计算机虚拟仿真实验教学中心建设与实践

梁琨+谈姝辰+金海燕+段敬红

摘要：本文分析了计算机虚拟仿真实验教学中心在高校教学建设中的必要性，介绍了西安理工大学计算机虚拟仿真实验教学中心的建设情况——该校形成了具有专业特色、应用广泛的虚拟仿真实验教学平台，而且通过虚拟实验教学与传统教学的有效结合，提高了本科生的实践动手能力，培养了学生的创新意识。

关键词：虚拟仿真；计算机虚拟仿真实验教学中心；建设与实践

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0267-02

在国家信息化发展战略的指导下，教育信息化在教育教学领域和管理过程中的应用正在逐步深入，该应用有力地促进了教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容就是建立虚拟仿真实验教学中心。2013年，教育部开展了国家虚拟仿真实验教学中心的建设工作。虚拟仿真实验教学中心的建立是信息化技术与学科专业、实验教学改革以及实验教学示范中心建设发展深度融合的产物，它顺应了现代教育信息化的发展趋势和现实需要，对高等教育质量的提升和实验教学改革的深化，产生了积极而重要的影响。

一、计算机虚拟仿真实验教学中心建设必要性

国内高校的计算机专业本科生的理论基础知识相对比较扎实，但实践与创新能力与世界一流大学的计算机专业本科生之间有较大的差距。探索提升计算机实验教学的效果，提高本科生的实践动手能力，培养学生的创新意识，是高校计算机教师近几年不懈努力的方向。计算机虚拟仿真实验教学中心的建立的必要性：①它可以为提高学生对计算机实践课程的兴趣和动力提供有效途径。②它是培养学生自主构建计算机仿真模型体系的最佳机会，有利于夯实学生的专业基础，促进实践创新能力的发展。③它是拓宽实验教学的必经之路，可以促使高等教育的功能从“人才培养者”向“人才设计者”转变。综上所述，实验教学现已全面进入信息化时代，建立计算机虚拟仿真实验教学中心是实验教学改革发展的必然趋势。

二、西安理工大学计算机虚拟仿真实验教学中心建设的具体实施

西安理工大学计算机虚拟仿真实验教学中心（下面简称中心）是隶属于校、院两级管理的教学单位，它依托陕西省计算机实验教学中心以及网络计算与安全技术重点实验室平台建设，并由学校网络中心为其提供网络技术支持。中心主要针对计算机科学与技术、软件工程两个一级学科专业，以及其他学院计算机相关专业对于虚拟仿真实验教学的需求，利用计算机科学与工程学院雄厚的技术力量，围绕计算机实验教学的特点，开发虚拟仿真实验的硬件设备及软件系统，开展基于虚拟现实、数据仿真、网络攻防等技术的实验教学及科学研究工作。

1.计算机虚拟仿真实验教学中心的发展历程和建设概况：①1994年至2013年，中心整合、发展阶段；②2013年至2016年，计算机虚拟仿真教学示范中心建成、发展阶段。目前，中心总占地面积3000平方米，拥有16个实验室。面向全校开展计算机虚拟仿真实验教学，已建设30个虚拟仿真实验项目，实现了实验教学资源的共享，取得的教学成果良好。

2.计算机虚拟仿真实验教学建设。我院计算机虚拟仿真实验教学建设最重要的一部分，就是建设计算机虚拟仿真实验教学平台。计算机虚拟仿真实验教学平台是由平台加资源组合而成。该平台具有一个虚拟的实验中心门户网站，并建设了一个开放式的虚拟仿真实验教学管理和共享平台，然后再陆续把计算机类虚拟实验课程的资源放到该平台来进行管理。平台结合当前虚拟仿真技术的发展趋势，通过对关键技术的研究，建设了功能全面、技术先进、符合计算机学科特色的虚拟认知实验教学平台，它能够支持开放式的虚拟实验教学和实验教学资料的共享及互动。该计算机虚拟仿真实验教学平台分为三大部分，分别是计算机基础教学平台、计算机专业应用平台以及计算机综合创新平台。①计算机基础教学平台。该平台下设基础实验平台，该平台承担着全校计算机类基础实验课程，它面向全校本科生开放。在该平台上，部署了自主开发的《大学计算机基础》网络考试系统，并连续多年应用于本科学生的期末上机考试中，取得的效果良好。②计算机专业应用平台。该平台由网络安全实验平台、软件工程实验平台、物联网实验平台以及硬件实验平台组成，主要面向计算机学院本科生以及研究生，承担着计算机专业的专业实验课程，已应用于本科实践教学中，受到学生的好评。③计算机综合创新平台。该创新平台由云混合实验平台和多媒体与虚拟现实实验平台两部分组成。云混合平台是由IBM公司合作建立，选用惠普公司的桉树平台和谷歌的Spark云计算平台组成混合云基础运行平台。该混合平台可以进行大规模信息系统的发布以及并行大数据的处理。在该平台云端还部署了IBM公司的Rational系列产品，它覆盖了云服务的需求分析、概要设计、详细设计、代码编写、自动化测试、运营维护的全生命周期云服务开发工具。综合创新平台主要面向计算机学院研究生以及有能力的计算机学院本科生，已应用于科研及研究生和本科生的实践能力培养中，已开展了多项云端创新应用。目前，我院研究生与本科生已经在云服务创新平台上开发了电子商务销售平台、智能交通调度系统、星云软件自动化测试系统等多个云端创新应用。多媒体与虚拟现实实验平台是利用国家部分投资建立的一个基于高端PC图形工作站平台的高档VR实验平台，拥有三维数据扫描仪、数据头盔、力反馈器、数据手套、图形工作站、服务器、立体投影、数码相机、三维激光扫描仪、光学成像设备、无人机以及Kinect等实验设备及各种教学软件等组成。该实验平台可以进行三维数据的采集与建模、三维场景的漫游与呈现、模拟装配与操作等多媒体虚拟实验。除此之外，多媒体与虚拟现实实验室还具有一套动作捕捉实验系统。该系统可以实现人与虚拟环境及系统的交互，即可对目标上特定光点或标记点进行监视和跟踪。它能准确地跟踪测量参与者的动作，将这些动作实时检测出来，以便将这些数据反馈给显示和控制系统。通过虚拟现实技术建立具有沉浸感、真实感和互动性的三维立体环境，让学生在虚拟仿真环境中开展实验，这可以培养学生利用计算机采集、处理和使用多媒体资源的能力，极大地提高了学生的学习兴趣，达到了良好的教学效果。该实验平台为计算机图形图像类教学实验课提供了实验平台，其中涉及的课程主要有：计算机图形学、人机交互技术、数字图像处理等。

3.计算机虚拟仿真实验教学中心的特色与创新。计算机虚拟现实技术在现代计算机专业教育方面的广泛应用已经是一种必然趋势。计算机虚拟仿真实验教学中心的建立，培养了专业基础扎实、知识结构合理、掌握高科技知识的应用型技术人才。计算机虚拟仿真实验教学中心的特色：①整合各类资源，建立统一平台；②信息技术与计算机实验教学相融合；③科研转化为虚拟仿真实验；④校企合作，共同培养工程实践类人才。

计算机虚拟仿真实验教学中心建设是实验教学示范中心建设的重要内容，它既为实验室建设注入了新的活力，也为推进实验教学改革与创新增添了新的动力。西安理工大学计算机科学与工程学院实验中心，在近几年的建设中，努力整合资源，投入较为充足的人力、物力、财力，努力提高教师队伍应用计算机开展虚拟仿真教学的能力，建成计算机虚拟仿真实验教学平台，并将虚拟实验教学与传统教学有效结合，着力加强虚拟仿真实验教学在日常教学中的比例。它在学生创新实践成果、大学生设计竞赛、国家级教学奖励、国际合作交流等各个方面取得了较为显著的成绩。

参考文献：

[1]徐进.2013年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作小结及2014年申报建议[J].实验室研究与探索，2014，33（8）：1-6.

[2]崔媛，武艳君，孙萌萌，等.依托虚拟仿真实验教学中心，培养工程实践能力[J].实验科学与技术，2015，13（2）：142-144.

[3]孙曜，暨仲明.多模式开放型实验教学体系[J].实验室研究与探索，2010，29（1）：141-143.

[4]万桂怡，崔建军，张振果.高校虚拟实验平台的设计及实践[J].实验室研究与探索，2011，（3）：386-389.

Construction and Practice for the Experiment Teaching Centers of Computer Virtual Simulation

LIANG Kun，TAN Shu-chen，JIN Hai-yan，DUAN Jing-hong

（School of Computer Science and Engineering，Xi'an University of Technology，Xi'an，Shaanxi 710048，China）

Abstract：This paper is necessary to construct the experiment teaching centers of computer virtual simulation in the university teaching. This paper introduces the construction of the computer virtual simulation experiment teaching center of Xi'an University of technology. The virtual simulation experiment teaching platform，which has special characteristics and wide application，is formed. Through the effective combination of virtual experiment teaching and traditional teaching，it can improve the practical ability of undergraduates and cultivate students' innovative consciousness.

Key words：virtual simulation；the experiment teaching centers of computer virtual simulation；construction and practice