基于模块化的虚拟仿真实验室建设

摘要：基于模块化实验室建设的思路，以虚拟仿真实验室总规划、模块化虚拟仿真实验室建设以及实验室运行与支撑平台这三个方面作为本篇文章切入虚拟仿真实验室建设的相关研究，以一些独特的模拟仿真实验教学中心和实验室作为参考，介绍该领域相关建设的指导思想。

关键词：模块化建设;虚拟仿真实验室;探讨

引言

虚拟仿真实验室，重在虚拟与仿真。学生在这种实验室进行操作，虽然没有实物的触觉和视觉体验，但显然这种实验室更加方便，也更加安全。当学生的操作出现失误，在传统的实验室中，危险与成本就会大幅度增加;可在这种实验室中，大部分操作是可逆的，极大地降低了实验的预算和成本，这就是虚拟实验室的优势所在。很显然，这种工具的出现会让实验在学生的学习过程中更加普及，也更加实用。

一、模拟仿真实验室总规划

（一）实验室建设目标

学院建立的实验室都是应用于专业学习和培训，所以浓厚专业特色的实验室建设目标的出现是一种必然。例如，山东建筑大学的建筑工程管理实验室，其建设目标就包括“突出数字化、网络化”等特色目标[1]。以方法、资源和应用作为建设中主要的三个内容，适当依靠专业团队、相关企业和科研院所的力量，准确指向建设目标。

（二）建设思路

在前人大量的实践结果和当代研究员艰苦的实践过程作用下，实验室建设的指导思想慢慢被总结成“总体规划，分步实施，持续发展”十二个字，且逐渐形成了“立足创新人才培养，面向产业现代化”的建设思路。

（三）虚拟仿真实验室优势

当今时代是互联网时代和计算机时代，虚拟仿真实验室的应用实际上是紧跟时代步伐的一种举措。作为一些传统的实验室中的操作，例如设定实验条件、选择实验器材等，这些繁琐的步骤呈现在虚拟实验室中，就会以一种数字化的形式表现出来，而学生们对于数字化的操作是敏感的。由于从小接触科技产品和数字产品，学生对这种学习模式的学习力也是非常之高，也容易接受。

二、基于模块化思想的建设方案

（一）基本架构

教学资源、共享平台、人员构成与管理体系是虚拟仿真实验室建设的四个重点。而综合管理平台、实验室运行管理体系、人才队伍与实验室资源等部分组成了模块化思想下的实验室基本构架。其中综合管理平台是以互联网功能为立足根基的，支持实验设计管理、在线自主学习实验与教学资源下载等網上功能。实验室人才队伍会由多学科多专业的教师组成，知识面广阔，不会局限于一隅，并引入一些企业和公司的经验丰富的工作人员和科研人员参与。实验室运行管理体系类似于一个公司内部的行为规范，每个员工的行为准则都有制度保障，一切事务就会在这些规范下有序进行。

（二）资源模块构成

虚拟仿真实验室资源由三个层次一层一层堆叠而出。这三个层次分别为仿真平台、仿真实验室和实验课程构架平台。模块化模式在这里被淋漓尽致地展现出来。

仿真平台是支持实验、教学与科研的综合平台，可以划分为BIM平台、智慧平台、虚拟仿真平台以及资源开发平台等。每一种平台都拥有自己的优势和独特功能，用于不同的教学和科研需求。仿真平台的建设是建立实验室的第一步，也是最重要的一步，是日后实验室分类的基石。也可以将创新思想带入仿真平台的构建，运用仿真技术，建立属于自己的仿真平台。

仿真平台建立后，就是仿真实验室的建立。内部机制为根据专业特色，平台会通过其他软硬件资源的配置来构成实验室。根据其用途可以分为教学型和科研型。教学型实验室一般会用在学生教学中，教师在这个平台为学生进行实验辅导;而科研型实验室在科学研究领域被经常使用。这种仿真实验室作为线上优质场所，经常作为大赛以及考试的平台[2]。

当前两者已经建立完善后，实验课程构架平台就会最终让这三者变成一个整体。专业教师可以根据学生和教学需求，在平台上构架蕴含教师独特思想的校本课程，完善实验教学体系，帮助学生拥有更好的学习体验。

三、实验室运行与管理支撑平台

实验室的支撑平台与实验室的运行效果是息息相关的。而要研究支撑平台，就避不开虚拟仿真共享平台、管理体系与人才团队这三个内容。

基于模块化模式，虚拟仿真中心门户网站在新闻传播、中心思想建设概论、内部管理体系、系统建设理念、中心团队及建队思想、校方与企方合作等领域具有重要作用，众多模块共同形成共享平台的门户网站，便于发布虚拟仿真实验室的相关信息和新闻通告。实验教学管理平台主要用于学生自主学习和学习成果考核，该系统通过对用户的分级管理，设置不同的系统角色，提高网络的安全性，降低了网站崩溃或被入侵的可能性。

虚拟仿真实验室的管理体系由组织保障、制度保障、管理规范与运行机制等模块构成。在多维度的保障模块下，其管理体系具备了全面性、安全性以及稳定性的特点，并在其独特的运行机制下运行，实现了可持续发展的科学实验室。

实验室人才团队会引入不同学科的人才，形成多维度的教学、科研和社会服务团队，实现团队的多功能发展。

四、结束语

本文总结了在模块化思想的基础上，虚拟仿真实验室的建设过程与应用过程。在这个过程中，研究员们会深刻地联系学科专业，在仿真平台、仿真实验室和实验课程等不同维度的模块上，进行实验室建设的拓展。在当今教育发展日新月异的时期，国家对教育的关注度和投入力度都与日俱增。随着数字技术的不断发展，虚拟仿真技术和基于模块化的虚拟仿真实验室运用一定会越来越深入，其发展与拓展的趋势也是必然。实验对于学生而言，本就是提升学生实践能力和思维能力的有力工具，虽然虚拟仿真实验室无法做到尽善尽美，但针对一些传统实验室难以展开的实验要求，其独特的优势为实验教育增添了全新的力量。

参考文献

[1]殷复鹏，邓晓红，张雷.基于模块化的虚拟仿真实验室建设[J].实验技术与管理，2020，v.37;No.286（06）：266-269.

[2]王郑库，李凤霞，徐家年，等.基于应用型人才培养的虚拟仿真实验平台建设与实践——以石油工程虚拟仿真实验室为例[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2020，000（003）：121-124.

作者姓名

钱栋，性别：男，汉，山东泰安，助理实验师，单位：泰山学院。