电子信息技术虚拟仿真实验教学平台的建设与实践

李梦然 韩继东

摘  要：目前，我国许多高校均开设了电子信息工程专业，该专业涵盖了丰富的知识，涉及到了计算机技术、信息通信和电子科学等诸多内容，属于应用型学科，对于实践性的要求较高，教学目的在于培养学生的实际操作能力，为社会提供高专业素养的人才。我国于2013年启动了虚拟仿真实验教学的建设工作，首次提出将虚拟仿真技术引入高校的实验教学中，虚拟仿真实验教学平台的建设和实践，是培养学生实践能力、创新能力和创造能力的重要途径之一。该文对电子信息技术虚拟仿真实验教学平台的建设和实践进行分析。

关键词：电子信息技术  虚拟仿真实验教学平台  教育教学  设计建设  实践

中图分类号：G434   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）06（c）-0028-02

近年来，大数据、云计算、3D打印、智能家居在各个领域均得到了广泛应用，加上仿真式、开放式、碎片化知识点的寓教于乐教学资源等新概念不断涌现，这些新媒体和新技术均丰富了信息的获取途径，同时改变了人们对传统教学理念和方式的理解，强调学生掌握实践的能力[1]。

1  虚拟仿真实验教学平台的建设思路

以往，高校电子信息工程专业的实践教学常常局限于课堂，受到了仪器设备的影响，加上对安全因素和地域因素的考虑，导致教学效率低下，不利于学生实践能力的培养。利用虚拟仿真技术搭建实验教学平台，可突破地域、设备和安全等因素的局限，拓展电子信息工程专业实验教学的模式与途径，有利于专业人才的培养。电子信息技术虚拟仿真实验教学平台的功能建设包括以下内容。

1.1 分层次的虚拟仿真实验教学

高校所开设的电子信息工程专业课程主要包括专业课、专业基础课和应用实践课3种类型，虚拟仿真实验平台则需覆盖课程教学的5个阶段，即器件与电路阶段、信号与处理阶段、传输与控制阶段、单元与系统阶段、设计与应用阶段，对应为：（1）采用ADS、Mulitisim和Pspice等软件，结合一系列的工具软件，如LabVIEW等，实现数字电路、集成電路基础、半导体物理与器件等实验设计。（2）应用工具软件，如DSP、Matlab、Verilog等，对信号进行采集、分析和处理。（3）应用Opnet、Simulink和GX Simulator等软件，实现通信传输和控制实验。（4）应用Quartus Ⅱ和Proteus等软件，实现集成系统设计和功能单元设计。（5）应用Padscad、Protel等布线软件，实现由设计转化为仿真[2]。以上5个阶段的实验教学，有助于将碎片化的专业知识进行整合和归纳，便于学生的学习和探究，帮助学生构建理论体系，进而提高学生的实践能力。

1.2 实践教学与科学研究的互动

在电子信息工程教学中，高校应积极探索实验教学与科学研究的结合路径，以实验教育促进科学研究的发展，同时以科学研究促进实践教学的提升。在电子信息技术虚拟仿真实验教学平台中，涵盖了诸多科研方法、案例和成果，学生在操作中可了解更多的专业知识，进而拓展知识面，增强实验教学的效果。让实验教学紧密跟踪学科的发展动向，构建出适应新技术、新媒体发展的实验教学体系，从而满足现代社会对于专业型人才的需求。

1.3 自制仪器、自编教材和实验内容的体系化建设

在电子信息技术虚拟仿真实验教学平台的功能建设中，还采取了自制仪器、自编教材和实验内容的体系化建设方法，利用先进的科学技术，采取多种实验手段，丰富实验教学内容和方式，鼓励教师依据学生实际情况，自行制作实验教学的仪器设备，自行编制实验教学的教材，实现实验内容、教材和仪器的配套，从而保证实验教学紧密结合新技术内容，跟随新技术的发展方向。

1.4 优质化的实验教学资源

将虚拟仿真技术融入电子信息专业的实验教学中，侧重于培养学生的创新能力、创造能力和创业能力。从解决实际问题的角度出发，要求虚拟仿真实验教学平台具备综合型实验项目，其中案例库项目就直接应用于实验教学。学生在实验项目的功能拓展基础上就可进行课外科研项目的申报，课外科研项目在经过持续优化后，就可进行产学合作孵化，成功培育和孵化的产学项目再经过提炼从而回馈至实验教学的案例库中[3]。电子信息技术虚拟仿真实验教学平台通过构建出虚实结合的动态教学体系，从而实现开放式、共享式的虚实结合教学模式。此外，还需加强与国内外电子信息企业的合作，共同建造实验室和实训基地，设计、研发和推广更具专业特色的虚拟仿真实验教学设备，持续更新实验教学的案例库，进而保证实验教学资源的优质化。

2  电子信息技术虚拟仿真实验教学平台的设计

以往，高校电子信息工程的传统实验教学模式难以实现学生设计能力、创新能力的培养，而电子信息技术虚拟仿真实验教学平台的建设与实践则可突破局限，给学生提供了一系列的实验项目。该教学平台通过应用多媒体技术、数据库技术、计算机仿真技术、虚拟现实技术和网络通信技术等，实现了线上线下、课内课外、校内校外及虚拟现实之间的结合，旨在将传统实验与虚拟仿真实验进行有效结合，进而推动实验教学方式的革新。

2.1 基本实验教学资源的虚拟仿真平台

该平台的实验内容包括系统设计、电子设计和工程应用3个部分，注重对学生基本技能的培养。其中系统设计包括程序设计仿真实验、系统集成虚拟设计、远程计算机控制技术仿真实验等，电子设计包括了模拟电力系统设计与仿真实验、集成电路设计与仿真实验、数字电路系统设计与仿真实验等，工程应用包括机器人虚拟现实仿真实验、运动控制应用仿真实验、流程工业虚拟现实仿真实验等。

2.2 科研成果转化资源的仿真平台

该平台由两部分组成：一是仿真环境下的虚拟现实平台，另一个是应用软件与云计算共享的实验平台，注重培养学生对新技术的应用能力。依据高校的电子信息工程学科，将科研资源与成果转化为实验教学资源，从而实现专业人才培养。

2.3 校企合作资源共享的虚拟仿真平台

该平台由3个部分组成：一是校企合作的信息化实验教学平台;二是物联网虚拟实验平台;三是大学生科技创新实验平台，注重培养学生的创新创造能力和工程应用能力。立足于实际问题结局的角度，采用工程仿真软件实现电路设计、调试和产学研项目开发等多种实验项目，遵循逐级深入原则，与该行业的实际应用紧密结合，进而满足社会对电子信息技术专业型人才的需求。利用校企合作资源共享的虚拟仿真平台，可拓展学生的视野，让学生在实验室进行实践操作，确保操作内容即为现实中的工作内容，从而实现仿真系统的组态调试。

3  结语

综上所述，高校需重视虚拟仿真实验教学，对其概念、方法和模式产生新的理解，坚持以学生为本，以培养学生的综合能力为最终目标，将实验教学与科学研究紧密结合，设计、建设虚实结合的实验教学平台，让学生在解答工程问题、自主创新设计方面得到有效的训练，不断提高学生的实践能力和创新能力，培养更多的专业型人才。

参考文献

[1] 赵新海.基于虚拟仿真技术的《电子标识技术与RFID》实验课程设置研究[J].科技视界，2019（32）：52-53.

[2] 刘萍萍，黄岚，赵宏伟.虚拟仪器技术在新工科虚拟仿真实验平台中的应用[J].计算机教育，2019（11）：126-129.

[3] 李正交，戴胜华，周兴，等.轨道交通通信与控制虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].实验技术与管理，2019，36（9）：186-190.