基于校企合作的虚拟仿真实验教学模式的构建与实践

张学斌 张涛 黄灿 李政峰 周群

摘要：虚拟仿真实验教学是实体实验教学的重要补充，可以解决电子信息类工科专业学生开展实验过程中想做不能做、只能看不能做、能做不易做的诸多难题，任何受条件限制无法开展的实验项目都可以进行虚拟仿真实验。本文以怀化学院电气与信息工程学院电子信息类工科专业为例，探讨校企合作模式下虚拟仿真实验教学模式的构建与实践，介绍构建电工电子类基础类虚拟仿真实验项目库、单片机虚拟仿真实验教学项目库以及建立北斗卫星导航虚拟仿真实验分室、电气工程及其自动化虚拟仿真实验分室等分室的具体做法，分享基于我院电子信息类工科专业校企合作模式下的虚拟仿真实验的教学方法、教学手段、考核方法等实践经验。

关键词：校企合作;实验教学模式;虚拟仿真;工科专业;电子信息类

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）25-0272-03

虚拟仿真实验教学是国家信息化教育战略的重要内容，是实验教学的重要组成部分，是教育信息化发展的必然要求，是实验教学示范中心建设的内涵延伸[1]。虚拟仿真实验可以解决电子信息类专业学生实验开展的以下难题：一是像智能变电站等大型应用系统不允许学生修改参数配置，即想做不能做的问题[2];二是解决实验仪器价格普遍昂贵，且与之相配套的软硬件设施有待进一步完善，教学实验场地不足，学生不能亲自操作等问题，即只能看不能做的问题[3];三是解决大型、复杂设备的实验成本高昂，实验室场地占用面积大，实验教学过程的可观测性不强，即能做不易做的问题[4]。

1虚拟仿真实验教学现状

虚拟仿真实验教学是建设高等教育信息化的重要手段。教育信息化是新时代教育改革发展的先决条件，也是教育现代化的必由之路。教育部最早于2013年3月颁布的《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》从顶层设计层面和宏观战略的高度提出如何建立具有中国特色的教育信息化体系，如何建设大众可享有的信息化学习环境，并阐述了建设的中长期目标、任务和措施，构建了基础教育、职业教育、高等教育、继续教育和教育管理信息化发展水平框架[5]。

虚拟仿真实验教学是推动实验教学示范中心的建设和发展的重要手段。实验教学示范中心建设的目的是提高人才培养质量，同时，在融合教学资源、协同教学科研、促进校企联合培养人才等方面发挥了重要作用，在推进高校实验室建设和实验教学改革与创新方面也扮演了非常重要的角色[6]。

当前的教育教学正在由原来的单一理论课程教学形态向理论与实践教学相结合转变。为克服网络教育和在线课程缺乏实践环节、学生不能做实验的弊端，很多国内外大学在一些在线网络课程中增加虚拟仿真实验实践教学内容，并且可以进行远程交互协同实验，部分已被纳入“慕课”（MOOCs）在线学习平台[7]。各高校高度重视，纷纷投入到虚拟仿真实验室的建设中，使任何人都能够免费从网络上获取[8]。虚拟仿真实验已经越来越受到世界的认可，国内外的各大高校、科研院所，甚至政府机构对虚拟仿真实验的建设给予高度重视。

2 虚拟仿真实验教学资源的构建

怀化学院电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心始建于2012年。2013年开始与北京润尼尔公司合作，经过近几年的建设，已经初步完成了近10门基础课程的虚拟仿真实验项目，为我校3个学院10个专业的学生提供了基础实验的仿真教学任务。通过虚拟仿真实验的教学模式，解决了我校东西校区学生来回跑的上课难题，也解决了现代远程教育中始终困扰的实验教学难题。为了切合我校应用型人才培养的总方针，培养更具竞争力的电子信息类工科专业学生，进一步拓展虚拟仿真实验教学范围，又建立电气工程及其自动化、北斗导航仿真等虚拟仿真实验项目库。目前，已经建成的电子信息类虚拟仿真实验教学中心包含电工电子类、光电信息类等6类虚拟实验，其资源结构如图1所示。

自中心成立以来，在我院领导的带领下，积极开展校企深度合作，先后引进了中软国际、北京千锋、长沙达内、北京润尼尔、大唐移动、中国电科院研究所、卫星导航仿真与测试开放实验室等多家企业合作办学，建设电工电子类虚拟仿真实验分室、信息与通信工程类虚拟仿真实验分室、光电信息工程类虚拟仿真实验分室、电气工程及其自动化类虚拟仿真实验分室、北斗卫星导航类虚拟仿真实验分室，以及工程综合实训虚拟仿真实验分室。现有的开放式网上虚拟实验教学系统开放了包括了电路分析基础、模拟电路、数字电路、信号与系统、通信原理、计算机网络、Java程序设计、单片机原理与接口技术、电力系统分析、智能变电站原理与技术、智能变电站工程与应用技术等17门虚拟仿真实验课程，实验项目共102项。中心面向电子信息科学与技术、通信工程、广播电视工程、光信息科学与技术等4个专业学生开放，年均完成的实验实训课时数达54350以上，为我校应用型人才培养提供一个良好的平台。

3 校企“双主体”合作共建

近年来，电气与信息工程学院为促进电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心快速发展，充分发挥校企“双主体”的主观能动性和深度合作，先后与大唐移动通信设备有限公司、长沙北斗产业安全技术研究院、达内时代科技集团有限公司、北京渥瑞达科技发展有限公司、中鑫创投（北京）教育科技有限公司、上海音达科技集团、中软国际有限公司、北京尚观科技有限公司、北京千峰互聯科技有限公司、北京凌阳爱普科技有限公司、深圳信盈达科技有限公司、广州粤嵌通信科技股份有限公司、北京华清远见科技发展有限公司等21家企业签订校企合作协议，共建校内实习基地共7个，具体见表1。

4虚拟仿真实验教学的建设效果

自电子信息与通信工程虚拟仿真实验教学中心成立以来，在教学与科研方面取得了丰硕的成果。

（1）教学成果

建立健全《电路分析基础》《模拟电子技术》《数字电子技术》《单片机与接口技术》等电子电工基础类虚拟仿真实验项目库;建立健全《北斗卫星导航虚拟仿真实验》、《电气工程及其自动化》等专业实践类的虚拟仿真实验项目库;构建一套可行的虚拟仿真实验教学与管理体系;拓展我校学生在电工电子类基础实验虚拟仿真项目上的受益面，为我校电气与信息工程学院、计算机工程学院、化工学院的学生开展虚拟仿真实验提供平台，每年受益人数达1200人以上;在专业课程实验仿真方面，每年受益人数达350人以上;在北斗导航、电气工程及其自动化等方向的虚拟仿真实验项目等专业方向，每年受益人数达200人以上;在专业技能比赛方面，为电子设计大赛、创新创业实验项目、挑战杯、大唐移动通信等提供仿真实验平台，每年受益人数达120人以上。