“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

內(nèi)容摘要：隨著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的日趨成熟，虛擬實(shí)驗(yàn)室在電氣、核科學(xué)、化學(xué)等高?；蚋叱杀緦W(xué)科為高校學(xué)生提供了更多動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。但虛擬實(shí)驗(yàn)室在真實(shí)的視覺、觸覺等感官方面依然無法獲得共鳴，且虛擬實(shí)驗(yàn)不能展現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中不可測(cè)的復(fù)雜性。通過“虛實(shí)結(jié)合”，改變實(shí)驗(yàn)教師傳統(tǒng)定位，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等方面進(jìn)行改革，能充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)室和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)，對(duì)提高學(xué)生主體能動(dòng)性和創(chuàng)新能力有很好的效果。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室 虛實(shí)結(jié)合 創(chuàng)新實(shí)踐能力 主體能動(dòng)性

隨著信息化時(shí)代和學(xué)習(xí)型社會(huì)的到來，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的人才成為高等教育發(fā)展的重要目標(biāo)。但通信、電力、核科學(xué)、化學(xué)等涉及高危、高成本的學(xué)科，依靠高校實(shí)驗(yàn)室不具備或難以完成教學(xué)功能，學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)少，成為制約高等教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)的瓶頸。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)日趨成熟。國(guó)家教育部力推國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，許多高校開始建設(shè)并使用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬實(shí)驗(yàn)室既可節(jié)省資源又可突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、空間上的限制，使學(xué)生隨時(shí)隨地開展實(shí)驗(yàn)。但虛擬實(shí)驗(yàn)室并不能完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。如何“虛實(shí)結(jié)合”，有效提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者正在深入探索的課題。

1.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式分析

一般情況下，教師提前為學(xué)生編寫或指定了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，寫明了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)等。實(shí)驗(yàn)課上，教師先講述實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備操作注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)步驟、需要注意的問題，然后學(xué)生按步驟在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行實(shí)際操作，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后在實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的優(yōu)勢(shì)：學(xué)生可以實(shí)際操作儀器、儀表，辨識(shí)元器件；教師的講解能引導(dǎo)學(xué)生按步驟完成實(shí)驗(yàn)。但其存在的缺陷也是明顯的：實(shí)驗(yàn)原理、步驟都有教師引導(dǎo)，對(duì)于“為什么要設(shè)置這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目？實(shí)驗(yàn)步驟為什么這樣設(shè)置？為什么要選用這些測(cè)試或?qū)嶒?yàn)儀器？為什么選用這些測(cè)試數(shù)據(jù)？”，學(xué)生缺少獨(dú)立思考的時(shí)間。所以，當(dāng)實(shí)際工作中遇到問題時(shí)，學(xué)生并不知道該如何設(shè)計(jì)測(cè)試方案，也不能很好的選用儀器設(shè)備。

現(xiàn)在我們來思考這個(gè)問題：“為什么教師提前設(shè)置好了項(xiàng)目、步驟、選好了儀器設(shè)備、測(cè)試數(shù)據(jù)呢？”最根本的原因是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、耗材、安全等因素的影響，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源不能完全滿足學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的需要，加上課時(shí)的限制也無法為學(xué)生提供足夠的探索時(shí)間。

2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室分析

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室提供了虛擬的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試儀器，虛擬儀器突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)的限制，這個(gè)優(yōu)勢(shì)在大型貴重設(shè)備中尤其明顯，普通高校投入大型設(shè)備臺(tái)套數(shù)較少，一般還需要專業(yè)的操作人員操作，使用時(shí)要預(yù)約，有的還需收費(fèi)。虛擬實(shí)驗(yàn)室為大型貴重設(shè)備的共享提供了廣闊的空間。

通常情況下，高校實(shí)驗(yàn)室都不能做到24小時(shí)開放，除用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間外，開放時(shí)間較少，且開放時(shí)無專業(yè)教師指導(dǎo)，虛擬實(shí)驗(yàn)室利用校園網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)提供的虛擬儀器，可以為學(xué)生提供仿真的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以隨時(shí)通過虛擬實(shí)驗(yàn)室使用虛擬儀器和設(shè)備，并調(diào)試自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。

雖然學(xué)生能在虛擬實(shí)驗(yàn)室操作虛擬儀器，但在真實(shí)的視覺、觸覺等感官共鳴方面依然無法獲得共鳴，且虛擬實(shí)驗(yàn)無法模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)中不可測(cè)的復(fù)雜性。

從以上分析可以看到，兩種實(shí)驗(yàn)室在提高實(shí)驗(yàn)效率、學(xué)生實(shí)踐能力等方面存在很大的互補(bǔ)性。有效的“虛實(shí)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”有利于節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生興趣和積極性，最終提高學(xué)生主體能動(dòng)性和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

3.“虛實(shí)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

（1）“虛實(shí)結(jié)合”，改變實(shí)驗(yàn)教師傳統(tǒng)定位，提高學(xué)生主體能動(dòng)性。

一般意義上，高校的實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置均由實(shí)驗(yàn)教師主導(dǎo)，學(xué)生并不清楚為什么要進(jìn)行該項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)？在虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)時(shí)間都不再受限制，因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置可以由學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)情況提出。教師將由傳統(tǒng)的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)換為指導(dǎo)、答疑、評(píng)價(jià)者。教師對(duì)學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行完善，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程遇到的問題進(jìn)行答疑，指導(dǎo)學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的試運(yùn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案在真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)行安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)等，讓學(xué)生成為整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的主導(dǎo)者。學(xué)生對(duì)為什么進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)設(shè)備選用等能力將大為提高。改變后的實(shí)驗(yàn)過程如下圖所示。

（2）“虛實(shí)結(jié)合”，融實(shí)際工程于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置往往無法結(jié)合實(shí)際使用，學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后，遇到實(shí)際工程項(xiàng)目不知道該如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。融實(shí)際工程與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要在以下幾方面著手：分割實(shí)際工程項(xiàng)目，結(jié)合課程內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)工程實(shí)際；注重實(shí)驗(yàn)測(cè)試，使用實(shí)際工程數(shù)據(jù)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析；工業(yè)化儀器設(shè)備的使用過程、實(shí)際工程的測(cè)試過程可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真。

4.結(jié)束語

教育部著力推進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)涉及的學(xué)科門類還不夠豐富，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)缺乏。利用現(xiàn)有虛擬實(shí)驗(yàn)室資源，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)承載能力，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為學(xué)生提供更多實(shí)驗(yàn)資源和機(jī)會(huì)，有利于培養(yǎng)鍛煉學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

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（作者介紹：王宇英，桂林電子科技大學(xué)電子工程與自動(dòng)化學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師）