电工电子虚拟仿真教学资源建设探索

陈新兵++龙晓莉++谢陈跃++谢斌盛++伍冯洁

摘 要：虚拟仿真在电类专业人才培养中占有重要地位，相关资源是新时期教育信息化建设的核心内容。围绕全校电类课程实践教学公共平台，从实验、实习、课外创新与网络共享等方面，对各类虚拟仿真教学资源的建设作了介绍，通过虚拟仿真教学资源推动信息化建设，虚实互补提高教学质量，探索国家级虚拟仿真中心创建之路。

关键词：信息化；虚拟仿真；教学资源；实践平台

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2014）21-0045-03

一、引言

根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，国家级虚拟仿真实验教学中心已成为未来高校信息化建设的主要方向。广州大学电工电子实验教学中心（下称“中心”）作为省级示范中心，建有涵盖实验—实习—课外创新的电类公共教学平台体系，是全校共享的电类专业基础实验室、以及实践和创新基地，在信息化建设方面取得了较大进展。

虚拟仿真是电类学科基本的设计开发与教学工具，相关资源是中心信息化建设的重点。长期以来，中心以“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”为指导思想，校企合作研发与共享先进相结合，根据应用创新人才培养目标，紧贴教学需求推进相关资源建设，进行教学改革与创新，虚实结合相互补充[1]，建设了虚拟仿真实验教学中心。

二、教学资源建设

目前中心已投入教学的虚拟仿真资源大体分为四类：设计开发类、教学展示类、Android移动应用、以及开放式网上虚拟实验，实现了实验—实习—课外创新的全平台覆盖[2-4]（如图1）。开设虚拟仿真实验的课程19门，出版教材4本，编写实验讲义15本，中心的实验教学水平实现质的飞跃。

1.构建实验仿真平台，提高综合设计能力

设计开发类仿真软件是电类实验基本的辅助开发工具，起步早，种类多，开设课程多，已投入实验教学的主要有5种，解决了电类学科实验教学部分项目真实实验难以实现、耗材消耗大、设计效率低、设备成本高、尤其是综合设计性实验开展难等问题（如表1）。

2.建设网上虚拟实验室，提高自主学习能力

为了解决课外自学、实验预习及其效果评价、师生互动、数据分析以及教学管理等问题，中心与企业联合开发了开放式网上虚拟实验室，解决了公共基础课的全天候开放式自主学习难题[5]，教研也有了依据，中心教学水平得到质的提高。

学生通过网上虚拟实验平台，利用虚拟元器件与仪器设备搭建电路、调节参数和测量数据，从而进行实验预习与自主实验，不受时空限制，且具智能提示、自动批改、信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成绩发布功能，老师更能掌握学生的预习情况，进行教学演示以及互动答疑等操作，帮助老师从重复性劳动中解脱出来多做创造性劳动；历史数据使后期数据挖掘有了依据，增强了讲课针对性，便于不断优化教学，鼓励老师将更多精力投入到教学研究工作中，提高了教学效果。

已用于5门电类基础实验课：电路、模电、数电、高频、电工电子学，受益专业9个。

3.完善实习虚拟平台，提升工程实践能力

电工电子实习是大部分工科专业的工程实训环节，为了解决部分项目成本高、危险、污染、综合训练难等问题[6]，校企合作研发了教学展示类虚拟仿真资源，采用3D技术，给人身临其境的沉浸式体验，辅助实体训练项目，方便学生预习和教学演示，提高实习效果，其沉浸感、交互性和重复性优势可用于解决电类领域传统教学中微观、抽象、污染或高危过程的展示问题（如表2）。

4.打造课外实践虚拟平台，提高创新能力

（1）虚拟仿真促进跨学科协同创新

中心利用教学资源全校共享优势，创建了跨学科实践创新开放平台，采用Arduino+Android开源软硬件集成一体化虚拟开发环境，每年选拔一批大一学生，构建若干光机电算设计等一体化项目组，结合虚拟仿真技术开设了系列培训课程，如智能车硬件设计（Altium Designer）、AVR与智能车（Proteus）、移动物联网设计（Arduino+Android）等，提供先进、热门的智能赛车原型，指导学生进行以任务为导向的创意机器人或飞行器设计，建立了AB班进退机制，培养学生的团队合作精神和科研、动手、交流沟通能力，提高了学生的跨学科应用水平。

（2）虚拟仿真方便赛事选拔

依托中心的创新基地，开设了校级科研竞赛创新班，建设了专门的虚拟仿真室和开放室，虚拟仿真的引入，减少了创新班系列课程对设备和耗材的消耗，更为中心赛事组织和学生选拔工作带来了便利，中心通过赛事门户网站和虚拟仿真软件进行预赛，大量虚拟资源通过网站共享，解决了场地依赖问题，赛事过程更容易控制，减少了耗材和人力消耗，决赛时才用实体作品，解决了大规模竞赛的组织、环境、人力和经费等难题。

三、建设虚拟中心网站，扩大资源共享

中心门户网站是信息化建设和资源共享的窗口（如图2）。中心发挥虚拟仿真类教学资源易于网络共享和维护更新的优势，建设了大量虚拟仿真资源，利用门户网站开展网上虚拟实验、网络课程、开放预约、实验管理、赛事组织、论坛交流和青少年科普，服务我校师生及社会，发挥教学资源的延伸作用，突破了时空的限制[7]。

中心通过网站实现了4门网上虚拟实验课程、24门校级网络课程、9门虚拟仿真课件和7种Android虚拟仿真应用的网络共享，提供了约46GB的网络虚拟仿真学习资源，学生可在线预习实验内容、了解实验过程，试做虚拟实验，提供了智能指导、自动批改和信息查询等特色功能，在课外自主学习的过程中，可与教师通过学习论坛互动交流。目前已有5个学院的12个专业使用这些虚拟仿真资源进行自主学习，年约8000人次。

四、结论

虚拟仿真教学资源是未来教育信息化建设的主要方向，也是高校实验教学示范中心建设的重要内容，围绕电类实践教学的需求，进行了各类虚拟仿真教学资源的建设与网络共享，取得了阶段进展；必须看到，虚拟仿真教学资源的建设是一个不断完善的过程，长期投入较大，除了建设校级公共实践平台提高共享效益，探索校企共建共享持续发展的新道路，将是未来建设国家级虚拟仿真实验教学中心的新课题。

参考文献：

[1]张家港职业教育中心.虚拟仿真技术助推学校信息化建设[J].中国教育信息化，2013（15）：43-43 .

[2]曲伟，邱成军.电工电子实验教学中心实践教学体系建设与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：216-218.

[3]李安，周南润，王玉皞.通信工程国家级特色专业虚拟实验室建设与实践[J].实验室研究与探索，2013，1（23）：150-154.

[4]虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，7（30）：94-97.

[5]郑炜，齐幼菊.面向成人教育开放式虚拟实验平台的设计与应用[J].现代教育技术，2013，6（23）：116-119.

[6]黄登红.机电一体化专业虚实结合实训模式应用研究[J].中国科技信息，2013，（12）：161-163.

[7]白春章，关松林.信息化教学资源共建共享机制研究[J].中国教育学刊，2013，6（23）：59-63.

（编辑：王晓明）endprint