論高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

徐志超++宋韌++曹瑜

【摘 要】高校建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的主要目的是提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，降低實(shí)驗(yàn)室維修和建設(shè)的費(fèi)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，推動教育體制的改革。高校建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室將會給高校帶來不可估量的價(jià)值，不僅有利于教學(xué)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升，在科研成果方面也有舉足輕重的作用，為教育改革指明了方向。

【Abstract】The main purpose of the construction of virtual laboratoryin university is to improve the students' practical ability，reduce laboratory maintenance and construction costs， stimulate students' interest in learning and promote the reform of education system. The construction of virtual laboratory in colleges and universities will bring immeasurable value to universities， it not only conducive to the realization of teaching quality to enhance the quality， but also plays an important role in scientific research， and points out the direction for educational reform.

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)室；教育改革；計(jì)算機(jī)

【Keywords】 virtual simulation； laboratory； educational reform； computer

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）10-0125-02

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的意義

高校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是高科技的利用，能夠彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)的不足，促進(jìn)教學(xué)水平的提升。因此，有效地將傳統(tǒng)教學(xué)和虛擬仿真技術(shù)結(jié)合在起來，為高校的教學(xué)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，對高校的教育事業(yè)發(fā)展有積極的推動作用。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在空間上和時(shí)間上的局限性，可以有效解決高校實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、設(shè)備、場地不足的問題，對于提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量、改革實(shí)踐教學(xué)模式具有重要的意義。

2 高校建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要內(nèi)容

在高校，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是指在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建出虛擬的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和虛擬的實(shí)驗(yàn)操作，根據(jù)這些虛擬的操作得出虛擬的結(jié)果，用這種虛擬的環(huán)境代理真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境。學(xué)生通過虛擬的實(shí)驗(yàn)操作了解到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生在上實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程時(shí)，有融入其中的感覺，達(dá)到真正實(shí)驗(yàn)操作的目的。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室采用虛擬仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型結(jié)合等技術(shù)創(chuàng)建了一個立體環(huán)境，構(gòu)造出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作。構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)手段主要有Java技術(shù)、ActiveX控件、VRML技術(shù)、X3D技術(shù)、ASP技術(shù)、Quiek Time VR技術(shù)、Flash技術(shù)、NET技術(shù)等。常用的軟件有：Lab View、Mat Lab、EDA、PSPICE、Quartus、Protel等，用這些軟件搭建平臺以實(shí)現(xiàn)對相關(guān)實(shí)驗(yàn)過程的仿真。[1]

高校的學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室上課時(shí)，可以讓學(xué)生感受到真實(shí)上課的儀器、設(shè)備、組件等等，確保學(xué)生能在這種虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行各種操作，達(dá)到熟悉操作過程的目的。這種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還可以根據(jù)學(xué)生所學(xué)的專業(yè)和學(xué)生的年級，調(diào)整參數(shù)，調(diào)整難易程度，以適合所有學(xué)生使用。

總之，虛擬實(shí)驗(yàn)室是由計(jì)算機(jī)生成的一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，創(chuàng)建出一個與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室功能相似、可視操作的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，具有對真實(shí)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬，并能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、處理以及共享等功能的仿真實(shí)驗(yàn)室。從教學(xué)角度看，采用虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生不必真正操作高危步驟；從研究角度看，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，虛擬仿真技術(shù)能夠提供給研究人員以更豐富的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，達(dá)到用現(xiàn)代教育技術(shù)傳授專業(yè)技能的目的。[2]如圖一所示，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)過程。

3 建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的價(jià)值

目前，我國的各大院校都存在實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足、設(shè)備缺乏、空間受限等問題，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中受到一定的限制，接觸不到更多的專業(yè)知識，達(dá)不到預(yù)期的成果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)，使得很多實(shí)驗(yàn)都能在計(jì)算機(jī)上操作，有效地降低了實(shí)驗(yàn)室的各種費(fèi)用，達(dá)到了預(yù)期的效果。

高校建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，在教學(xué)方面提高了質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)課程中，充分地利用了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，讓學(xué)生能夠認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果。實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)的操作演示，讓學(xué)生完全掌握實(shí)驗(yàn)的理論和目標(biāo)。這種虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)操作不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，挖掘了學(xué)生的潛能，也提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了教育體制的改革。

高校建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式。在高校，同學(xué)之間的合作是很多實(shí)驗(yàn)中非常重要的一個過程。因此，基于虛擬的實(shí)驗(yàn)原型的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，是實(shí)驗(yàn)中協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的一種重要思路。學(xué)生在虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)室上課時(shí)，不一定要來到實(shí)驗(yàn)室，只要有網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生可以在寢室、家里上實(shí)驗(yàn)課，也可以在共同的地方研究實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果，可共同操作實(shí)驗(yàn)步驟，最終達(dá)到完成實(shí)驗(yàn)的目的。

高校開展虛擬仿真技術(shù)的研究并將這種技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室，把多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式視頻數(shù)據(jù)管理運(yùn)用高等技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)的課堂，展現(xiàn)出與傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式無法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)過程。虛擬各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)環(huán)境，并將虛擬的操作結(jié)果展示出來，讓學(xué)生在實(shí)踐課堂中更直觀、生動地學(xué)習(xí)。讓學(xué)生有身臨其境的仿真效果，達(dá)到通俗易懂的學(xué)習(xí)目的。

高校建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還為遠(yuǎn)程教育事業(yè)的發(fā)展，提供了必要的條件。由于互聯(lián)網(wǎng)的加入，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室加強(qiáng)了學(xué)校之間、學(xué)科之間、教師之間以及學(xué)生之間的聯(lián)系與交流，使教學(xué)資源得到充分地共享，教與學(xué)變得更加開放和包容[3]。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)室將是未來實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要發(fā)展方向。

4 結(jié)語

隨著信息時(shí)代的到來，伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)將得到不斷完善和發(fā)展。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的優(yōu)勢是顯而易見的，在高校，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面發(fā)展的趨勢。在實(shí)踐教學(xué)中勢必會發(fā)揮越來越大的作用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】楊百龍，郭文普，徐東輝.虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].電子科，2012，25（9）：141-143.

【2】趙士濱.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入高校教學(xué)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電化教育研究，2001（2）：30-35.

【3】田婧，羅通，羅華鋒.新建本科院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015（6）：219-222.endprint