U3D的虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景

李纲 赵永杰 侯贺佳 管淑慧 张梦如

摘 要 高校实验室的建设是关乎学校科技研发和创新力水平的重要工作，必须引起有关部门的重视，而在信息技术不断发展的前提下，许多学校已经借助有关技术完成了数字化校园的建设，在高校实验室的管理方面，依托现代的互联网技术可以有效提高实验室的管理水平。本文将以U3D虚拟实验室为主要研究对象，探究其在高校实验教学中的应用前景。

关键词 虚拟实验室 数字化技术 高校实验教学

中图分类号：G482文献标识码：A

1 U3D游戏软件虚拟电路实验室概述及开发意义

U3D，全称 Unity 3D，是由Unity Technologies開发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。

在高校教育改革不断深入的背景下，传统实验室教学不再适应于现代化实验教学中，各种问题与矛盾日益凸显，特别是学生群体对传统实验失去兴趣，迫切要求高校实验教学实现多元化和多样化，基于Unity 3D游戏开放软件的虚拟电路实验室，旨在提高学生实验兴趣，利用Unity 3D游戏开放软件的优势，实现寓教于乐，激发学生学习兴趣和主动性。

2 U3D游戏软件虚拟电路实验室的特点和优势

（1）交互性和自主性。虚拟实验室技术与传统的实验室有一个最大的不同，那就是动态、不固定，因为这种特质而使得虚拟实验室具备了交互性和自主性。交互性实质上就是互动性，能大大提高人机互动。此外，由于虚拟实验室的非固定性，因而又赋予了学生在实验过程中极大的自主性，利于激发学生创造活力和创新潜力。且U3D游戏软件的应用，可为学生创建优良的虚拟学习环境，在游戏中展开电路实验，可显著提高学生的实验积极性和实验热情。

（2）开放性特征。由于虚拟实验室采用的是数字模拟的方式，因此不容易受时间、空间等条件的限制。虚拟实验室中的虚拟设备、仿真安装包等资源都可以被外界平等地使用，从这一角度来说，虚拟实验室向外界的开放程度是较高的，实验者也可以根据自己的需要在U3D虚拟实验室中任意添加自己需要的“工具”，通过U3D技术和计算机、互联网等相互衔接，有效拓展了学生实验空间，便于学生获取资源，以软件游戏的形式锻炼电路设计和电路实践能力。

（3）高效性与共享性。由于U3D虚拟实验室完全借助于先进的数字科技，因而会赋予操作者一个更为广阔的时空观，更加不受客观条件限制，提升了实验的效率。此外，由于网络平台的共享性，各类实验所需的资源都能在第一时间汇聚在一起，也在另一个角度加快了实验的进度，游戏形式可以便于学生进行多次操作，在虚拟实验室中展开实验，能够提高学生实验信心，也便于教师掌握学生实验进展和技能培训，教师可以采用U3D游戏软件的形式，将实验过程以动画和游戏形式展现给学生，有效提高实验效率。

3高校U3D游戏软件虚拟电路实验室的应用前景

3.1开发相应的应用程序

U3D游戏软件可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windows phone 8和Android平台。也可以利用Unity web player插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览，其应用前景、开发空间可以说是非常巨大的。随着智能手机、平板电脑等现代化设备的普及，移动学习方式又成了新的热门学习方式，对当下乃至未来的教育行业都会产生深远影响。移动学习的方式，为学生提供了更丰富的学习资源，更广阔的学习空间，以及更机动灵活的学习方式。因此，借助U3D设计软件虚拟电路实验室以及实验应用程序，便于学生以移动学习方式展开实验学习，实时查看实验进度、随机进行模拟练习并在线上与同学展开交流与讨论，不受场地、时间的限制，促进高校实验教学方式革新。

3.2建立新型实验场所

与高校传统的实验教学不同，U3D游戏软件虚拟电路实验室，运用高新技术，能够让每位学生尽可能地接受到最先进的技术，最时新的科学知识，从而营造一个良好的教学氛围。此外，通过让学生接触电学相关学科的知识，还能够培养学生触类旁通的发散性思维，开启智力，开发潜能。与以往的实验基地不同，虚拟实验室环境下的实验场所可以是“有质无形”的，也不必拘泥于现有的仪器设备，而是可以根据实验的需要而自行“生成”有关的设备，使之与教学内容相契合。还有一点，在这种新型实验场所中，教学资源能够得到最大程度的共享。

3.3挖掘实验教学的潜能

通过互联网技术，使用者可以在电脑上轻松浏览3D视图，并操作3D文件，这种先进的虚拟技术能够最大程度地减少实验室建设成本，减少不必要的器材、设备、工具花费，仅用一台电脑就可以完成几乎所有的实验操作，因此对于学生和教师来说都是极为便捷的一项技术。同时，由于U3D游戏软件对实验场景的模拟程度较高，结合了仿真、人工智能等先进技术，能够从声、画、情境等方面提供全方位的操作服务，学生们可以身临其境地感受实验过程，在逼真的场景中完成各项实践，从而就能提升学生的实际操作技能，助力高校的实验教学。

4结语

在信息化时代，构建数字化校园是大势所趋。在高校实验室管理系统构建的过程中，运用数字化手段，可以有效提高工作效率和管理水平，为实验室的发展提供更广阔的空间，为祖国的科研建设保驾护航。虽然目前在实验室现代化管理系统的建设过程中还存在许多问题，但总体来看，U3D虚拟实验室系统在高校实验教学中的应用前景依然是十分明朗的。

作者简介：李纲（1987.7-）男，汉族，河南新乡人，河南科技学院信息工程学院讲师，硕士研究生，研究方向：教育技术学。

参考文献

[1] 李晓辉，吴迪，郑抱冲.虚拟实验室在高校实验教学中的应用研究[J].内江科技，2011，32（12）：151.

[2] 彭慧.基于虚拟实验室的高校实验教学改革[J].赤峰学院学报（自然科学版），2016，32（06）：264-265.