虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)在《計算機組成原理》中的應(yīng)用探討

張曉寧，許愛雪，李娜

（1.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊，050041；2.石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院,河北石家莊,050000）

0　引言

虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)為人們提供了一個理想的教學(xué)手段，目前在國內(nèi)和國外已經(jīng)逐步的應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、課程教學(xué)、運動訓(xùn)練以及醫(yī)學(xué)研究等方面。

美國是虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的起源地，它是第一個把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)中的，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統(tǒng)的虛擬仿真教學(xué)儀器架構(gòu)。在英國，研究出了虛擬仿真軟件包，并應(yīng)用在教學(xué)儀器和工業(yè)安全培訓(xùn)等方面[1]。

在中國，各個大學(xué)和研究機構(gòu)也已經(jīng)利用虛擬仿真技術(shù)建立虛擬場景進行相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)儀器與研究。例如，中國科技大學(xué)開發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學(xué)儀器系統(tǒng)----利用虛擬仿真技術(shù)進行實驗平臺的開發(fā)，系統(tǒng)將計算機輔助教學(xué)儀器的智能化儀器、計算機技術(shù)、虛擬仿真和物理教學(xué)儀器等有機結(jié)合，把物理教學(xué)儀器系統(tǒng)推進了新的領(lǐng)域；由北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)研究所組織精英力量，經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了配套的可在校園網(wǎng)絡(luò)上開展的虛擬實驗系統(tǒng)[2]。

通過對國內(nèi)、外的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)相比較，我們發(fā)現(xiàn)：國外在線實驗比國內(nèi)開發(fā)的時間早10年以上，而且器材豐富、功能也比較多；但同時國外軟件產(chǎn)品價格過高，而且技術(shù)難度上不也適合學(xué)生，更適合工程師使用。而北京郵電大學(xué)的虛擬仿真教學(xué)軟件很大程度上改善了這些不足之處，更加適合國內(nèi)高等院校的實驗教學(xué)需求。

1　虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于《計算機組成原理》的必要性

目前大多數(shù)學(xué)院開設(shè)的硬件課程——《計算機組成原理》教學(xué)中，理論課與實驗課是分離的，這就導(dǎo)致實驗技能訓(xùn)練得不到及時的理論指導(dǎo)，而理論課也沒有結(jié)合實際。而且傳統(tǒng)的實驗手段對于進行設(shè)計性、綜合性試驗也有一定的難度。虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的主要內(nèi)容，它利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進行探究和學(xué)習(xí)[3]。這種教學(xué)方法生動形象，接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學(xué)生興趣，使學(xué)生在短時間內(nèi)進入相應(yīng)情境，真實的體驗在現(xiàn)實生活中進行操作的感覺，以達到更快掌握操作技能的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計算機軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景，使學(xué)生掌握更多的操作技能。

虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)很容易與其他先進的教學(xué)方法相結(jié)合，因此在《計算機組成原理》課程的教學(xué)中，將虛擬仿真教學(xué)與其他教學(xué)方法相結(jié)合有助于提高課程教學(xué)效果，而且成本低、效率高，使學(xué)生可以不受場地與設(shè)備的限制，掌握更多的技能，在課程的教學(xué)中具有重要的意義。

2　建立《計算機組成原理》的虛擬實驗系統(tǒng)

虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)由《計算機組成原理》課程實驗仿真平臺和虛擬實驗教學(xué)管理兩部分組成，仿真平臺采用虛擬機技術(shù)仿真實驗中用到的器材和設(shè)備，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境；虛擬實驗教學(xué)管理系統(tǒng)提供全方位的虛擬實驗教學(xué)輔助功能，包括：實驗前的預(yù)習(xí)、實驗的開課管理、典型實驗庫的維護、實驗教學(xué)安排、實驗結(jié)果的批改、實驗成績統(tǒng)計查詢等功能,如圖1所示，為實驗教學(xué)環(huán)境提供服務(wù)并開展應(yīng)用[4]。

在具體的實施過程中，根據(jù)獨立學(xué)院在專業(yè)教學(xué)中的實際情況，探索切實可行的虛擬教學(xué)方案。通過調(diào)研，在以下幾個方面做出具體研究：第一、科學(xué)分析學(xué)生特征及企業(yè)需求，進一步加強教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革。課題組將采取問卷調(diào)查和訪談的方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)特征與學(xué)習(xí)需求進行認真調(diào)查和分析，以便更加深入的了解學(xué)生的預(yù)備知識、年齡特征和學(xué)習(xí)需求。在組織教學(xué)內(nèi)容時，結(jié)合獨立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)特點以及本專業(yè)最新技術(shù)和企業(yè)真正需求，借助虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建更加接近現(xiàn)實工作場景的教學(xué)情境。在課堂教學(xué)中，將各種先進的教學(xué)方法有機融合，提高課堂教學(xué)效果。第二、積極探索，構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)模式。

在課程改革過程中，需要專業(yè)課老師結(jié)合課程內(nèi)容和目標，開發(fā)出適合課程內(nèi)容的虛擬仿真教學(xué)環(huán)境。學(xué)生是課堂的主體，在教學(xué)過程中更應(yīng)該考慮的學(xué)生的反應(yīng)和需求，根據(jù)學(xué)生的反饋不斷改進教學(xué)方法。通過理論分析和實際的教學(xué)活動，探索出虛擬仿真實驗教學(xué)在專業(yè)課程中的最佳應(yīng)用辦法[5]。第三、校企合作，共建更高水平的實驗、實訓(xùn)基地虛擬仿真實驗教學(xué)具有較強的擴展性和較大的開放性，能夠提供靈活多樣的工作場景。

3　結(jié)語

本項目的研究成果將直接應(yīng)用于獨立院校計算機組成原理的課程教學(xué)，并且可以推廣到電子類、計算機類的其他專業(yè)課程的教學(xué)中，使教學(xué)效果得到顯著改善。