通信与信息网络国家级虚拟仿真实验教学中心建设与实践

沈建华， 李 飞， 程崇虎， 朱 琦， 朱晓荣

(南京邮电大学 通信与信息网络国家级虚拟仿真实验教学中心，江苏 南京 210003)



通信与信息网络国家级虚拟仿真实验教学中心建设与实践

沈建华， 李 飞， 程崇虎， 朱 琦， 朱晓荣

(南京邮电大学 通信与信息网络国家级虚拟仿真实验教学中心，江苏 南京 210003)

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。论文介绍了南京邮电大学通信与信息网络国家级虚拟仿真实验中心的建设及教学实施的各个环节，重点探索了中心建设理念、实验实践教学体系、实验平台及辐射示范效应等，对基于虚拟仿真实验技术开展创新人才的培养进行了有益的探讨。

虚拟仿真实验中心； 通信与信息网络； 实验室建设； 人才培养

0 引 言

信息产业业已为我国国民经济第一大产业。信息通信业已成为当前国际新一轮产业竞争和抢占经济科技制高点的战略先导领域[1]。在这种背景下，对我国未来的信息通信人才培养提出了更高要求，特别是全面掌握信息通信技术和经过充分训练的创新型人才培养成为当前高校实验实践教学的核心工作之一[2-6]。针对信息通信技术快速更新和实验教学平台成本高昂等局限，于2009年建设了虚拟仪器实验室，并开始在通信与信息类专业中采用虚拟现实、人机交互、仿真等信息化手段进行实验教学；同时成立了相应的通信与信息网络虚拟仿真技术研究室，致力于研究虚拟仿真实验技术，并通过校企合作的方式开展虚拟仿真实验教学资源的研发。随着高等教育信息化建设的推进和学科专业的发展，对虚拟仿真实验教学的需求不断扩大，为了全面提高高校学生创新精神和实践能力，共享优质实验教学资源，进一步完善本科实验教学体系，以及满足可持续发展的需要，学校依照“大信息”办学理念，依托我校“信息与通信工程”国家级实验教学示范中心，整合了原有多个省级实验教学示范中心和信息通信类相关学科专业的虚拟仿真实验教学资源和人力资源[7-8]，组建了通信与信息网络虚拟仿真实验教学中心，本文主要介绍了通信与信息网络国家级虚拟仿真实验中心建设的探索与实践。

1 虚拟仿真实验中心的建设背景

信息通信技术具有技术高度密集、对实践性要求高和更新换代迅速等特点，传统的实验实践教学主要依赖于校内专业教学实验室、科研实验室以及校外实践教育基地所开展。随着包括新一代移动通信、三网融合、超高速光纤宽带、虚拟现实、泛在网和物联网、量子信息处理、大数据及云计算等新兴通信与信息技术的不断发展，采用传统实验实践教学模式开展教学日益受到局限，引入虚拟仿真技术手段可以更好地推动信息化条件下自主学习、探究学习、协作学习等实验教学方法的改革，提高教学能力，丰富教学内容，拓展实践领域，降低成本和风险[9-13]：①实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。②针对高成本、高消耗、以及对环境存在污染等实验项目，虚拟仿真实验提供了可靠、安全和经济的实验方法。③开发现阶段技术条件不具备或无法实现的实验教学功能。信息通信技术的高速发展，使得传统的实验教学设备、系统和仪器的发展不能完全适应现阶段实验实践教学的需要。

针对传统的通信与信息网络类实验及综合创新技能培养中存在一些真实实验不具备或难以完成的教学功能需求，为全面提高学生创新精神和实践能力，建设通信与信息网络虚拟仿真实验教学中心，以构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，给学生提供绿色、可靠、安全和经济的实验项目，让学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。不仅有效解决了传统基于实际通信信息网络开展实验教学的不足，同时也是解决通信信息类专业学生开展工程训练的重要途径。通信行业的保障性要求和信息安全要求高、设备贵、更新快，学生到企业真实网络环境中开展实践教学和工程训练困难。为有效解决学生工程训练难的问题[14-15]。中心依托与信息通信产业的密切联合，在已经建设完成的具有国内领先水平的完整的全程全网信息通信实验平台基础上，积极依托学校学科专业优势，积极利用合作企业的开发实力和支持服务能力，系统地整合学校信息化实验教学资源，以培养学生综合设计和创新能力为出发点，建设了一大批应用高水平软件共享虚拟实验、仪器共享虚拟实验和远程控制虚拟实验等教学资源，构建了较为完整的通信与信息网络虚拟仿真实验环境，是国内唯一一个能在校内建有全业务各类通信设备、虚拟网络运行的实验中心。

2 构建多层次、立体化、开放式、虚实结合的实验实践教学体系

中心在建设和发展过程中，秉承学校大信息办学理念，面向国家大力推进信息化、信息化与工业化融合以及江苏建设信息强省对信息人才的需求，依托学校信息学科优势，实验教学改革与虚拟仿真实验中心建设并进，依照“工程训练为基础、能力提高为重点、创新意识培养为核心”的原则，构建了以“基础—综合—研究与创新”为主线、“课内与课外相结合、校内与校外相结合”的多层次、立体化、开放式、虚实结合的实践教学体系，体现了从基础实验技能训练—到综合设计能力培养—实现研究创新能力的逐步提高，体现了学校人才培养主体与社会协同育人的创新人才培养模式，见图1。

图1 多层次、立体化、开放式、虚实结合的实验实践教学体系

在人才培养方面，中心一贯坚持“知识、能力、素质协调发展，学习、实践、创新相互促进”，始终把学生实践和应用能力、研究和创新能力的培养放在重要位置，坚持以学生为中心，推行网络化条件下自主学习、探究学习、协作学习，学生在虚拟环境中开展各类仿真实验，完全达到教学大纲所要求的教学效果，实现了人才培养目标与社会需求的有机结合。

中心建立了科学的实验实践教学理念和扎实的实验实践教学体系，并随着信息通信技术、多媒体技术、虚拟仪器测试技术和虚拟现实等技术的发展不断优化实验中心资源、教学内容和实验平台体系，不断改革创新教学方法和手段。

3 建设虚实结合的虚拟仿真实验平台

中心建设围绕为通信信息领域培养更多的高素质创新人才的建设目标，提出了“一体两翼、虚实结合”的建设构想，即依托我校在信息学科的优势，以科技创新和教学改革为驱动力，构建以我校“信息与通信工程”国家级实验教学示范中心为主体，实体实验与虚拟仿真实验两翼虚实结合、协调发展的虚拟仿真实验教学中心。

中心建设工作遵循“学科交叉融合、教学科研协同、学校企业联合、资源共建共享”的建设理念，坚持“理实互通、虚实结合、相互补充、能实不虚、开放共享”的原则，充分依托中心教师在虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库、大数据和网络通讯等方面所具备的信息技术优势，自主构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，围绕从“信息感知、信息传输、信息处理”到“工程应用”的知识体系，建设了10个虚拟仿真实验教学平台，体现了实验资源与信息技术深度融合、真实网络与虚拟环境有机结合，见图2。

图2 构建虚实结合虚拟仿真实验平台

4 丰硕的成果和示范效应

中心坚持“学校企业密切联合，资源共建共管共享”，依托与信息行业的紧密联系，形成了校内虚拟仿真实验实践教学与校外企业真实工程实践有机结合的教学机制、“走出去+引进来”的实验实践队伍建设机制。中心与通信信息行业的领军企业：三大运营商中国电信、中国移动、中国联通，两大制造业中兴、华为均有密切合作，在校内与企业联合共建了包括全部三个3G标准的移动通信实验室、4G移动通信实验室、以及下一代网络NGN实验室、SDN实验室、全光通信实验室等十多个实验室，是国内唯一一个能在校内建有全业务各类通信设备、虚拟网络运行的实验中心。

中心利用校企共建国家级实践教育中心和学院建立的40余个校外实践基地，每年有超过1000名学生到企业完成真实工程实践教学环节，使学生在中心完成的虚拟仿真实验教学环节与实际的信息通信网络环境充分接轨，对学生培养完整的全程全网、仪器测试、远程控制、软件共享等知识及能力提供了有力的支撑。中心每年定期派出10名左右教师到企业进修和培训，同时邀请15名左右企业教师到中心授课或讲座，实现了校内人才培养与企业需求的无缝对接，中心与包括中兴通讯、大唐移动、VPI、OPNET、IBM、R&S、EXFO、Agilent等国内外一流通信与信息仿真软件及测量仪器制造商建立了稳定的合作机制，与企业联合开发虚拟仿真实验，校内平台开展的虚拟仿真实验实践教学内容与真实的信息通信行业工程技术发展同步更新，丰富教学内容，降低成本和风险，开展绿色实验教学，为学生提供实践创新良好平台。

中心拥有一支结构合理、核心骨干稳定、学科科研与实验实践教学人员互融、理论教学与实验实践教学队伍互通的师资队伍。中心教师全部具有信息学科背景，具备信息技术素养，教师团队具有自主开发虚拟仿真实验项目的能力与实力。中心培养了一大批拔尖创新人才，包括国际电联副秘书长赵厚麟，中国科学院院士尹浩，中国联通董事长常小兵，中兴通讯前总裁殷一民，IEEE Fellow严洪、李平、高雨青、姚育东等一大批信息通信产业界和科技界领军人才。同时，中心培养的学生取得了丰硕的科技创新成果。近三年共获省级以上各类学科竞赛奖励210项(其中国际级奖18项，国家级奖66项)，获奖档次和数量在全国高校名列前茅。国家级大学生创新训练计划项目146项，江苏省大学生创新训练计划项目138项，省级优秀毕业设计21项。

5 结 语

中心在长期的建设过程中，提出了“一体两翼”的建设构想，实现了真实实验与虚拟实验资源的有效融合，构建了开放式、网络化、虚实结合的通信信息网络虚拟仿真实验教学大平台。按照“学科交叉融合、教学科研协同、学校企业联合、资源共建共享”的中心建设理念，突出虚拟网络与实体网络相结合，虚拟对象与实体对象相结合，虚拟手段与实际手段相结合，通过实验室资源有效整合，构建了学科深度交叉融合的虚拟仿真实验大平台。同时，依托中心信息专业优势，推行网络化条件下自主学习、探究学习、协作学习，构建了实验教学新模式，中心将“理实互通、虚实结合、相互补充、能实不虚、开放共享”的实验中心建设原则贯穿人才培养全过程，构建了多层次、立体化、开放式、虚实结合的实验实践教学体系。在人才培养方面，中心一贯坚持“知识、能力、素质协调发展，学习、实践、创新相互促进”，坚持以学生为中心，推行网络化条件下自主学习、探究学习、协作学习，构建了实验教学新模式，取得了丰硕的建设成果，实现了人才培养目标与社会需求的有机结合。中心不断深化实验教学改革，通过强化教学科研有机结合、学校社会协同育人，构建了学做合一、研创结合的信息通信高素质创新人才培养模式，探索了虚实结合实验中心建设和实验教学方法的新途径。中心强化融合理念，坚持通过高水平学科建设来提升本科教学水平，通过“学科专业贯通”实现了“知识交叉融合”；坚持通过高水平科研来提升本科教学水平，通过将教师科研课题和成果转化为学生的科研训练课题和虚拟仿真实验项目，固化到实验讲义和教材，促进了教学内容更新和创新人才的培养；中心探索出了“虚实结合，互为补充”的实验实践人才培养方法，企业深度参与虚拟仿真平台及资源建设，人才培养成效显著，拔尖人才层出，创新成果突出，示范与辐射效应明显。

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·知识园地·

写作摘要的注意事项

(1) 摘要中应排除本学科领域已成为常识的内容:要着重反映新内容和作者强调的观点;切忌把应在引言中出现的内容写入摘要;也不要对论文内容作主观诠释和评论。

(2) 不得简单重复题名中已有的信息。

(3) 结构严谨,表达简明,语义确切。句子间要上下连贯,互相呼应。慎用长句,句子力求简单,表意明白,无空泛、笼统、含混之词。一般不分段。

(4) 用第三人称。主语可省略。建议采用“对……进行了研究”、“提出了……措施”、“取得了……效果”等记述方法标明一次文献的性质和文献主题。

(5) 要使用规范化的名词术语、不用非公知公用的符号和术语。新术语或尚无合适汉文术语的，可用原文或译出后加括号注明原文。

(6) 一般不用图、表、数学公式、化学结构式。

(7) 不用引文，除非该文献证实或否定了他人已出版的著作。

(8) 缩略语、略称、代号，除了相邻专业的读者也能清楚理解的以外，在首次出现时必须加以说明。

(本刊编辑部)

State-level Virtual Simulation Experiment Teaching Center of Communication & Information Network

SHENJian-hua，LIFei,CHENGChong-hu，ZHUQi，ZHUXiao-rong

(National Communication & Information Network Virtual Simulation Experiment Teaching Center，Nanjing University of Posts & Telecommunications， Nanjing 210003， China)

Virtual simulation experiment teaching center is an important content of the higher educational informatization and construction of the experimental teaching demonstration center, which is a depth fusion product of discipline and information technology. The center is introduced along with implementation of the experimental practice teaching issues. Some important strategies and mechanisms for innovative personnel cultivation are proposed including construction idea and purpose, experimental teaching system, experimental platform, demonstration effect, respectively.

virtual simulation teaching center； communication & information network； laboratory construction； personnel cultivation

江苏省高等教育教改研究立项课题(2013JSJG518)，江苏省高校实验室研究会立项研究课题(GS2013YB06)

沈建华(1972-)，男，江苏南京人。博士，教授，通信与信息工程学院副院长，通信与信息网络国家级虚拟仿真实验中心常务副主任。主要从事实验室建设管理及通信网络的教学、科研和管理工作。Tel.：025-83492428；E-mail：shenjh@njupt.edu.cn

TN 923;G 642

A

1006-7167(2015)01-0161-04