面向农业院校电子通信类专业的虚拟仿真平台建设

孙丰刚 兰鹏

摘要：电子信息类专业是农业院校在人才培养中的重要组成部分，实验教学对提升学生的动手实践及创新能力具有重要作用。针对现有实验教学方式中存在的问题，研究了基于计算机仿真技术和网络技术的虚拟仿真实验平台建设。该平台可为学生提供更加灵活的实验方式，可有效摆脱空间、时间等诸多限制，有助于加深学生对基础知识的理解，改善实验教学质量，提升学生的动手实践能力和创新能力。

关键词：农业院校；虚拟仿真平台；实验教学；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）43-0252-03

一、前言

近年以來，随着信息技术的不断发展，信息在社会生活中的作用日益明显，信息产业逐渐成为支撑经济社会发展的重要基础产业之一。2016年底由国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中明确指出，“信息革命进程持续快速演进，物联网、云计算、大数据、人工智能等技术广泛渗透于经济社会各个领域，信息经济繁荣程度成为国家实力的重要标志”。信息产业的飞速发展，急需大量相关人才，电子通信类专业的重要性已成为社会各界的共识。许多农业院校也相继设立了电子通信类专业，培养了大量的相关专业人才。

电子通信类专业是理论与实践紧密结合的专业。学生除了应掌握扎实的专业理论基础知识外，还应该具备良好的专业实践能力[1]。针对专业课程理论覆盖面广和和实践要求性强的特点，利用课程实验来加深学生对知识理论的学习和理解很有帮助。而传统实验教学方式则易受场地、设备及时间等多种因素限制，难以完全达到理想的实验效果[2]。借助于虚拟仿真实验教学资源平台建设，可有效弥补现有实验教学方式的不足，充分发挥虚拟仿真实验的优势，实现电子通信类专业实验教学的虚实结合的实验教学方式，促进实现学生的理论学习与动手实践的有机结合，提高学生在实践实验中发现、分析、解决问题的能力和实践创新能力，从而达到提升人才培养质量的目的[3][4]。

二、现有实验教学方式的不足

电子通信类专业作为兼顾理论与实践性的学科[5]，要求学生具有良好的工程实践背景，学生因此具有较强的动手实践意愿，这就决定了实验教学在人才培养中起着不可或缺的重要作用[6]。实验教学课程大多附属于理论课程，可有效加深对理论知识的学习和理解。然而，现有的实验教学方式却不能完全适应新形势下人才培养的需要，存在的问题主要有以下几点。

1.经费及场地等因素制约着设备选购、设备数量及设备的更新换代，导致实验内容更新不及时。在实验内容较为单一的情况下，限制了学生按照理论学习内容自主进行实验内容设计，无法使学生有效参与设计型及创新型实验，从而难以完全达到预期的教学目标。

2.学生普遍重视对理论知识的学习，而忽视动手实践能力的培养，动手能力普遍较为薄弱[7]。同时由于实验设备有限，导致许多实验往往需要两个或多个学生共用一台实验设备，减少了每名学生实际参与操作的时间，不能达到学生广泛参与的目的，从而进一步限制了动手实践能力的培养。

3.考核方式较为单一，评价指标不够明确。成绩评定过程中主要包括平时成绩和实验报告两部分。平时成绩考察出勤率、课前预习及课上表现情况。由于实验时间的限制，教师难以在短时间内准确掌握每个学生的情况，给出的成绩也难以完全准确的反映出学生的真实水平。

三、虚拟仿真平台建设

1.建设意义。利用虚拟仿真平台进行实验教学，可在一定程度上摆脱时间和地点的限制，学生通过平台所提供的虚拟元器件设计和调试不同的电路模型，并可结合自己的理论知识进行完善改进[8]。因此，虚拟仿真平台建设，为学生提供了更加丰富的实验教学内容，使学生更加有效的参与设计型及创新型实验，增强了学生动手实践能力，使学生理论学习与动手实践更加有效地结合，提高了学生的学习兴趣和积极性[9]。

2.建设要求。农业高校电子通信类专业的虚拟仿真平台建设，是对现有实验教学方式的一种有效补充，可为学生提供更加丰富和方便的学习资源。其总体要求为：（1）实验内容虚拟化：对实验所需元器件、实验电路设计、测试等不同环节进行虚拟化，给学生足够的自由度，满足不同水平学生的设计型及创新型实验的要求。（2）支持并发访问：允许多名学生同时在线对虚拟平台并发访问，以此减少实验设备投入及需求，保证每名学生充分的实验操作时间[10]。

（3）支持多种用户权限：管理员、教师和学生作为平台的使用者，应具备不同的使用权限。例如，教师使用者应具备的权限主要包括：平台访问、实验资源审核、实验资源发布、实验教学管理、实验过程指导、实验结果批改、实验报告管理、教学效果评估、互动交流等，如图1所示。学生使用者应具备的权限包括：平台访问、实验资源查阅、实验设计、实验调试、实验结果提交、实验报告提交及互动交流等，如图2所示。

3.建设思路。依托于计算机仿真技术与计算机网络技术[11]，开发具有实物虚拟、智能仿真、创新设计、指导灵活等一体化功能的虚拟实验仿真平台，可面向电子通信类专业学生开展虚拟仿真实验教学，因而具有良好的灵活性、经济型、自主性和交互性[12]。

虚拟实验仿真平台建设思路如图3所示。该平台共分为数据层、服务支撑层、仿真层和服务层四个层次，每层都会为其上层提供相应服务。每层的主要功能如下：（1）数据层：主要负责实验所需元器件、实验课程、基础实验、实验相关数据及不同权限的用户信息等数据的存储和管理。（2）服务支撑层：主要负责实验平台的运行、维护和管理，包括安全管理、数据管理、服务管理和域管理等。（3）仿真层：主要负责实验仪器及结果的可视化呈现、实验场景构建及元器件的装配，以及实验仿真调试等功能，为上层提供实验数据的标准化输出。（4）服务层：主要负责为虚拟仿真实验提供服务支持，包括教学管理、实验资源管理、实验结果批注、实验报告管理及互动交流等功能。

四、结语

虚拟仿真实验是可为学生提供更加灵活自主的实验方式，对提高学生学习兴趣，改善实验教学质量，具有积极的推动作用，是现有实验教学方式的一种有效补充。因此，虚拟仿真实验平台建设，可有效避免现有方式的不足，摆脱场所及时间等限制，给予学生更大的自由度，提升了学生的动手实践能力和创新能力。

参考文献：

[1]兰鹏，孙丰刚.通信工程专业校企合作培养模式探索[J].山东农业教育，2017，（3）：50-52.

[2]马勇，查国翔，王聪.电力电子教学虚拟仿真实验平台的搭建与研究[J].现代电子技术，2017，40（12）：63-65.

[3]武一，周亚同，张雯，等.通信工程虚拟仿真实验教学中心构建及管理[J].实验技术与管理，2017，34（5）：218-222.

[4]刘德君，段慧达，白晶，等.电气信息类大学生创新能力培养体系研究[J].实验技术与管理，2017，34（7）：15-16.

[5]李昌，万毅，阮秀凯.通信工程项目驱动型实践教学的探索[J].实验科学与技术，2017，15（2）：112-115.

[6]姜海波.虛拟仪器技术在高校教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010，（15）：53-54.

[7]朱敏，张际平，潘侃凯.虚拟仪器技术及其教学应用[J].中国电化教育，2006，（4）：96-98.

[8]王开宇，程春雨，金明录.远程虚拟仿真实验教学中心建设[J].实验技术与管理，2016，33（12）：242-245.

[9]李安，周南润，王玉皞.通信工程国家级特色专业虚拟实验室建设与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（1）：150-154.

[10]陈威兵，冯璐，刘光灿.支持在线虚拟仿真的通信工程专业实验室建设[J].实验技术与管理，2017，34（7）：106-109.

[11]刘亚丰，苏莉，吴元喜，等.虚拟仿真实验教案设计及实践[J].实验室研究与探索，2017，36（3）：185-188.

[12]李任增.通信学科虚拟仿真关键技术的研究与实现[D].北京邮电大学，2014.

Abstract：Electronic information and communication engineering play an important part in talents cultivation for agricultural universities，where experiments teaching is critical to improve the ability of hands-on practice and innovation.To address the problems for the existing experiment teaching modes，this paper investigates the construction of virtual experimental simulation platform，which is based on the computer simulation technology and network technology.The platform can provide more flexible experiment mode for students and avoid the limitations such as space，time and others.The application of the platform is helpful to deepen the understanding of theoretical knowledge，improve the quality of the experiment teaching，and enhance the ability of hands-on practice and innovation for students.

Key words：Agricultural universities；Virtual simulation platform；experimental teaching；Talents cultivation