电子信息类虚拟仿真实验教学建设探讨

唐建锋　罗湘南　谭延亮　肖宾宾

摘 要 文章介绍了衡阳师范学院电子信息类虚拟仿真实验教学资源、教学运行及效果。虚拟仿真实验教学提高了实验教学质量和实验室管理效率，减轻了教师和实验室管理员的工作量，解决了实验教学仪器不足、场地有限等难题，降低了实验教学成本。

关键词 电子信息类 虚拟仿真 实验教学 探讨

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.10.024

Abstract The article introduces the teaching resources， teaching operation and effects of electronic information virtual simulation experiment in Hengyang Normal University. The virtual simulation experiment teaching improves the quality of experimental teaching and laboratory management， reduces the workload of teachers and laboratory administrators， solves the problems of insufficient experimental teaching instruments and limited space， and reduces the cost of experimental teaching.

Keywords electronic information； virtual simulation； experiment teaching； study

0 引言

隨着现代电子技术与网络技术的快速发展，虚拟仿真技术逐步成熟，自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法。虚拟仿真技术使电子产品设计与应用的手段和思想发生了质的飞跃。电子信息类虚拟仿真实验教学是虚拟仿真技术快速发展和电子信息类实验教学改革融合的成果。[1-4]

随着虚拟仿真技术在教学领域的深入应用，衡阳师范学院于2015年成立了电子信息类虚拟仿真实验教学中心，建设了实验教学信息化管理系统。通过与多家公司进行校企合作，共同开发了9门电子信息类虚拟仿真实验课程及一套PROTEUS虚拟实验室，丰富了电子信息类仿真实验教学资源，扩充了虚拟仿真实验教学平台。电子信息类虚拟仿真实验教学系统的建立，提高了学院实验教学质量和实验室管理效率，减轻了教师和实验室管理员的工作量，解决了实验教学中仪器不足、场地有限等难题，降低了实验教学成本，取得了预期的效果。

1 电子信息类虚拟仿真实验教学资源

电子信息类虚拟仿真实验系统由虚拟实验仿真平台和实验管理系统两部分组成。实验仿真平台模拟实验环境，包含仪器、元器件等器材模型和典型仿真实验项目案例；虚拟实验管理系统提供全方位的教学辅助功能，包括预习、开课管理、实验库维护、教学安排、过程指导、结果批改、成绩统计查询等功能。

虚拟实验仿真平台包含模拟电子技术、数字电子技术、电路原理、高频电子技术、信号与系统、数字信号处理、微机原理、通信原理、自动控制原理等9门课程实验平台和一个PROTEUS实验室。9门课程实验平台共有140个基础电子技术仿真实验项目。PROTEUS实验室可以完成多门课程的基础内容，共有50个开放访问点，更侧重相关课程的课程设计及电子产品的研发。电子信息类虚拟仿真实验系统的教学内容体系包含了基础实验、综合性设计实验、创新应用三个层次，体现了基础训练、能力培养与提高的一个循序渐进过程。

教学管理系统用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色，不同角色拥有不同权限。学生通过管理系统选择实验、开展实验、接受实验指导、提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和教师批语；教师通过管理系统发布实验、安排实验、批改实验报告、智能指导、统计并发布学生的实验成绩和批语；教务管理员通过管理系统安排课程计划、选课日期、开课审核、开课查询等；系统管理员通过管理系统进行用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。通过课程的教学管理系统，实验教学的各个环节都可以高效率进行。

2 电子信息类虚拟仿真实验教学系统运行及效果

2.1 电子信息类虚拟仿真实验教学系统运行体系

为了提高实验教学效果，减轻教师和实验室管理的工作量，学院已经全面推行仿真实验教学的运行，如表1所示。其中，虚实结合的学习方式是将传统的实验教学改革成二段式教学，先让学生在规定的时间内完成项目的仿真学习，合格后，再安排学生到实验室进行相应的真实实验学习。

2.2 电子信息类虚拟仿真实验教学效果

（1）提高了学习兴趣和实验教学效果。通过仿真实验平台预习，学生能观察元器件模型，模拟操作调试仪器，完成实验步骤，获得智能指导和老师在线指导，降低了预习的难度，提高了学习兴趣；通过仿真实验的学习，加深了学生的理解，提高了学生的操作技能，让学生在真实实验中集中精力观察、思考、解决实验问题，提高了解决实际问题的能力。仿真实验的学习不受时空限制，可以课前预习，也可以课后复习巩固和提高，提高了真实实验教学质量。[4]

（2）减轻了教师和实验室管理员的工作量。仿真课程平台有在线智能指导功能，试卷评定功能，以及实验报告填写与管理、实验教学评估与分析等功能，加强了对学生实验学习的监督和指导，减轻了教师工作量；实验教学管理系统则实现了教师信息发布、评定成绩、开课计划，学生实验预习、操作、考试等功能，减少了中间环境，提高了效率，减少了管理员的工作量。

（3）解决了实验教学中的难题。课程仿真系统让设计性、综合性实验的设计、调试通过仿真实验平台完成，减少了对实验室和仪器的依赖，解决了实验场地和仪器不足或高负荷的難题。

对必须长时间、灵活开放实验室、仪器库的学习类型如电子设计竞赛、教师科研、大学生的研究式学习等创新类实验，通过仿真实验教学管理系统，实现人员、时间、设备、内容安排的便捷控制，高效地为这类实验提供物质保障，解决这类实验学习管理难，人力不足的问题。

（4）降低了实验教学成本。在虚拟仿真实验教学中，实验消耗为零，实验仪器的损坏为零，降低了真实实验的失败率及损耗率；研究性、综合性等现场较难实施的实验在虚拟仿真实验中可以不断重复、修正，减少了实验器件的消耗。PROTEUS实验室具有良好的可扩充性，用户可以添加先进虚拟设备，节约了购买新的贵重仪器设备经费。

3 总结

仿真实验教学资源是电子信息类虚拟仿真实验教学的核心，我们将完善已有仿真实验内容，建立一个开发创新的仿真实验教学内容体系，开阔学生眼界，启迪创新思维。实验教学管理系统实现了实验教学与管理各个环节的智能化的、便捷化，我们将进一步完善系统，加强无线宽带网建设，多途径提供虚拟仿真实验教学平台链接等，完善网络技术交流平台。虚拟仿真实验优点很多，但虚拟仿真实验不能完全替代实践操作，只有虚实实验完美结合，才能最大限度地促进学生主动学习，有效培养和提高学生的工程设计能力和创新能力。

基金项目：电子信息工程“十三五”专业综合改革试点项目（湘教通[2016] 276号）；电子信息科学与技术专业校企合作创新创业教育基地（湘教通[2016] 436号）；光电信息技术湖南省应用基础研究基地开放课题立项资助项目（GD14K11）

参考文献

[1] 韩芝侠，魏辽博，韩宏博，等.仿真虚拟实验教学的研究与实践[J].实验技术与管理，2006.23（2）：63-64.

[2] 韩芝侠，魏辽博，韩宏博，等.仿真虚拟实验教学的研究与实践[J].实验技术与管理，2006.23（2）：63-65.

[3] 李平，李晶杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013.32（11）：5-8.

[4] 程思宁，耿强，姜文波，等.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，2013.30（7）：94-97.