电子信息类虚拟仿真实验中心建设研究

方振国，李　峥，李素文，陈得宝，杨一军（淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北235000）



电子信息类虚拟仿真实验中心建设研究

方振国，李峥，李素文，陈得宝，杨一军
（淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北235000）

摘要：针对我校电子信息类专业的快速发展与实验室建设相对滞后带来的一些问题，调研国内高校工科专业实验室改革创新的最新进展，整理分析我校电子专业近年来的教学改革成果，提出以电工电子实验中心及CDIO工程教育中心为基础，构建专业虚拟仿真中心的构想.虚拟中心的建设拟将网络技术、多媒体技术、虚拟仿真技术融合，建立远程开放、资源共享的实验平台，“虚”与“实”结合，打破传统实验受时间、空间、设备的限制，完善实验教学方式及教学手段，解决实验教学资源紧张的难题.

关键词：虚拟仿真；实验教学中心；资源共享

0　引言

近年来，在国家信息化发展战略指导下，智能信息处理技术得到快速的发展，各类专业虚拟仿真软件不断的涌现及完善，为将传统硬件实验移植到虚拟网络平台中奠定良好的基础，同时，国家教育部也于2013年8月下发了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》［1-3］，由此，如何合理地将虚拟技术、网络技术、实验室硬件资源统筹融合，结合高校的区域特色、专业特色，建设软、硬件互补的开放式专业虚拟实验平台成为各大高校实验室建设的热点内容［4-6］.淮北师范大学作为皖北地区唯一的一所综合性大学，其电子信息专业肩负着培养卓越电子工程人才，振兴发展皖北地区电子产业的重要任务.电子信息专业作为一门应用背景强的工程类学科，其人才的培养和发展与实践环节息息相关，科学合理的实践是将抽象复杂的理论知识与工程应用结合的唯一有效手段，因此，借助最新的虚拟仿真技术，全面改革传统的实验教学模式与教学手段，构建虚、实结合的实验教学体系，成为近年来物电学院电子信息类专业深化实验教学改革建设的重点.

1　建设背景

物电学院电子信息系于2013年获批“省级电工电子实验实训示范中心”，2014年获批“省级电路与电子技术虚拟仿真实验教学中心”，并在2014年编写出版普通高校“十二五”规划教材《电子信息类专业实验教程》，新编教材将虚拟仿真技术与硬件实验相结合［7］，改编电路分析、微机原理、通信原理等18门专业课程的105个实验项目，并为所有硬件实验项目都配套虚拟仿真实验，为构建全面开放的虚拟仿真实验教学中心奠定良好的基础.近年来，电子相关企业发展迅速，人才需求迅速增加，电子信息类专业的招生规模也逐步扩大，2013年招收280人，2014年招收360人，再加上信息学院电子专业的学生，电子专业在校学生总规模接近2 500人，现有实验室的规模及仪器设备套数已不能完全满足人才培养的需求，给传统的实践教学方式与教学手段带来巨大的压力，主要体现在以下几个方面：

（1）学生数量众多，实验场所紧张，硬件实验设备短缺，且部分仪器设备易损坏，难维护，更新慢.

（2）传统实验大多数以验证性为主，实验内容单一，学生无需思考，按部就班地按照实验步骤就可以做完实验，缺乏设计性和创新能力的培养.

（3）实验预习效果差，没有有效的预习结果评价考核手段，学生实验预习容易走过场，难以保证高质量地完成硬件实验.

（4）受实验室资源限制，学生硬件实验安排集中，几乎周六、周日全天实验，学生感觉疲惫，限制发挥空间，难以达到预期的实验要求与效果.

（5）学生层次不一，设计性和创新性实验难以开展，缺少有效的分层次培养运行机制及管理平台.

针对这些实践教学中存在的问题，笔者认为，只有依托物电学院现有硬件资源平台，充分利用互联网技术及虚拟技术，在固定时间、固定地点进行固定实验内容的教学方式，建设开放、互动、共享的虚拟仿真实验教学中心，培养学生的独立构思和设计能力，激发学生学习的兴趣，才能卓有成效地解决上述矛盾，提高学生的创新实践能力，推动电子信息专业的全面发展.

2　虚拟仿真实验中心的建设方式

虚拟仿真实验中心应首先建设网络管理和共享平台，平台应包括虚拟实验中心门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的智能指导、实验结果的自动批改、实验成绩统计查询、数字化资源管理、师生互动交流和系统管理等子系统，为虚拟仿真实验的网络运行奠定良好的运行基础.接着在网络平台的基础上进行虚拟仿真实验教学资源平台的建设，资源平台的建设主要有两种方式：（1）全自主研发，即自主研发虚拟软件，依据自身专业特色开发虚拟的实验器材、实验设备、实验环境及实验内容，实现软件、硬件、理论的无缝接轨.（2）半自主研发，即放弃研发虚拟软件，根据需要购买专业的仿真工具，资源建设的重心放在传统实验内容的更新，现代实验内容的研发上，可实现传统理论与现代电子技术的快速结合.由于电子信息专业涉及的课程众多，课程之间既有联系又相互独立，很难自主研发一个涵盖所有课程的虚拟软件，且自主研发建设周期长，耗费人力、财力资源众多，暂时解决不了目前的难题.所以应采用半自主研发的方式，合理的引入Proteus、Matlab、Multisim、Labview、Systemviw等主流的专业虚拟软件，节省软件开发的成本及时间，将建设重点放在教学内容的更新与完善上，大幅度的增加设计性、创新性实验，将实验内容与最新的电子技术结合，开阔学生眼界，提高学生的学习自主性.最后在专业课程虚拟仿真平台的基础上，打造科学创新虚拟实验平台，将物理学、材料学等相关内容纳入平台，与CDIO工程教育中心结合，完成虚拟仿真与实践创新的结合，为教师提供专业的科研平台，为培养优秀学生成为卓越工程师提供保障.

3　虚拟实验中心建设的内容和取得的成效

虚拟仿真中心预计建设周期为3年，2015-2016年制定虚拟实验中心网络平台的建设内容及实施细则，组织展开相关的调研及研讨；2016-2017年进行专业基础课程虚拟实验平台的建设，完善指导教师的培养及相关虚拟实验项目的开发；2017-2018年进行综合创新虚拟实验平台的建设，将物理和材料科学等相关的课程纳入中心，完成一个功能强、应用范围广的新型实验中心.预期网络平台建成后将逐步把所有电子信息类课程纳入虚拟中心，包括电路分析、数字电路、线性电子线路、微机原理、通信原理、程控交换、图像处理等约40门课程，同时将新增科学创新类、工程教育类实验4门，将设计性、创新性实验的比例将提升至70%以上，拓宽学生专业知识能力，为全面提高学生综合素质提供机会与平台.同时将改革原来单纯的3学时硬件实验教学模式，转变为“虚拟2学时”+“硬件1学时”的方式，彻底打破时间及空间的限制，学生在虚拟平台中自主安排时间完成实验原理及实验方法的学习与考核，考核达标后进入实验室进行1学时的硬件实验，将硬件实验室的综合利用率直接提升3倍，达到在不改变现有实验室规模及设备的情况下，有效解决缓解实验资源紧缺的问题，年均直接受益人时数近150 000（人/学时）.虚拟仿真实验中心建成后将可以通过专业的设备及软件平台将创新理念、创新思想、创新设计、项目开发单独呈现或进行有机组合，为培训学生提供各种可能的复杂情况，接近现实，提高学生的应变能力，并可以依据学生的个性及能力，对应性的开展个别化的教育培训，既实现大多数学生的普及培养，又完成拔尖人才的个性化培养.

4　结束语

虚拟仿真中心的建设是高校近年来实验室建设的核心发展目标，探索研究以虚为主，以实为主，虚实结合的新型实验教学体系有利于解决传统实验体系中存在的一些问题，对于深化高校实验室改革，将经典理论知识与现代科学技术快速结合有着重要的意义.本文研究我校电子信息类专业近年来实验室教学改革方面的成果，分析目前实验教学中存在的一些问题，提出以电工电子实验中心及CDIO工程教育中心为基础，结合近年来实验室改革的成果，建设电子信息类虚拟实验仿真中心的思路，以期解决电子学科的快速发展与实验室资源缺乏的难题，全面提高学生的实践能力、创新能力及工程应用能力，为电子专业的持续发展奠定良好的基础.

参考文献：

［1］李亮亮，赵玉珍，李正操，等.材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建设［J］.实验技术与管理，2014，31（2）：5-8.

［2］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.

［3］黄坪，李红松，潘克俭，等.基于MOOC的医学虚拟仿真实验室建设探讨［J］.实验技术与管理，2014，31（12）：103-106.

［4］王晓迪.虚拟仿真实验教学中心建设中八项关系的理解与探讨［J］.实验技术与管理，2014，31（8）：9-11.

［5］潘雪涛，邬华芝，蔡建文，等.创新虚拟实验教学模式培养自主学习能力［J］.实验室研究与探索，2014，33（11）：72-76.

［6］胡今鸿，李鸿飞，黄涛.高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究［J］.实验室研究与探索，2015，34（2）：140-144.

［7］杨一军，陈得宝，方振国，等.电子信息类专业综合改革下的实践教学模式构建，实施与仿真研究［J］.淮北师范大学学报（自然科学版），2015，36（1）：87-89.

Research on Construction of Experimental Teaching Center of Virtual Simulation for Electronic Information-Major

FANG Zhenguo，LI Zheng，LI Suwen，CHEN Debao，YANG Yijun
（School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Abstract：Aimed at the rapid development of Electronic Information Specialty in our school and solving some problems of lagging laboratory construction，the lastest progresses of innovation reform in domestic university laboratory for the engineering specialty are investigated.By analyzing the recent educational reform achieve⁃ments of electronic major in our school，Building a professional virtual simulation center which is based on the electrical and electronic experimental center and CDIO engineering educated is proposed.The virtual cen⁃ter is the fusion of network technology，multimedia technology and virtual simulation technology，and it will establish an experimental platform for long distance opening and resources sharing.By integrating of“virtual”and“real”，the virtual center will break through the traditional experiment limited by time，space，equipment，improve the experiment teaching methods and teaching means，and solve the problem of teaching experiment resources shortage.

Key words：virtual simulations；experimental teaching center；resource sharing

作者简介：方振国（1976-），男，安徽淮北人，副教授，研究方向：电子信息类专业教学研究.

基金项目：安徽省质量工程项目：电子信息工程特色专业（2015tszy014）；教学研究项目（2015jyxm163）；电路与电子技术虚拟仿真实验教学中心（2014xnzx009）；重大教学研究项目（2014zdjy060）；淮北师范大学教学研究重点项目（12200088，jy14120）

收稿日期：2015-05-22

中图分类号：G 482

文献标识码：C

文章编号：2095-0691（2016）01-0094-03