虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中成本優(yōu)勢(shì)的分析

【摘要】：與實(shí)物實(shí)驗(yàn)室教學(xué)比，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在成本控制方面耗費(fèi)極低，表現(xiàn)在直接成本和間接成本都具有相對(duì)優(yōu)優(yōu)勢(shì)。本文教學(xué)的實(shí)際方面詳細(xì)分析了其成本的優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題，得出了實(shí)驗(yàn)室走“虛實(shí)結(jié)合”的最優(yōu)化配置必由之路。

【關(guān)鍵詞】：虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué);成本優(yōu)勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，電子類仿真技術(shù)也不例外，它能夠帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。從許多著名高校的年報(bào)里可以找到相關(guān)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，能證明電子類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本僅是實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本的四分之一左右。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在直接成本和間接成本兩個(gè)方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

一、直接成本優(yōu)勢(shì)

（一）在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可節(jié)約大量電子儀器的購(gòu)買費(fèi)用

在電子類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中，電子儀器的購(gòu)買成本是相當(dāng)大的。以最常用的數(shù)字示波器為例，其價(jià)格通常在幾千元甚至數(shù)萬(wàn)元，大量采購(gòu)將是非常龐大的一筆開支。某些分析儀器的單價(jià)甚至可高達(dá)到上百萬(wàn)元，即便少量購(gòu)買，也不是每個(gè)高校所能輕松負(fù)擔(dān)的。

在建設(shè)電子實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程中，實(shí)物實(shí)驗(yàn)室和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室同時(shí)按需求建設(shè)將是節(jié)省購(gòu)置成本的方案。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的本質(zhì)就是利用計(jì)算機(jī)軟件模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理構(gòu)架虛擬的操作過(guò)程，得到模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由其本質(zhì)可以看出，建設(shè)電子類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室只需里在普通計(jì)算機(jī)教室里配置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件和電路箱，甚至某些電子類實(shí)驗(yàn)可以不用電路箱，只用軟件模擬即可。兩種實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本一比較，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室占有很大的優(yōu)勢(shì)。首先它大大減少了昂貴電子設(shè)備的購(gòu)買成本。大量昂貴儀器都由軟件和價(jià)格較為低廉的電路箱替代.而實(shí)驗(yàn)效果則是不打折扣。其次電子類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還可作為普通計(jì)算機(jī)教室使用，承擔(dān)普通計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)，分?jǐn)偭藢?shí)驗(yàn)室建設(shè)成本。

（二）在實(shí)驗(yàn)耗材方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可節(jié)約大量電子耗材的損耗

在實(shí)物實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)作過(guò)程中，將使用大量的實(shí)驗(yàn)耗材。各種接頭、插片、電路板、芯片和導(dǎo)線等常用耗材是每個(gè)電子類實(shí)驗(yàn)室的正常開支，這筆費(fèi)用長(zhǎng)期積累下來(lái)也是很可觀的。有時(shí)候?qū)W生自于操作失誤，可能會(huì)將電路板、芯片等意外損壞，造成額外的損耗。

使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在運(yùn)行中幾乎沒有實(shí)際的耗材消耗。電腦、軟件和電路箱是基本沒有可使用和添加的輔材的，也就不存在損耗的問(wèn)題。

二、間接成本優(yōu)勢(shì)

（一）在課程安排方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可節(jié)約緊張的教師師資

電子類實(shí)物操作實(shí)驗(yàn)課具有一定的時(shí)間不確定性。實(shí)物操作的過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)儀器過(guò)熱、連接線接觸不良、學(xué)生操作失誤和儀器故障等意外情況，導(dǎo)致課程進(jìn)行不順利，浪費(fèi)教師和學(xué)生的時(shí)間，有可能影響教師下一次教學(xué)課程的安排和實(shí)訓(xùn)。

使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)手段則可避免此情況的出現(xiàn)，使課程安排高效化。仿真軟件一旦調(diào)試正常，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，很少出現(xiàn)異常和意外情況。若是實(shí)驗(yàn)需使用電路箱，也是相對(duì)負(fù)荷較小，出現(xiàn)故障的幾率近遠(yuǎn)小于全體使用實(shí)物儀器。只要在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前充分調(diào)試設(shè)備，按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)的幾率是根大的，這樣可以節(jié)約緊張的教師師資。

（二）在實(shí)驗(yàn)儀器的使用方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可節(jié)約大量管理和維護(hù)費(fèi)用

在使用電子類實(shí)物實(shí)驗(yàn)儀器過(guò)程中，會(huì)有大量的管理和維護(hù)費(fèi)用，主要表現(xiàn)在高耗電量和高維修費(fèi)用。電子類實(shí)物實(shí)驗(yàn)儀器通常是高能耗的配置，比如強(qiáng)電電機(jī)、變壓器、電機(jī)拖動(dòng)等，即便是單獨(dú)看來(lái)能耗相對(duì)較低的示波器和信號(hào)發(fā)生器等設(shè)備，在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中積累下的能耗也是相當(dāng)可觀的。另一方面，實(shí)物儀器隨著時(shí)間地流逝，出現(xiàn)故障的幾率也隨之增加，維修費(fèi)用居高不下，人力成本也逐漸看漲。使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)儀器則可大大減少管理和維護(hù)費(fèi)用。首先，電腦和電路箱的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子設(shè)備的能耗。一臺(tái)電子類實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功率一般都是幾千瓦，而一臺(tái)電腦的功率約為200-3OO瓦。另一方面，沒有大量實(shí)物儀器的損耗，維修費(fèi)用也會(huì)大大降低，管理人員和維修人員的人力成本也能得到很大的節(jié)約。

（三）在環(huán)境維護(hù)方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可減少環(huán)境污染，節(jié)約整治環(huán)境的費(fèi)用

在實(shí)物實(shí)驗(yàn)室的使用過(guò)程中，無(wú)論是電力的損耗，還是噪音的產(chǎn)生，或是電磁的強(qiáng)力散播，都存在一個(gè)環(huán)境污染問(wèn)題。即使不單獨(dú)劃撥整個(gè)環(huán)境的費(fèi)用，也會(huì)給實(shí)驗(yàn)的師生和管理人員帶來(lái)環(huán)境污染的負(fù)面影響。使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)手段可盡量減少環(huán)境污染的負(fù)面影響。

前面淺談了仿真實(shí)驗(yàn)電力損耗相對(duì)大大減少的情況，而仿真實(shí)驗(yàn)儀器中沒有電機(jī)和其他可以發(fā)出巨大噪音的設(shè)備，噪音將得到最大的控制。至于電磁污染，它們所產(chǎn)生的碰場(chǎng)強(qiáng)度大小也大大小于實(shí)物儀器所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度.

（四）在實(shí)驗(yàn)安全方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可減少事故發(fā)生幾率，盡量避免事故成本

在實(shí)驗(yàn)安全方面，實(shí)際操作中可能出現(xiàn)操作失誤，更有甚者還可能引起短路等嚴(yán)重事故，既損壞了昂貴的儀器，又因電子類實(shí)驗(yàn)室配電電壓高而容易引起人員傷亡。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作過(guò)程就是軟件的模擬過(guò)程，操作者大意短路或者嚴(yán)重操作失誤也對(duì)電腦沒有物理影響，對(duì)電路箱的損壞也相當(dāng)小，人員傷亡的幾率極小，可減少事故發(fā)生幾率，避免事故成本的產(chǎn)生。

三、存在問(wèn)題

教學(xué)的過(guò)程是信息傳遞和技能的培訓(xùn)過(guò)程。但是直接使用實(shí)物設(shè)備只能保實(shí)驗(yàn)過(guò)程的完成，無(wú)法對(duì)學(xué)習(xí)中的更多問(wèn)題展示和設(shè)定，并不利用學(xué)生對(duì)問(wèn)題目的理解與消化。另外，實(shí)物設(shè)備的普通工作狀態(tài)與學(xué)生希望獲取的特定工作狀態(tài)也不相同。國(guó)外企業(yè)很注重在這個(gè)領(lǐng)域搶奪市場(chǎng)先機(jī)，使其產(chǎn)品在教學(xué)中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。而國(guó)內(nèi)企業(yè)還未仿制生產(chǎn)階段思想束縛，缺少企業(yè)責(zé)任感，使國(guó)產(chǎn)設(shè)備無(wú)法在教學(xué)中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，始終處于低端的角色。

虛擬仿真手段在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但這種手段并不能全部替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)手段。電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和處理突發(fā)事件的思考能力。使用仿真手段無(wú)法鍛煉學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中的動(dòng)手能力和應(yīng)變能力，因?yàn)榉抡娴倪^(guò)程中基本杜絕了種種意外和誤差的情況，這與現(xiàn)實(shí)情況并不完全一致。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，利用仿真實(shí)驗(yàn)的低成本和實(shí)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到最佳的優(yōu)化配置，值得在高校和職業(yè)院校中廣泛推廣。

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