高校虚拟仿真实验室的建设与改革研究

魏伟

高校教育在其发展过程中，逐渐在教学资源、师资队伍的建设，以及相应教学设备的投入方面，加大了资金以及相应的建设力度，使之高校的专业教育能够在校园教育的过程，实现高效率、高质量的人才培养目标，并且为社会输送的大批人才，在实践能力和动手能力方面，都能够远超传统教学环境下培养的人才。这其中，离不开类似虚拟仿真实验室的建设和开发，其为学生创造的动手操作平台，使得课本专业理论能够得到实践，从而极大程度的推动学生提升自身的动手操作能力，不仅锻炼了学生的思考和动手，也能够极大的表现出学生的学习潜力，从而在不断推动高校教育发展的同时，使得学生更好的融入到学科专业知识的学习和理解中。

1 高校虚拟仿真实验室建设和改革的重要性

高校的教育，在传统的教学环境下，只能实现理论方面的教学和基本操作能力的培养，尤其在诸如信息与电子工程相关专业中的学生教育和培养，学生的动手和实践能力，是检验其理论学习唯一的标准，但受制于高校的教育资源投入和建设的力度不足，多数高校在进行学生教育过程中，只能在理论方面加强培养，而在基础实验室以及相应的仿真实验室培养中，缺少机会与设备的支持，从而使得高校相应专业的学生在进入到工作岗位之后，缺少一定的基础动手和操作能力，不仅胜任不了前期的工作，也对于个人的学习机会造成了阻碍和限制，从而不利于学生个人的发展和社会未来的进步。至此，在高校当中建立和建设虚拟仿真实验室，将对于类似信息与电子工程相关专业学生的动手和实践能力养成至关重要，也对于高校的教育发展意义重大。

1.1 推动教学进步

教学的进步会受到多方面的影响，其一，教师的教学质量和教学能力会影响到教学的进步，其二，学生的学习效果也会影响到实际的教学进步，这两方面的变化能够从基本的教学环境中进行改观，因此当高校在进行虚拟实验室建设和使用的过程中，极大程度上帮助教师更好的开展教学活动，也使得学生能够在实践和动手的过程中，提升学习效率。虚拟实验室的建设，真正能够为高校扩大教育资源，使得学生可以在实验室之内实现模拟活动，将大型设备具备的功能进行虚拟化，从而在减轻学生接触实际大型设备的压力时，保障了学生安全，进一步使得学生在进行虚拟实验室学习的过程中，将理论付诸实践，从而得以实现高校的教学目标，以此推动教学的进步和发展。

1.2 减少教学资源浪费、提高教学效率

在高校当中，虚拟实验室的建立和发展，能够为学生提供一种理想的实践场所，使得学生在进行实验模拟、系统开发中，能够利用固定的实验室资源实现更大的学习目标，例如在学生进行单片机课程的学习时，在理论学习的后期，教师会带领学生进行实践操作，一方面是为了认识单片机实物和其能够实现的主要功能;另一方面是要让学生动手焊接单片机与其他零部件，使之通过导线的连接和参数的设定以及程序的写入，实现一定的控制功能，如果在传统的教学环境下，就只能通过焊锡、电烙铁以及导线和单片机及其他元件的焊接，实现具体的功能，若在其中学生的动手能力欠缺，就会造成元件的烧毁，或者焊接不正确，导致内部电路电压、电流不稳定，从而击穿单片机，这对于教学资源是一种极大的浪费，因此借助虚拟仿真实验室，能够极大的解决这类问题，学生通过电脑proteus软件实现对单片机的控制，而在试验台之上，各种元器件都很齐全，学生要想实现一定的控制功能，通过试验台的导线连接就可以实现，并且导线可以随意插拔，以此降低了传统焊接试验当中对导线的浪费，这种虚拟实验的学习过程，极大的减少了教学资源的浪费，也从而提升了教学效率。

2 虚拟仿真实验室建设和改革遇到的难题

现有的高校教学，建设虚拟仿真实验室已经成为一种趋势，其不仅代表着高校对于教育的重视程度，也实际反映出一所高校对教育所投入的经费、精力，使之在制定教学规划或者目标时，如何实现、如何执行就成为关键。

2.1 传统教学观念的限制

高校的教学发展，在教学环节配备相应的实践课程是教学发展的重点，也是学生动手操作能力培养的基础，反观基础的理论教学，在知识层面、专业理论层面带给学生的，只能是在书本当中的问题处理，而当学生在面对实际的实践专业问题时，就会显得棘手且慌乱，因此教师带领学生进行实践课程的开展和活动，使得学生能够锻炼一定的动手操作能力。在随着高校仿真模拟实验室的建立和使用当中，能够更加快速的为学生提供动手操作的机会，但由于部分教师的教学观念仍然停留在传统的动手操作当中，使之忽略实验室仿真的方便性，部分教师会认为，带领学生进行焊接等更加实际的操作会为学生带来更好的实践能力锻炼，但这其中存在一定的安全问题，如果学生操作失误，将影响到学生自身的安全和实验设备的安全。所以现阶段教师的传统教学观念限制，是导致模拟实验室仿真工作无法有效开展和建设的一大影响因素。

2.2 教师教学能力的限制

教师的教学能力在很大程度上直接决定着学生的学习能力和学习效果，因此，在当面临高校建设相关的模拟仿真实验室过程中，对教师的理论教学能力以及试验操作教学能力就提出了更高的要求，如果教师不能够认真了解实验仪器和仿真设备，或者在实验教学过程中，缺乏一定的带领能力和对仿真的具体教学能力，就将对于高校的模擬仿真实验教学带来很大的影响，并且学生在这其中会受到直接的影响。

2.3 学生学习方式改变困难

在学生接触到仿真实验室学习时，多数学生会陷入一定的困顿状态，即无法改变现有的学习方式和学习技巧，从而使得在进行实践学习过程中，受到理论学习的影响，对动手操作的技巧和过程不熟练，甚至操作失误，不仅影响到了自身的学习质量提升，也更加影响到了教师的教学计划开展，因此在学生层面的学习方式限制，对虚拟仿真实验室的建设和投入使用造成了很大的困难和挑战，与此同时，虚拟仿真实验室的使用，要求学生要具备更高的学习能力和对设备仪器的使用技巧，所以就加重了学生的学习负担，如何在虚拟实验室之内对试验设备和仿真过程的使用顺利，就成为学生学习和教学开展的一大难题，也是仿真实验室建设和改革的重点工作。

3 高校虚拟仿真实验室建设改革的具体途径和措施

教育的发展离不开基础设施的建设和基本教学资源的保障，在高校当中建立的虚拟仿真实验室，就成为保障高校教学发展的基础，尤其在部分专业的教学规划当中，教学资源的充足配备，能够帮助学校以及教师更好的开展相应的教学活动，所以，高校应该重视对于虚拟仿真实验室的建设和改革，从基础设备仪器的配备，到组建相应的师资队伍，最大化的保障学生的理论学习和实践学习相结合，从而在不断提升学生学习效果的同时，推动高校的教育发展。

3.1 改善传统教学观念

教师的传统教学观念由于长久的教学环境影响，使得教师在教学方式以及教学理念中，形成了固有的思想，从而在面对新形势的虚拟仿真试验教学时，受到教学方式转变和教学理念提升的阻碍，在实验仿真过程的教学和指导方面，出现教学质量不高、教学效果不佳的情况，基于此，要将教师的教学观念进行转变，学校及时定期的举办相关研讨会，将学校仿真实验室设备的使用规范、使用要求，以及虚拟仿真教学活动的规划做好，从而使得教师能够做好相应的教学准备，为开展仿真实验教学做基础。

首先，建立体系化的教学模式，将仿真实验教学作为专业课程教学的重点部分进行，以此使得学生能够在理论学习的过程中，将理论与实践相结合，做到学习效果的提升，与此同时，教师在教学规划的推动下，会主动提升自身对于教学的技能学习，从而将必要的虚拟仿真实验过程以及相应的学习技巧与学生分享，在改善自身教学方式和教学观念的同时，推动了高校的虚拟仿真实验室的建设和改革;

其次，规定教学范围，将实验室形式的虚拟仿真教学作为实践教学的唯一手段和唯一环境，从而避免教师带领学生参与危险系数大、操作困难的传统实践课程，提高虚拟仿真实验室在教学规划中的比重，从而落实高校虚拟仿真实验的教学改革;

最后，结合社会需求，使得教师能够在实践教学的过程中，重视仿真实验的教学，从而使得为社会输送的人才，能够掌握必要的仿真实验能力和动手操作能力，以此做好高校与社会企业的人才需求衔接。

3.2 提高教师的教学能力

在高校的实验室仿真模拟教学过程中，教师应该对教学做好相应的准备，前期熟悉实验仿真设备的使用规范和技巧，以此做好备课，在实验教学的过程中，能够为学生提供完善的技术指导和技巧传授，从而提升教学质量和教学效果，也使得学生能够提升学习质量和效率，与此同时，教师的教学能力还在于对仿真实验的问题处理能力方面，在实验教学的过程中，仿真模拟会出现一些设备问题或者学生对设备操作失误造成的问题，因此，考虑到高校的虚拟仿真实验室建设和改革需求，教师应该做好相应的突发问题准备，以此避免出现实验安全事故，在保护学生的安全前提下，推动高校的仿真实验室建设和改革。

3.3 培养学生养成良好的学习习惯

学生的学习习惯决定了学生的学习质量和学习效率，在虚拟仿真实验的学习过程中，学生要通过对实验设备的认真了解和详细观察，清楚仿真设备和仪器的使用规范，与此同时，教师应该做好相应的引导，指导学生掌握必要的学习方式和方法，从而使得仿真實验室的建设能够真正为学生所用、为教学所用，以此推动高校的教学发展和进步。

4 总结

总而言之，在高校的虚拟仿真实验室建设以及改革中，要做好相应的准备，以不断提升教师教学质量和教学效果为重点，开发相应的教学培训活动，并且加强教师之间的交流和互动，使得借助仿真实验形式的教学计划能够顺利开展和有效实施，从而实现高校仿真实验室建设和改革的目标。

（作者单位：重庆交通大学）