高校虛擬仿真實驗室的建設(shè)與改革研究

魏偉

高校教育在其發(fā)展過程中，逐漸在教學資源、師資隊伍的建設(shè)，以及相應教學設(shè)備的投入方面，加大了資金以及相應的建設(shè)力度，使之高校的專業(yè)教育能夠在校園教育的過程，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的人才培養(yǎng)目標，并且為社會輸送的大批人才，在實踐能力和動手能力方面，都能夠遠超傳統(tǒng)教學環(huán)境下培養(yǎng)的人才。這其中，離不開類似虛擬仿真實驗室的建設(shè)和開發(fā)，其為學生創(chuàng)造的動手操作平臺，使得課本專業(yè)理論能夠得到實踐，從而極大程度的推動學生提升自身的動手操作能力，不僅鍛煉了學生的思考和動手，也能夠極大的表現(xiàn)出學生的學習潛力，從而在不斷推動高校教育發(fā)展的同時，使得學生更好的融入到學科專業(yè)知識的學習和理解中。

1 高校虛擬仿真實驗室建設(shè)和改革的重要性

高校的教育，在傳統(tǒng)的教學環(huán)境下，只能實現(xiàn)理論方面的教學和基本操作能力的培養(yǎng)，尤其在諸如信息與電子工程相關(guān)專業(yè)中的學生教育和培養(yǎng)，學生的動手和實踐能力，是檢驗其理論學習唯一的標準，但受制于高校的教育資源投入和建設(shè)的力度不足，多數(shù)高校在進行學生教育過程中，只能在理論方面加強培養(yǎng)，而在基礎(chǔ)實驗室以及相應的仿真實驗室培養(yǎng)中，缺少機會與設(shè)備的支持，從而使得高校相應專業(yè)的學生在進入到工作崗位之后，缺少一定的基礎(chǔ)動手和操作能力，不僅勝任不了前期的工作，也對于個人的學習機會造成了阻礙和限制，從而不利于學生個人的發(fā)展和社會未來的進步。至此，在高校當中建立和建設(shè)虛擬仿真實驗室，將對于類似信息與電子工程相關(guān)專業(yè)學生的動手和實踐能力養(yǎng)成至關(guān)重要，也對于高校的教育發(fā)展意義重大。

1.1 推動教學進步

教學的進步會受到多方面的影響，其一，教師的教學質(zhì)量和教學能力會影響到教學的進步，其二，學生的學習效果也會影響到實際的教學進步，這兩方面的變化能夠從基本的教學環(huán)境中進行改觀，因此當高校在進行虛擬實驗室建設(shè)和使用的過程中，極大程度上幫助教師更好的開展教學活動，也使得學生能夠在實踐和動手的過程中，提升學習效率。虛擬實驗室的建設(shè)，真正能夠為高校擴大教育資源，使得學生可以在實驗室之內(nèi)實現(xiàn)模擬活動，將大型設(shè)備具備的功能進行虛擬化，從而在減輕學生接觸實際大型設(shè)備的壓力時，保障了學生安全，進一步使得學生在進行虛擬實驗室學習的過程中，將理論付諸實踐，從而得以實現(xiàn)高校的教學目標，以此推動教學的進步和發(fā)展。

1.2 減少教學資源浪費、提高教學效率

在高校當中，虛擬實驗室的建立和發(fā)展，能夠為學生提供一種理想的實踐場所，使得學生在進行實驗模擬、系統(tǒng)開發(fā)中，能夠利用固定的實驗室資源實現(xiàn)更大的學習目標，例如在學生進行單片機課程的學習時，在理論學習的后期，教師會帶領(lǐng)學生進行實踐操作，一方面是為了認識單片機實物和其能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能;另一方面是要讓學生動手焊接單片機與其他零部件，使之通過導線的連接和參數(shù)的設(shè)定以及程序的寫入，實現(xiàn)一定的控制功能，如果在傳統(tǒng)的教學環(huán)境下，就只能通過焊錫、電烙鐵以及導線和單片機及其他元件的焊接，實現(xiàn)具體的功能，若在其中學生的動手能力欠缺，就會造成元件的燒毀，或者焊接不正確，導致內(nèi)部電路電壓、電流不穩(wěn)定，從而擊穿單片機，這對于教學資源是一種極大的浪費，因此借助虛擬仿真實驗室，能夠極大的解決這類問題，學生通過電腦proteus軟件實現(xiàn)對單片機的控制，而在試驗臺之上，各種元器件都很齊全，學生要想實現(xiàn)一定的控制功能，通過試驗臺的導線連接就可以實現(xiàn)，并且導線可以隨意插拔，以此降低了傳統(tǒng)焊接試驗當中對導線的浪費，這種虛擬實驗的學習過程，極大的減少了教學資源的浪費，也從而提升了教學效率。

2 虛擬仿真實驗室建設(shè)和改革遇到的難題

現(xiàn)有的高校教學，建設(shè)虛擬仿真實驗室已經(jīng)成為一種趨勢，其不僅代表著高校對于教育的重視程度，也實際反映出一所高校對教育所投入的經(jīng)費、精力，使之在制定教學規(guī)劃或者目標時，如何實現(xiàn)、如何執(zhí)行就成為關(guān)鍵。

2.1 傳統(tǒng)教學觀念的限制

高校的教學發(fā)展，在教學環(huán)節(jié)配備相應的實踐課程是教學發(fā)展的重點，也是學生動手操作能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)，反觀基礎(chǔ)的理論教學，在知識層面、專業(yè)理論層面帶給學生的，只能是在書本當中的問題處理，而當學生在面對實際的實踐專業(yè)問題時，就會顯得棘手且慌亂，因此教師帶領(lǐng)學生進行實踐課程的開展和活動，使得學生能夠鍛煉一定的動手操作能力。在隨著高校仿真模擬實驗室的建立和使用當中，能夠更加快速的為學生提供動手操作的機會，但由于部分教師的教學觀念仍然停留在傳統(tǒng)的動手操作當中，使之忽略實驗室仿真的方便性，部分教師會認為，帶領(lǐng)學生進行焊接等更加實際的操作會為學生帶來更好的實踐能力鍛煉，但這其中存在一定的安全問題，如果學生操作失誤，將影響到學生自身的安全和實驗設(shè)備的安全。所以現(xiàn)階段教師的傳統(tǒng)教學觀念限制，是導致模擬實驗室仿真工作無法有效開展和建設(shè)的一大影響因素。

2.2 教師教學能力的限制

教師的教學能力在很大程度上直接決定著學生的學習能力和學習效果，因此，在當面臨高校建設(shè)相關(guān)的模擬仿真實驗室過程中，對教師的理論教學能力以及試驗操作教學能力就提出了更高的要求，如果教師不能夠認真了解實驗儀器和仿真設(shè)備，或者在實驗教學過程中，缺乏一定的帶領(lǐng)能力和對仿真的具體教學能力，就將對于高校的模擬仿真實驗教學帶來很大的影響，并且學生在這其中會受到直接的影響。

2.3 學生學習方式改變困難

在學生接觸到仿真實驗室學習時，多數(shù)學生會陷入一定的困頓狀態(tài)，即無法改變現(xiàn)有的學習方式和學習技巧，從而使得在進行實踐學習過程中，受到理論學習的影響，對動手操作的技巧和過程不熟練，甚至操作失誤，不僅影響到了自身的學習質(zhì)量提升，也更加影響到了教師的教學計劃開展，因此在學生層面的學習方式限制，對虛擬仿真實驗室的建設(shè)和投入使用造成了很大的困難和挑戰(zhàn)，與此同時，虛擬仿真實驗室的使用，要求學生要具備更高的學習能力和對設(shè)備儀器的使用技巧，所以就加重了學生的學習負擔，如何在虛擬實驗室之內(nèi)對試驗設(shè)備和仿真過程的使用順利，就成為學生學習和教學開展的一大難題，也是仿真實驗室建設(shè)和改革的重點工作。

3 高校虛擬仿真實驗室建設(shè)改革的具體途徑和措施

教育的發(fā)展離不開基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和基本教學資源的保障，在高校當中建立的虛擬仿真實驗室，就成為保障高校教學發(fā)展的基礎(chǔ)，尤其在部分專業(yè)的教學規(guī)劃當中，教學資源的充足配備，能夠幫助學校以及教師更好的開展相應的教學活動，所以，高校應該重視對于虛擬仿真實驗室的建設(shè)和改革，從基礎(chǔ)設(shè)備儀器的配備，到組建相應的師資隊伍，最大化的保障學生的理論學習和實踐學習相結(jié)合，從而在不斷提升學生學習效果的同時，推動高校的教育發(fā)展。

3.1 改善傳統(tǒng)教學觀念

教師的傳統(tǒng)教學觀念由于長久的教學環(huán)境影響，使得教師在教學方式以及教學理念中，形成了固有的思想，從而在面對新形勢的虛擬仿真試驗教學時，受到教學方式轉(zhuǎn)變和教學理念提升的阻礙，在實驗仿真過程的教學和指導方面，出現(xiàn)教學質(zhì)量不高、教學效果不佳的情況，基于此，要將教師的教學觀念進行轉(zhuǎn)變，學校及時定期的舉辦相關(guān)研討會，將學校仿真實驗室設(shè)備的使用規(guī)范、使用要求，以及虛擬仿真教學活動的規(guī)劃做好，從而使得教師能夠做好相應的教學準備，為開展仿真實驗教學做基礎(chǔ)。

首先，建立體系化的教學模式，將仿真實驗教學作為專業(yè)課程教學的重點部分進行，以此使得學生能夠在理論學習的過程中，將理論與實踐相結(jié)合，做到學習效果的提升，與此同時，教師在教學規(guī)劃的推動下，會主動提升自身對于教學的技能學習，從而將必要的虛擬仿真實驗過程以及相應的學習技巧與學生分享，在改善自身教學方式和教學觀念的同時，推動了高校的虛擬仿真實驗室的建設(shè)和改革;

其次，規(guī)定教學范圍，將實驗室形式的虛擬仿真教學作為實踐教學的唯一手段和唯一環(huán)境，從而避免教師帶領(lǐng)學生參與危險系數(shù)大、操作困難的傳統(tǒng)實踐課程，提高虛擬仿真實驗室在教學規(guī)劃中的比重，從而落實高校虛擬仿真實驗的教學改革;

最后，結(jié)合社會需求，使得教師能夠在實踐教學的過程中，重視仿真實驗的教學，從而使得為社會輸送的人才，能夠掌握必要的仿真實驗能力和動手操作能力，以此做好高校與社會企業(yè)的人才需求銜接。

3.2 提高教師的教學能力

在高校的實驗室仿真模擬教學過程中，教師應該對教學做好相應的準備，前期熟悉實驗仿真設(shè)備的使用規(guī)范和技巧，以此做好備課，在實驗教學的過程中，能夠為學生提供完善的技術(shù)指導和技巧傳授，從而提升教學質(zhì)量和教學效果，也使得學生能夠提升學習質(zhì)量和效率，與此同時，教師的教學能力還在于對仿真實驗的問題處理能力方面，在實驗教學的過程中，仿真模擬會出現(xiàn)一些設(shè)備問題或者學生對設(shè)備操作失誤造成的問題，因此，考慮到高校的虛擬仿真實驗室建設(shè)和改革需求，教師應該做好相應的突發(fā)問題準備，以此避免出現(xiàn)實驗安全事故，在保護學生的安全前提下，推動高校的仿真實驗室建設(shè)和改革。

3.3 培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的學習習慣

學生的學習習慣決定了學生的學習質(zhì)量和學習效率，在虛擬仿真實驗的學習過程中，學生要通過對實驗設(shè)備的認真了解和詳細觀察，清楚仿真設(shè)備和儀器的使用規(guī)范，與此同時，教師應該做好相應的引導，指導學生掌握必要的學習方式和方法，從而使得仿真實驗室的建設(shè)能夠真正為學生所用、為教學所用，以此推動高校的教學發(fā)展和進步。

4 總結(jié)

總而言之，在高校的虛擬仿真實驗室建設(shè)以及改革中，要做好相應的準備，以不斷提升教師教學質(zhì)量和教學效果為重點，開發(fā)相應的教學培訓活動，并且加強教師之間的交流和互動，使得借助仿真實驗形式的教學計劃能夠順利開展和有效實施，從而實現(xiàn)高校仿真實驗室建設(shè)和改革的目標。

（作者單位：重慶交通大學）