基于虛擬仿真實驗室的創新性實驗教學改革探索

武燁

摘 要：隨著信息技術不斷進步，近年來不斷出現“大數據”“人工智能”等新的時代名詞，信息技術在各領域的應用越來越深入，在教育方面也是如此。國內已經逐漸發展起虛擬仿真實驗，被應用在各院校，對實驗教學進行革新。本文結合創新人才的培養，對有關虛擬仿真實驗室方面的建立以及教學改革要點進行研究，主要從4個方面對目前新的培養模式進行了分析，同時對實驗平臺的實際建設情況進行了介紹。希望通過本文對這種新型實驗教學的研究，對國內教育事業的發展可以起到推動作用；同時相關的研究還處于起步階段，也是進行理論上的補充，希望日后虛擬仿真實驗可以發揮出更高的教育價值。

關鍵詞：虛擬仿真 實驗 教學

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（a）-0162-02

人才被稱為是新時代最重要的資源，也是實現創新的根本條件，然而要想獲得人才，只有通過教育來實現。在教學中要對學生的創新意識以及能力進行全面提升，這就要結合新的教學手段，融合最新的信息技術產品，這樣學生可以對如今的科技發展情況有更加明確的認知。對實驗教學的改革就是參考這樣的思路。實驗平臺不斷更新，實驗條件不斷改善，讓教育質量得到了極大提升，同時也提升了教學效率。本文所研究的虛擬仿真平臺就是基于這種背景出現，并滿足了實際需求，對學生創新意識進行激發，并調動起學生對實驗的參與性與學習動力，創新能力以及實踐能力都可以得到良好的鍛煉。而虛擬仿真平臺之所以能夠融入到實驗教學中，就是為國內創新人才培養提供助力。

1 基于虛擬仿真實驗室的創新性人才培養模式

1.1 高仿真度實驗環境

以目前來看，學?；蛘呤桥嘤枡C構的實驗室不會在硬件上像企業科研實驗室一樣隨時保持更新，設備難免會落后，這種情況在以往是非常困擾教育工作者的。很多時候學校實驗室對學生的培養無法與社會需求接軌[1]。但是虛擬仿真這樣的概念已經融入到學校實驗室中，這種技術與設備落后的局面就可以得到改善，這種新型實驗室可以讓學生對最新的科技以及市場產品有機會接觸和了解，同時實驗環境也得到了極大改善，此外就是實驗內容比以往更加全面。畢竟很多院校中，專業人才的培養是為了滿足實際生產人才需求，那么就要提升學生在生產實踐方面的經驗和能力，但是無法將實驗訓練直接轉移到企業中，因為一線生產存在一定的危險性。借助虛擬設備營造出高仿真的實驗條件，則是可以滿足學校這樣的需求，對學生進行接近真實環境的實踐培訓，無疑是對人才培養的強大助力。另外就是在新型實驗室中，教師可以根據實際教學需求，編制需要的題目，針對模擬出的實驗環節，讓學生對真實生產或者服務環境加強了解，同時也能讓學生對企業實際工作環境提前適應，需要的時候可以將以往的一些場景回放，這樣可以對場景進行多層次分析，學生一方面可以得到接近實際生產的實驗鍛煉，另一方面安全性上不需要任何擔心，虛擬平臺上完全可以避免實際生產帶來的危險性，讓學生可以全身心投入到實驗訓練中，為未來真正進入崗位做準備。

1.2 實驗教學模式創新

傳統實驗中往往研究的是驗證性實驗，與探究性實驗不同，驗證性實驗就是對已經得知的結論進行驗證，學生往往需要明確的就是相關的實驗原理，然后盡可能保證實驗成果。其實這種實驗模式可以讓學生的操作能力得到鍛煉，也能對實驗原理加強理解，但是在創新方面卻是起不到任何作用，學生不需要負責實驗的設計和創新，完全就是按照固定的流程，為了得到確定的結果。但是如今需要培養的正是創新能力以及創新思維，那么學生若是依舊接受以往的實驗教學，是無法實現這樣的目標的。

在虛擬實驗室中，主要是情景再現，學生可以在創設的情景下對實驗內容進行了解，然后對實驗進行探究，這種方式的實驗更生動，也不會出現意外事故，對以往的實驗模式進行革新，同時提升教學質量及效率。對于如今創新人才培養的目標來說，這種模式的實驗教學更加有效，同時可以讓學生在實驗中獲得更好的體驗。在虛擬環境下，學生在實驗中不需要考慮意外情況，這在以往實驗教學中是不可能實現的，同時提升了教學質量與效率，有助于培養出如今社會正需要的創新型人才。虛擬實驗室中教學模式是多樣的[2]。同時情景代入感非常強烈，學生可以在實驗中自由發揮自己的想法，提升自身分析能力以及解決問題的能力，將知識靈活運用到實驗訓練中。網絡化是有一個虛擬實驗室的特點，可以為學生提供個性化的實驗條件。

1.3 實際科學研究探索

虛擬實驗室中進行實驗教學，比較注重對學生創新力進行培養，那么就要讓學生在實驗教學中學會反思與總結，這種虛擬仿真的實驗教學與訓練，可以讓學生對科學實驗以及科學探究產生更強的興趣。這可以鼓勵學生參與到實際的科研工作中[3]。學生在虛擬平臺上不僅能夠對各類程序進行操作，掌握操作技巧以及實驗設備的速度更快，將自身判斷與情景融合在一起，可以迅速掌握學習要點。在科學研究中，學生會處于仿真的環境中，科學探究的過程雖然不同于真正的實驗，但是更加接近實際。

1.4 精心設計研究項目

往往任何理論知識都是在實踐中總結出來，也是為了在實踐中應用，那么在實驗教學中，也是體現了這樣的理念，可以讓學生對知識強化理解，也能對學生創新能力以及實踐能力進行提升。但是很多時候，要想完成一項實驗，需要的是足夠的實驗環境，這是需要資金來進行建設的，這種投入是不可逆的，并且具有高危性，這就可以通過虛擬環境對算法結果進行驗證[4]。同時通過對實驗條件的設定，可以將實驗的順序以及環節進行更改，這樣實驗教學更具有開放性，對創新意識的開發更加強力，同時學生也能夠對自身實踐能力進行提升，創新意識也會得到強化。

2 教學實驗平臺的建設

2.1 時間、空間、設備

首先為了讓實驗平臺發揮出最大的價值，可以對全體學生開放，一些學習非常有益并且對相關學科有探究興趣，也是可以開放實驗室的。實驗時間也需要進行延長，對于學生來說，可能需要在閑暇時間參與實驗，那么對于在節假日期間使用實驗室進行科學探究實驗的學生，可以提出鼓勵，將實驗的時間進行延長。學校還需要建立門禁制度，這樣是為了便于管理人員對教師以及學生進行授權，在實驗室開放后，可以提升實驗室使用的效率。教材中也會有一些實驗任務，但是這些實驗任務局限性非常高，很難將實驗設備完全發揮出來，同時也需要將實驗平臺盡可能為更多學生開放，這樣更多學生可以參與科學實驗匯總，將新型實驗室的作用發揮出來。開展實驗需要注意創新性，將設備的價值也能夠發揮出來。

2.2 實驗內容

在實驗教學中，可以對學生進行分層教學，這樣可以根據學生所處層次開放實驗室。第一個層次可以是低年級的一些學生，或者是見習管制員，主要實驗內容就是了解基本的儀器設備，在實驗前需要教師對學生進行考核，通過后才能使用實驗設備。第二個層次則是驗證性實驗的教學與自己設計型實驗教學。第二層也是基礎實驗層，主要是為一些剛剛拿到管制員資格的管制員或者中年級學生可以使用，實驗內容可以進行精心設計，盡可能與教學內容一致，為更多學生提供實驗教學，第三層次主要是進行創新型實驗以及研究型實驗。這一層次主要是為成熟管制員提供服務，在學生方面，主要是高年級學生，學生可以根據自身需求選擇合適的實驗內容。此外就是在實驗中，要堅持以學生為主體，教師可以在實驗中給予學生及時指導，讓學生對實驗的探究欲望被激起。主要是對學生的創新能力以及實踐能力進行培養。第四層次是研究實驗層，這一層所有學生都可以使用，可以根據學生自己需求，選擇自己想要進行的實驗項目，甚至可以獲取資金方面的支持，教師也可以提供必要的幫助和引導。

3 結語

總之，虛擬仿真實驗室是信息技術在教育領域應用的表現，將虛擬技術應用在實驗教學中，這對國內教育來說是一次重大的突破。一直以來在創新人才方面，我國都是非常缺乏的，尤其是教育模式方面，應試教育下學生普遍缺乏創新能力，學校就需要讓實驗模式更加豐富，形式更加創新，鼓勵學生自主進行實驗探究，這樣實驗室的利用效率也得到了提升，同時教學資源方面的缺乏也得到了滿足，畢竟是虛擬仿真的形式，不需要學生產生任何擔心，促進了實驗教學的效率與質量的提升。

參考文獻

[1] 王娜，楊廠 ，馬保成，等.非重點院校實驗教學平臺建設研究——以西安科技大學給排水科學與工程專業為例[J].新西部：理論版，2017（19）：42-43.

[2] 劉莉莉.應用技術型人才培養的虛擬實驗室建設探析——以莆田學院新聞廣告專業為例[J].莆田學院學報，2017，24（3）：88-92.

[3] 劉瓊，張韋深，龍天澄，等.對虛擬仿真實驗室建設的再認識——基于“第三屆高等學校國家級實驗教學示范中心建設研討會暨虛擬仿真技術與教學資源建設論壇”[J].中國醫學教育技術，2017，31（2）：162-165.

[4] 孫苗，蘭曉紅.虛擬現實技術在高校實驗課堂教學中的應用研究——以重慶師范大學為例[J].物聯網技術，2017，7（3）：117-120.