基于虚拟实验平台的大学生创新实践能力培养的研究

程立英 赵以恒 张志美 张浩华 刘玲

摘 要：该文针对大学生创新实践能力培养的现状，结合《数字电子技术实验》和大学生创新创业项目实施的具体情况，研究虚拟实验平台在学生创新能力培养中的应用，并将虚拟实验与实物实践相结合的方式应用于大学生创新实践能力培养中，不仅提高了学生探索实验的兴趣，激发学生自主创新意识，而且更全面地培养了学生的科学思维模式，提高了大学生解决实际问题的能力。

关键词：虚拟实验 实验教学 创新创业项目 创新实践

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0216-01

深化教育体制改革，大力开展创新型教育，培养创新人才已成为当前高等教育改革的重点。大学生课内实验和课外参与大学生创新创业训练项目（以下简称为“大创”项目）是学生在校期间参与实践的主要途径，对培养大学生的创新意识、分析问题和解决问题能力有着不可替代的作用。但由于学校资金、设备受限，以虚拟仿真技术为支撑的虚拟实验逐渐成为大学生实践技能培养的热点[1]。如何充分利用现有资源，根据学生及社会需求，将虚拟实验和实物实验相结合，实现学生创新能力培养是当前大学生实践中亟待解决的问题。该文结合《数字电子技术实验》教学和“大创”项目实施，基于现有实践资源，引入虚拟仿真技术建立虚实结合的实践平台，开展多层次的实验课程和创新实践，为学生提供了更完善、更有利于自主创新实践的平台。

1 大学生实践环节的现状分析

1.1 传统的实践环节培养模式

现有的实验课堂教学大多采用“课前预习—课中操作—课后报告”的形式，预习时，学时只是被动地通过书本描述，了解实验内容；课堂操作时，由于仪器设备老化、所用元器件损坏等因素，在实验中经常出现异常，学生要把大量时间和精力花费在排除故障上；课后，学生没有机会重新操作，使得实验分析只能停留在理论层次。在现在倡导自主创新精神下实施的“大创”项目，旨在通过项目研究的形式，系统训练大学生的科研素质、科学思维和创新精神，提高学生解决实际问题的能力[2]，但由于设备经费和实践场地受限等原因，并不能保证对每名成员提出的方案进行实验，因此，学生创新意识的激发不能全面地展开。

可见，传统的实践能力培养模式在一定程度上抹杀了学生探索实验的兴趣，阻碍了学生创新的追求。

1.2 虚拟实验的特点

虚拟实验是指综合运用多媒体技术、虚拟现实及相关仿真技术而产生和发展的一种实验模式。充分利用虚拟实验平台，不仅可以节约实验开支，摆脱时间和空间的限制，而且可以因材施教，对学生实施多目标、分层次地管理。目前很多高校和公司结合相关课程实践特点及教学需求建立了虚拟实验系统[3-4]。

2 虚拟实验平台在大学生创新实践环节的应用

2.1 虚拟实验在分级实验教学的应用

针对实验课程特点和学生个体的差异，采用多层次分级实验教学模式，结合实物实验与虚拟实验优势互补，以数字电子技术实验为例构建了虚实结合的实验平台[5]。学生在实验平台中进行训练，在课前预习和课后拓展中，可以采用Multisim、MATLAB等仿真软件实现电路的搭建并仿真实验，直观地观测到相应的实验现象。

2.2 虚拟实验在大学生创新训练项目中的应用

在实施国家级“大创”项目“智能导盲机器人的设计与研制”时，考虑购买乐高套件的成本、学生设计机器人机构的合理性等问题，项目组首先利用MATLAB中Simulink 3D Animation工具箱，根据机构设计方案，建立机器人的3D模型，并利用Simulink建立相应的模块，调整其中的参数，可以直观形象地观测到机器人的不同状态，虚拟界面如图1所示。在对设计方案进行论证基础上，搭建实物机器人如图2所示。

在此项目实施过程中，通过利用虚拟实验平台不仅节约了成本，提高了效率，而且提高了学生的理论与实践结合运用能力，最大程度地激发了学生创新设计的潜能。

3 结语

该文提出了将虚拟实验平台与实物实践优势互补的应用于大学生创新实践能力的培养，并在实际实验教学与“大创”项目中进行了应用，不仅减少了仪器设备的开支，提高了学生实验的兴趣，激发了创新意识，而且更全面地培养了学生的科学思维模式，提高了大学生解决实际问题的能力。

参考文献

[1] 朱韶平.虚拟实验室在大学创新实践教学中的应用研究[J].怀化学院学报，2013，32（11）：94-96.

[2] 侍松门，庄亚勤.关于大学生创新创业训练计划项目的思考[J].黑龙江教育：高教研究与评估版，2014（7）：44-46.

[3] 张玲，王晓平，陆剑峰.基于虚拟实验的虚拟实验器件建模[J].机电一体化，2010（7）：44-46.

[4] 李林.基于现代教育技术的电路虚拟实验系统[J].实验科学与技术，2009，l7（6）：51-52，57.

[5] 程立英，张志美，魏春娟，等.虚拟实验在分级实验教学中的应用探究[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2011，29（2）：326-329.