電子電氣與智能信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)探索

陸華才

（安徽工程大學(xué)，安徽 蕪湖 241000）

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展以及高等學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求的不斷提高，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高等學(xué)校的應(yīng)用日益增多。它可以彌補(bǔ)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)成本、安全性等方面的不足。2016年安徽工程大學(xué)電子電氣與智能信息虛擬仿真中心入選安徽省省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，本文以該虛擬仿真中心為例，總結(jié)和探討建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、存在問(wèn)題和發(fā)展思路，并結(jié)合學(xué)校的實(shí)際教學(xué)與科研情況，以及“創(chuàng)新”“發(fā)展”的理念，提出進(jìn)一步擴(kuò)大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)思路。

1 建設(shè)目標(biāo)與現(xiàn)狀

我校電子電氣與智能信息虛擬仿真中心的建設(shè)理念是“學(xué)科融合、教研相長(zhǎng)、虛實(shí)結(jié)合、開(kāi)放共享”?；谶@一理念，建設(shè)工作全面展開(kāi)。主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.1 學(xué)科融合

中心的“電子電氣與智能信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”基于我校模擬實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真方面長(zhǎng)期研究的積累，開(kāi)展電子電氣與智能信息方面環(huán)境系統(tǒng)計(jì)算仿真模型、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)底層平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與建設(shè)，并最終實(shí)現(xiàn)電子電氣與智能信息綜合虛擬仿真教學(xué)。通過(guò)電子電氣與智能信息相關(guān)學(xué)科知識(shí)體系的交叉融合，專(zhuān)業(yè)技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)的融合，實(shí)體實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的融合，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的融合，填補(bǔ)電子電氣與智能信息科學(xué)系統(tǒng)性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空白。

1.2 教研相長(zhǎng)

科學(xué)研究在模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)資源、技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供全方位的支持。在科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的同時(shí)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程中師生互動(dòng)、學(xué)生的虛擬仿真創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)都促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究。

1.3 虛實(shí)結(jié)合

多年來(lái)，我校與國(guó)內(nèi)外一流公司在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方面形成了戰(zhàn)略合作關(guān)系，如與中電鑫龍電器股份有限公司、奇瑞汽車(chē)股份有限公司等長(zhǎng)期的校企合作提供了中心發(fā)展的強(qiáng)大技術(shù)支持和獨(dú)特行業(yè)資源，使中心具備了先進(jìn)的設(shè)備和持續(xù)的創(chuàng)新能力，能夠更好地展現(xiàn)電子電氣與智能信息環(huán)境系統(tǒng)中真實(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)法觀測(cè)的現(xiàn)象和運(yùn)行機(jī)理。

1.4 開(kāi)放共享

安徽工程大學(xué)“電子電氣與智能信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”通過(guò)自主研發(fā)與合作開(kāi)發(fā)相結(jié)合，堅(jiān)持以服務(wù)多個(gè)專(zhuān)業(yè)本科實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)為主要目標(biāo)，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了科學(xué)的規(guī)劃，開(kāi)發(fā)了統(tǒng)一的教學(xué)管理系統(tǒng)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的所有專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供從學(xué)生選課、實(shí)驗(yàn)課程安排，到實(shí)驗(yàn)記錄和報(bào)告、實(shí)驗(yàn)考核和成績(jī)管理，以及統(tǒng)計(jì)歷年實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等教學(xué)管理服務(wù)。上述軟硬件資源、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資源和教學(xué)管理資源在相關(guān)專(zhuān)業(yè)間實(shí)現(xiàn)共享。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)必要性

電子電氣與智能信息面向教育國(guó)際化和科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的趨勢(shì)，面對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高等院校電子電氣與智能信息方面專(zhuān)業(yè)教育的新要求，不斷深化教學(xué)改革，努力提高硬件設(shè)施和人才培養(yǎng)質(zhì)量，但是技術(shù)的快速變革使得人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)遇到很多難題。電子電氣與智能信息方面專(zhuān)業(yè)具有較強(qiáng)的過(guò)程性、實(shí)踐性、應(yīng)用性和綜合性。對(duì)電子電氣與智能信息方面專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求，這意味著專(zhuān)業(yè)教育不但要更加強(qiáng)調(diào)實(shí)踐創(chuàng)新能力，還要求具備在建設(shè)全過(guò)程的資源整合能力和系統(tǒng)思維。然而，受電子電氣與智能信息方面專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)以及開(kāi)展實(shí)習(xí)、實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)活動(dòng)所需場(chǎng)地、時(shí)間、經(jīng)費(fèi)及安全等多種因素的制約，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)仍然普遍存在一定問(wèn)題。主要包括：

2.1 實(shí)驗(yàn)方式及硬件設(shè)施的局限造成的不足

對(duì)于傳統(tǒng)的電子電氣與智能信息方面專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)方式，大部分學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作一般以小組為單位，這樣不能讓所有學(xué)生親自動(dòng)手完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，不能較好地掌握實(shí)驗(yàn)操作，導(dǎo)致學(xué)生走向工作崗位之后對(duì)于實(shí)踐操作顯得很茫然。

對(duì)于電子電氣與智能信息方面相關(guān)實(shí)驗(yàn)中所涉及的一些大型精密儀器設(shè)備，學(xué)生大多只能通過(guò)示教教學(xué)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，缺少實(shí)際動(dòng)手的機(jī)會(huì)，而這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目又是科研發(fā)展的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)，但是虛擬教學(xué)則能夠隨時(shí)滿足實(shí)踐教學(xué)的需要。

2.2 學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏自主性

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐，大多為教師指導(dǎo)學(xué)生，也就是“順著學(xué)、照著做”，很少能讓學(xué)生有機(jī)會(huì)開(kāi)展自主獨(dú)立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不能較好地鍛煉學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，同時(shí)也無(wú)法讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作失誤帶來(lái)的嚴(yán)重后果，使得學(xué)生“知其然，不知其所以然”。建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心可以解決上述問(wèn)題，因此非常必要。

中心的建設(shè)思路是從學(xué)校當(dāng)前本科生課程教學(xué)體系的實(shí)際需求出發(fā)，充分利用和整合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、教師資源和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源，按計(jì)劃分步實(shí)施虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)。為學(xué)生和教師提供一個(gè)可以通過(guò)校園網(wǎng)在任何時(shí)間任何地點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)放性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的教學(xué)科研實(shí)驗(yàn)環(huán)境。待條件成熟后可向全校師生開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)資源共享。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心特色與創(chuàng)新

安徽工程大學(xué)電氣學(xué)院有著近40年的辦學(xué)歷史，師資隊(duì)伍和科研能力位居學(xué)校榜首，幾十年的積累形成了鮮明的辦學(xué)特點(diǎn)，其中國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化，入選了安徽省“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。電子電氣與智能信息虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)規(guī)劃，將虛擬化、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)與改革的重要方向，在虛擬化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的理念、模式、功能與安全四個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新性工作，形成了自己的特色。

3.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的跨學(xué)科培養(yǎng)與平臺(tái)管理模式

中心以應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建課程實(shí)驗(yàn)、基于項(xiàng)目的綜合實(shí)踐和實(shí)操訓(xùn)練與科技創(chuàng)新三個(gè)遞進(jìn)的培養(yǎng)層次，采用“研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)踐”和“實(shí)戰(zhàn)式體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法”，與學(xué)研產(chǎn)緊密結(jié)合，與行業(yè)企業(yè)緊密結(jié)合，提出以知識(shí)密集、更新快、創(chuàng)新性強(qiáng)、專(zhuān)業(yè)融合為特征的跨學(xué)科“大信息”培養(yǎng)模式。建設(shè)具有“大信息”特色的立體化虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，構(gòu)建貫穿本科四年并與碩士研究生培養(yǎng)相銜接的多層次和多形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過(guò)開(kāi)展多元化實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，最終構(gòu)建實(shí)現(xiàn)功能綜合、開(kāi)放有序、立體協(xié)同的開(kāi)放型多方協(xié)同虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，進(jìn)一步推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心向集約化功能發(fā)展，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室資源的整合優(yōu)化，推進(jìn)教學(xué)科研的有機(jī)結(jié)合，為應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)創(chuàng)造更為有利的條件。

3.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的功能創(chuàng)新

中心的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)除了常見(jiàn)功能外，更重要的是提供了以交互教學(xué)為特點(diǎn)的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下新穎的功能模塊：虛擬實(shí)驗(yàn)反饋功能、云仿真功能、文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、理論課程模塊、學(xué)術(shù)博客、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的安全策略創(chuàng)新等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以安徽工程大學(xué)為例，探討了應(yīng)用型本科高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性和目前建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，以及解決的措施、方法等。通過(guò)分析總結(jié)了建設(shè)中的一些特色做法，提出了一些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展的建議。