基于校企合作的虛擬仿真實驗教學模式的構建與實踐

張學斌 張濤 黃燦 李政峰 周群

摘要：虛擬仿真實驗教學是實體實驗教學的重要補充，可以解決電子信息類工科專業學生開展實驗過程中想做不能做、只能看不能做、能做不易做的諸多難題，任何受條件限制無法開展的實驗項目都可以進行虛擬仿真實驗。本文以懷化學院電氣與信息工程學院電子信息類工科專業為例，探討校企合作模式下虛擬仿真實驗教學模式的構建與實踐，介紹構建電工電子類基礎類虛擬仿真實驗項目庫、單片機虛擬仿真實驗教學項目庫以及建立北斗衛星導航虛擬仿真實驗分室、電氣工程及其自動化虛擬仿真實驗分室等分室的具體做法，分享基于我院電子信息類工科專業校企合作模式下的虛擬仿真實驗的教學方法、教學手段、考核方法等實踐經驗。

關鍵詞：校企合作;實驗教學模式;虛擬仿真;工科專業;電子信息類

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）25-0272-03

虛擬仿真實驗教學是國家信息化教育戰略的重要內容，是實驗教學的重要組成部分，是教育信息化發展的必然要求，是實驗教學示范中心建設的內涵延伸[1]。虛擬仿真實驗可以解決電子信息類專業學生實驗開展的以下難題：一是像智能變電站等大型應用系統不允許學生修改參數配置，即想做不能做的問題[2];二是解決實驗儀器價格普遍昂貴，且與之相配套的軟硬件設施有待進一步完善，教學實驗場地不足，學生不能親自操作等問題，即只能看不能做的問題[3];三是解決大型、復雜設備的實驗成本高昂，實驗室場地占用面積大，實驗教學過程的可觀測性不強，即能做不易做的問題[4]。

1虛擬仿真實驗教學現狀

虛擬仿真實驗教學是建設高等教育信息化的重要手段。教育信息化是新時代教育改革發展的先決條件，也是教育現代化的必由之路。教育部最早于2013年3月頒布的《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》從頂層設計層面和宏觀戰略的高度提出如何建立具有中國特色的教育信息化體系，如何建設大眾可享有的信息化學習環境，并闡述了建設的中長期目標、任務和措施，構建了基礎教育、職業教育、高等教育、繼續教育和教育管理信息化發展水平框架[5]。

虛擬仿真實驗教學是推動實驗教學示范中心的建設和發展的重要手段。實驗教學示范中心建設的目的是提高人才培養質量，同時，在融合教學資源、協同教學科研、促進校企聯合培養人才等方面發揮了重要作用，在推進高校實驗室建設和實驗教學改革與創新方面也扮演了非常重要的角色[6]。

當前的教育教學正在由原來的單一理論課程教學形態向理論與實踐教學相結合轉變。為克服網絡教育和在線課程缺乏實踐環節、學生不能做實驗的弊端，很多國內外大學在一些在線網絡課程中增加虛擬仿真實驗實踐教學內容，并且可以進行遠程交互協同實驗，部分已被納入“慕課”（MOOCs）在線學習平臺[7]。各高校高度重視，紛紛投入到虛擬仿真實驗室的建設中，使任何人都能夠免費從網絡上獲取[8]。虛擬仿真實驗已經越來越受到世界的認可，國內外的各大高校、科研院所，甚至政府機構對虛擬仿真實驗的建設給予高度重視。

2 虛擬仿真實驗教學資源的構建

懷化學院電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學中心始建于2012年。2013年開始與北京潤尼爾公司合作，經過近幾年的建設，已經初步完成了近10門基礎課程的虛擬仿真實驗項目，為我校3個學院10個專業的學生提供了基礎實驗的仿真教學任務。通過虛擬仿真實驗的教學模式，解決了我校東西校區學生來回跑的上課難題，也解決了現代遠程教育中始終困擾的實驗教學難題。為了切合我校應用型人才培養的總方針，培養更具競爭力的電子信息類工科專業學生，進一步拓展虛擬仿真實驗教學范圍，又建立電氣工程及其自動化、北斗導航仿真等虛擬仿真實驗項目庫。目前，已經建成的電子信息類虛擬仿真實驗教學中心包含電工電子類、光電信息類等6類虛擬實驗，其資源結構如圖1所示。

自中心成立以來，在我院領導的帶領下，積極開展校企深度合作，先后引進了中軟國際、北京千鋒、長沙達內、北京潤尼爾、大唐移動、中國電科院研究所、衛星導航仿真與測試開放實驗室等多家企業合作辦學，建設電工電子類虛擬仿真實驗分室、信息與通信工程類虛擬仿真實驗分室、光電信息工程類虛擬仿真實驗分室、電氣工程及其自動化類虛擬仿真實驗分室、北斗衛星導航類虛擬仿真實驗分室，以及工程綜合實訓虛擬仿真實驗分室。現有的開放式網上虛擬實驗教學系統開放了包括了電路分析基礎、模擬電路、數字電路、信號與系統、通信原理、計算機網絡、Java程序設計、單片機原理與接口技術、電力系統分析、智能變電站原理與技術、智能變電站工程與應用技術等17門虛擬仿真實驗課程，實驗項目共102項。中心面向電子信息科學與技術、通信工程、廣播電視工程、光信息科學與技術等4個專業學生開放，年均完成的實驗實訓課時數達54350以上，為我校應用型人才培養提供一個良好的平臺。

3 校企“雙主體”合作共建

近年來，電氣與信息工程學院為促進電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學中心快速發展，充分發揮校企“雙主體”的主觀能動性和深度合作，先后與大唐移動通信設備有限公司、長沙北斗產業安全技術研究院、達內時代科技集團有限公司、北京渥瑞達科技發展有限公司、中鑫創投（北京）教育科技有限公司、上海音達科技集團、中軟國際有限公司、北京尚觀科技有限公司、北京千峰互聯科技有限公司、北京凌陽愛普科技有限公司、深圳信盈達科技有限公司、廣州粵嵌通信科技股份有限公司、北京華清遠見科技發展有限公司等21家企業簽訂校企合作協議，共建校內實習基地共7個，具體見表1。

4虛擬仿真實驗教學的建設效果

自電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學中心成立以來，在教學與科研方面取得了豐碩的成果。

（1）教學成果

建立健全《電路分析基礎》《模擬電子技術》《數字電子技術》《單片機與接口技術》等電子電工基礎類虛擬仿真實驗項目庫;建立健全《北斗衛星導航虛擬仿真實驗》、《電氣工程及其自動化》等專業實踐類的虛擬仿真實驗項目庫;構建一套可行的虛擬仿真實驗教學與管理體系;拓展我校學生在電工電子類基礎實驗虛擬仿真項目上的受益面，為我校電氣與信息工程學院、計算機工程學院、化工學院的學生開展虛擬仿真實驗提供平臺，每年受益人數達1200人以上;在專業課程實驗仿真方面，每年受益人數達350人以上;在北斗導航、電氣工程及其自動化等方向的虛擬仿真實驗項目等專業方向，每年受益人數達200人以上;在專業技能比賽方面，為電子設計大賽、創新創業實驗項目、挑戰杯、大唐移動通信等提供仿真實驗平臺，每年受益人數達120人以上。