基于虚拟仿真实验室的创新性实验教学改革探索

武烨

摘 要：随着信息技术不断进步，近年来不断出现“大数据”“人工智能”等新的时代名词，信息技术在各领域的应用越来越深入，在教育方面也是如此。国内已经逐渐发展起虚拟仿真实验，被应用在各院校，对实验教学进行革新。本文结合创新人才的培养，对有关虚拟仿真实验室方面的建立以及教学改革要点进行研究，主要从4个方面对目前新的培养模式进行了分析，同时对实验平台的实际建设情况进行了介绍。希望通过本文对这种新型实验教学的研究，对国内教育事业的发展可以起到推动作用；同时相关的研究还处于起步阶段，也是进行理论上的补充，希望日后虚拟仿真实验可以发挥出更高的教育价值。

关键词：虚拟仿真 实验 教学

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（a）-0162-02

人才被称为是新时代最重要的资源，也是实现创新的根本条件，然而要想获得人才，只有通过教育来实现。在教学中要对学生的创新意识以及能力进行全面提升，这就要结合新的教学手段，融合最新的信息技术产品，这样学生可以对如今的科技发展情况有更加明确的认知。对实验教学的改革就是参考这样的思路。实验平台不断更新，实验条件不断改善，让教育质量得到了极大提升，同时也提升了教学效率。本文所研究的虚拟仿真平台就是基于这种背景出现，并满足了实际需求，对学生创新意识进行激发，并调动起学生对实验的参与性与学习动力，创新能力以及实践能力都可以得到良好的锻炼。而虚拟仿真平台之所以能够融入到实验教学中，就是为国内创新人才培养提供助力。

1 基于虚拟仿真实验室的创新性人才培养模式

1.1 高仿真度实验环境

以目前来看，学校或者是培训机构的实验室不会在硬件上像企业科研实验室一样随时保持更新，设备难免会落后，这种情况在以往是非常困扰教育工作者的。很多时候学校实验室对学生的培养无法与社会需求接轨[1]。但是虚拟仿真这样的概念已经融入到学校实验室中，这种技术与设备落后的局面就可以得到改善，这种新型实验室可以让学生对最新的科技以及市场产品有机会接触和了解，同时实验环境也得到了极大改善，此外就是实验内容比以往更加全面。毕竟很多院校中，专业人才的培养是为了满足实际生产人才需求，那么就要提升学生在生产实践方面的经验和能力，但是无法将实验训练直接转移到企业中，因为一线生产存在一定的危险性。借助虚拟设备营造出高仿真的实验条件，则是可以满足学校这样的需求，对学生进行接近真实环境的实践培训，无疑是对人才培养的强大助力。另外就是在新型实验室中，教师可以根据实际教学需求，编制需要的题目，针对模拟出的实验环节，让学生对真实生产或者服务环境加强了解，同时也能让学生对企业实际工作环境提前适应，需要的时候可以将以往的一些场景回放，这样可以对场景进行多层次分析，学生一方面可以得到接近实际生产的实验锻炼，另一方面安全性上不需要任何担心，虚拟平台上完全可以避免实际生产带来的危险性，让学生可以全身心投入到实验训练中，为未来真正进入岗位做准备。

1.2 实验教学模式创新

传统实验中往往研究的是验证性实验，与探究性实验不同，验证性实验就是对已经得知的结论进行验证，学生往往需要明确的就是相关的实验原理，然后尽可能保证实验成果。其实这种实验模式可以让学生的操作能力得到锻炼，也能对实验原理加强理解，但是在创新方面却是起不到任何作用，学生不需要负责实验的设计和创新，完全就是按照固定的流程，为了得到确定的结果。但是如今需要培养的正是创新能力以及创新思维，那么学生若是依旧接受以往的实验教学，是无法实现这样的目标的。

在虚拟实验室中，主要是情景再现，学生可以在创设的情景下对实验内容进行了解，然后对实验进行探究，这种方式的实验更生动，也不会出现意外事故，对以往的实验模式进行革新，同时提升教学质量及效率。对于如今创新人才培养的目标来说，这种模式的实验教学更加有效，同时可以让学生在实验中获得更好的体验。在虚拟环境下，学生在实验中不需要考虑意外情况，这在以往实验教学中是不可能实现的，同时提升了教学质量与效率，有助于培养出如今社会正需要的创新型人才。虚拟实验室中教学模式是多样的[2]。同时情景代入感非常强烈，学生可以在实验中自由发挥自己的想法，提升自身分析能力以及解决问题的能力，将知识灵活运用到实验训练中。网络化是有一个虚拟实验室的特点，可以为学生提供个性化的实验条件。

1.3 实际科学研究探索

虚拟实验室中进行实验教学，比较注重对学生创新力进行培养，那么就要让学生在实验教学中学会反思与总结，这种虚拟仿真的实验教学与训练，可以让学生对科学实验以及科学探究产生更强的兴趣。这可以鼓励学生参与到实际的科研工作中[3]。学生在虚拟平台上不仅能够对各类程序进行操作，掌握操作技巧以及实验设备的速度更快，将自身判断与情景融合在一起，可以迅速掌握学习要点。在科学研究中，学生会处于仿真的环境中，科学探究的过程虽然不同于真正的实验，但是更加接近实际。

1.4 精心设计研究项目

往往任何理论知識都是在实践中总结出来，也是为了在实践中应用，那么在实验教学中，也是体现了这样的理念，可以让学生对知识强化理解，也能对学生创新能力以及实践能力进行提升。但是很多时候，要想完成一项实验，需要的是足够的实验环境，这是需要资金来进行建设的，这种投入是不可逆的，并且具有高危性，这就可以通过虚拟环境对算法结果进行验证[4]。同时通过对实验条件的设定，可以将实验的顺序以及环节进行更改，这样实验教学更具有开放性，对创新意识的开发更加强力，同时学生也能够对自身实践能力进行提升，创新意识也会得到强化。

2 教学实验平台的建设

2.1 时间、空间、设备

首先为了让实验平台发挥出最大的价值，可以对全体学生开放，一些学习非常有益并且对相关学科有探究兴趣，也是可以开放实验室的。实验时间也需要进行延长，对于学生来说，可能需要在闲暇时间参与实验，那么对于在节假日期间使用实验室进行科学探究实验的学生，可以提出鼓励，将实验的时间进行延长。学校还需要建立门禁制度，这样是为了便于管理人员对教师以及学生进行授权，在实验室开放后，可以提升实验室使用的效率。教材中也会有一些实验任务，但是这些实验任务局限性非常高，很难将实验设备完全发挥出来，同时也需要将实验平台尽可能为更多学生开放，这样更多学生可以参与科学实验汇总，将新型实验室的作用发挥出来。开展实验需要注意创新性，将设备的价值也能够发挥出来。

2.2 实验内容

在实验教学中，可以对学生进行分层教学，这样可以根据学生所处层次开放实验室。第一个层次可以是低年级的一些学生，或者是见习管制员，主要实验内容就是了解基本的仪器设备，在实验前需要教师对学生进行考核，通过后才能使用实验设备。第二个层次则是验证性实验的教学与自己设计型实验教学。第二层也是基础实验层，主要是为一些刚刚拿到管制员资格的管制员或者中年级学生可以使用，实验内容可以进行精心设计，尽可能与教学内容一致，为更多学生提供实验教学，第三层次主要是进行创新型实验以及研究型实验。这一层次主要是为成熟管制员提供服务，在学生方面，主要是高年级学生，学生可以根据自身需求选择合适的实验内容。此外就是在实验中，要坚持以学生为主体，教师可以在实验中给予学生及时指导，让学生对实验的探究欲望被激起。主要是对学生的创新能力以及实践能力进行培养。第四层次是研究实验层，这一层所有学生都可以使用，可以根据学生自己需求，选择自己想要进行的实验项目，甚至可以获取资金方面的支持，教师也可以提供必要的帮助和引导。

3 结语

总之，虚拟仿真实验室是信息技术在教育领域应用的表现，将虚拟技术应用在实验教学中，这对国内教育来说是一次重大的突破。一直以来在创新人才方面，我国都是非常缺乏的，尤其是教育模式方面，应试教育下学生普遍缺乏创新能力，学校就需要让实验模式更加丰富，形式更加创新，鼓励学生自主进行实验探究，这样实验室的利用效率也得到了提升，同时教学资源方面的缺乏也得到了满足，毕竟是虚拟仿真的形式，不需要學生产生任何担心，促进了实验教学的效率与质量的提升。

参考文献

[1] 王娜，杨厂 ，马保成，等.非重点院校实验教学平台建设研究——以西安科技大学给排水科学与工程专业为例[J].新西部：理论版，2017（19）：42-43.

[2] 刘莉莉.应用技术型人才培养的虚拟实验室建设探析——以莆田学院新闻广告专业为例[J].莆田学院学报，2017，24（3）：88-92.

[3] 刘琼，张韦深，龙天澄，等.对虚拟仿真实验室建设的再认识——基于“第三届高等学校国家级实验教学示范中心建设研讨会暨虚拟仿真技术与教学资源建设论坛”[J].中国医学教育技术，2017，31（2）：162-165.

[4] 孙苗，兰晓红.虚拟现实技术在高校实验课堂教学中的应用研究——以重庆师范大学为例[J].物联网技术，2017，7（3）：117-120.