才培養模式的基礎，是高等院校工科教育的重要組成部分，是學生驗證學科理論、加深課堂記憶的重要環節。然而，大多數高校在實驗教學過程中普遍出現了實驗教學資源匱乏、實驗教學的理念、教學效果、教學管理與服務水平參差不一等眾多問題。在面對大面積學生的實驗教學中缺乏開設開放性、設計性的實驗教學環境。此種教學環境和模式已經遠遠滿足不了高等院校創新實踐的教學環境和特色專業實驗教學隊伍的建設，這也深刻地反映了理工科及各個學科實驗教學的共性和普遍性的問題。在培養學生嚴謹的科學思維、自主創新能力，培養學生理論研究聯系實際教學，特別是與科學技術發展相適應的綜合能力，以適應科技發展與社會進步對人才的需求方面有著不可忽視的教學困境。

1 電工電子實驗教學現狀

電工電子教學與實驗中心成立于2005年，承擔著信息與控制工程學院所有專業以及其他分院工科專業在內的32個本科專業理論和實驗的教學任務。近年來，電子相關企業發展迅速，人才需求迅速增加，招生規模也逐步擴大，電工電子教學與實驗中心現有實驗室的規模及儀器設備套數已不能完全滿足人才培養的需求，傳統電工電子實驗教學模式存在的問題日益突出：

（1）傳統的實驗教學因實驗時間和實驗地點的限制，學生在預習時往往不是在實驗室進行，只看實驗室說明書，而無法練習操作，難以理解實驗的原理和實驗操作。

（2）由于人數較多，造成實驗室緊張，而且實驗設備又容易損壞，難維護，更新較慢，經常造成實驗難以正常進行下去。

（3）傳統實驗大多數以驗證性為主，實驗內容單一，學生無需思考，按部就班地按照實驗步驟就可以做完實驗，缺乏設計性和創新能力的培養。

（4）受實驗室資源限制，學生實驗安排較集中，實驗幾乎都安排晚上和周六、周日全天，學生難以達到預期的實驗要求與效果。

（5）學生層次不一，設計性和創新性實驗難以開展，缺少有效的分層次培養運行機制及管理平臺。

針對這些實踐教學中存在的問題，采用電路仿真軟件、虛擬儀器設計軟件、多媒體軟件、互聯網技術及虛擬技術搭建虛擬仿真實驗平臺，從而能夠培養學生的獨立構思和設計能力，激發學生學習的興趣。

2 電工電子虛擬仿真實驗平臺

電工電子虛擬仿真實驗平臺由管理管理員模塊、教師模塊、學生模塊三部分組成，電工電子虛擬仿真實驗平臺功能如圖1所示。

圖1 電工電子虛擬仿真實驗平臺

（1）管理員模塊。管理員模塊是權限最高的模塊，主要有中心主任進行操作，主要功能是虛擬實驗平臺的新聞列表管理，管理員賬號管理，對教師進行管理（增加或刪除教師賬號）。

（2）教師模塊、主要由經過授權的教師進行操作，進入系統后，對學生的實驗進行輔導和管理，具體功能為：①學生管理：主要包括學生身份審核和學生賬號管理功能；②學習資料管理：主要對學生實驗需要的電子元器件、虛擬軟件、虛擬儀器等的設置，實驗項目的設置等；③下載管理：主要負責學生做虛擬實驗所使用的虛擬軟件、其他相關軟件下載的功能管理；④實驗管理：可以對虛擬實驗要求進行管理。主要是根據實驗課程大綱要求上傳實驗原理、實驗目的、實驗步驟，演示實驗（視頻）等；⑤報告管理：教師可以查閱學生提交的實驗報告；⑥在線交流：通過提問管理，教師可以回復學生的提問。在線交流可以實現教師和學生、學生之間的多方交流。

（3）學生模塊。此模塊必須由己經注冊的學生登陸之后才可以進行操作。學生登錄后，系統對學生進行身份驗證，通過驗證后即進入相應的學生學習與實驗準備模塊，該模塊主要具有以下功能：通過儀器介紹認識虛擬元器件和虛擬儀器，通過虛擬軟件部分學習虛擬軟件的用法，學習各種仿真軟件的使用方法。利用下載中心，可以下載自己需要的一些虛擬軟件學習書籍、虛擬軟件及相關插件等。通過虛擬實驗模塊，學生可以根據課程的進度，選擇實驗進行實驗仿真。

3 虛擬仿真實驗平臺在人才培養中的作用

（1）提供更多實驗環境 拓展學生知識面。由于科學技術的迅速發展，新器件、新儀器層出不窮，實驗室設備的更緊缺很慢，如何能讓學生及時了解和掌握最新技術和新產品，虛擬仿真實驗則可以滿足上述需求。

（2）改變傳統實驗教學模式，培養實踐創新型人才。實驗內容較單一，驗證性實驗較多，設計性和創新性相對較少，不能很好地培養和鍛煉學生的實踐和創新能力。虛擬仿真實驗平臺建立，不僅可以靈活地加入多種設計性實驗內容，而且學生通過完成虛擬仿真實驗還可以培養自己的獨立思考能力激發學習興趣，培養學生的實踐創新能力。

［1］孫俊卿，羅云林，黃建宇，等.虛擬電工電子實驗平臺在基礎實驗教學中的應用［J］.實驗室科學，2009，（6）：119-122.

［2］杜月林，黃剛，王峰，等.建設虛擬仿真實驗平臺 探索創新人才培養模式［J］.實驗技術與管理，2015，32（12）：26-29.

［3］鄭磊，胡仁杰，堵國樑.電工電子遠程在線實踐的研究與探索［J］.實驗科學與技術，2016，14（4）：18-22.