虚拟仿真实验教学中心建设的拓展与创新

王培丞

摘要：以建设虚拟仿真实验教学中心背景入手，阐述虚拟仿真平台的系统架构和内容，大胆创新，建设特色网站并引入人工智能，促进虚拟仿真实验教学中心的建设和使用，为进一步教学改革积累了一定的经验。

关键词：虚拟仿真；实验平台；创新；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0265-02

一、引言

随着科学技术的不断发展以及社会对人才需求的变化，高等教育的理念、模式和方法必须变革，才能培养出符合未来需求的人才，为国家的繁荣富强提供保障。目前，我国高等院校的实验教学条件得到了很大的改善，学生的实验探究技能得到了长足的进步。但是由于各方面条件的限制，如场地、仪器和师资等原因，实验室的设备和规模依然难以满足广大学生的实验需求，学生能独立参与实验机会很少，学生的实践能力和创新能力薄弱，教学效果有待提高[1]。因此，国家支持建立虚拟仿真实验中心，加大实践教学力度，推进实验教学改革，拓展实验教学空间和时间，充分应用科研资源和贵重仪器[2，3]，通过虚拟实验平台，实现远程实验教学、分批实验教学及学生自主实验教学，为学生提供更多的实验机会和更灵活的实验时间，旨在提高学生的实践能力和创新能力[4]。

二、虚拟实验平台系统架构

虚拟实验平台的建设从具体需求着手，强调系统的可行性与实用性，并且要采用符合未来发展趋势的设计方案，要确保技术的先进性和实用性。因此，在进行平台建设时，必须要提供一个架构合理、功能全面的系统。良好的系统架构不仅能够确保平台运行的可靠性和稳定性，同时为系统后期升级和扩展奠定坚实的基础。电子科技大学电子与通信系统虚拟仿真实验教学中心由多个学院组成，包括5个实验教学平台，可以为电子科学与技术、信息与通信工程、仪器科学与技术等3个一级学科的12门本科专业核心课程提供实验教学任务。但由于实验实体分散在各个学院，在学生的跨学科学习、管理者统一组织以及教学成果展示等方面提出了新的挑战。基于以上原因，学校需要探索和建立新的管理机制和管理平台，使实验中心能不断发展壮大，扩大应用范围，并通过改革创新，满足不同的教学需求，在人才培养中发挥应有作用。

电子科技大学通信与电子系统虚拟仿真实验教学平台系统架构如图1所示，包括具体实验平台、数据处理中心和远程访问点。数据处理中心是整个实验平台的核心，具有实验教学资源管理、实验教学演示、实验教学体验等功能。远程用户通过校园网络访问数据处理中心，并进行相关虚拟仿真实验。该平台提供全方位的虚拟实验教学辅助功能，支持动态更新实验项目库，教师按需自主创建实验课程，共享实验指导资料，学生在线提交实验报告以及成绩反馈、在线答疑、实验教学效果评估等功能。同时，该平台可扩展第三方的虚拟实验课程资源或自建课程资源，为各类院校虚拟实验教学提供服务并进行相应的应用。虚拟实验平台业务流程如2所示。

三、特色网站建设

电子与通信系统虚拟仿真实验教学中心是面向全校师生的开放式虚拟仿真实验教学管理和共享平台，核心是用户，用户是网络及其服务赖以生存的基础。用户直接通过门户网站登录平台，并进行相关操作。门户网站是用户对平台的第一印象，必须具有超强的展示度和明显的专业特色。因此，在进行网站设计时，首要原则是突出学科特点，并在界面设计、人机交互以及其他方面设身处地为用户着想，即以用户为中心。同时在网站设计过程中，选择适当超前的、先进的、开放的设计方案，力求网站简洁大气，具有自主特色。中心门户网站采用Metro风格色块设计，用纯二维以及高度概括性弱化了视觉上的复杂性，让用户没有过多的关注图标本身，而是增加其辨识性和标识性，达到强化内容和信息的目的，清新的颜色和平面化的元素是整个设计的亮点。整个界面设计风格优雅，简洁直观，没有过分华丽的炫目背景与功能图标，提供给用户一个美观、快捷流畅的Metro风格的界面，使用户能够完全被他们所喜爱的内容所吸引，鼓励用户沉浸在实验本身营造的体验之中。

四、引入人工智能

人工智能被認为是21世纪三大尖端技术之一，近三十年来获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛的应用，并取得了丰硕的成果。中心坚持循序渐进、稳扎稳打的发展理念，同时又与时俱进、敢闯敢拼，引入智能机器人。该机器人基于人工智能应答引擎，具有强大的语义解析、上下文推理等能力，并已实现流畅的会话交互。当接收到用户的提问后，后台自动进行语义分析，并准确理解传达的文字等多模态数据信息，进行多模态反馈。基于实验教学平台以及门户网站建设，将核心知识库系统嵌入到实验教学平台中，以知识库系统建设为核心，努力打造成实验教学行业顶尖智能教学机器人。智能教学机器人的引入，将极大地减轻教师教学压力，加强学生学习的主动性和能动性。

五、结论

从实验教学的最新发展趋势来看，开展虚拟仿真实验教学中心建设是新时期高效本科人才培养的一个重要环节，也是未来实验教学发展的必然趋势。在实验教学过程中，要整合现有资源，改进和完善各个实验模块，同时要大胆创新，为实践教学和人才培养提供使用方便、效果明显以及潜力巨大的实验平台。

参考文献：

[1]王建立.虚拟实验的教学与实践[J].新课程：下，2015，（7）：21-22.

[2]中华人民共和国教育部.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[教高司函（2013）94号].2013.

[3]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

[4]杨志强.强化实验教学示范中心建设，促进创新人才培养实验室研究与探索[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：130-132.