虛擬實驗教學系統在《計算機組成原理》中的應用探討

張曉寧，許愛雪，李娜

（1.石家莊鐵路職業技術學院，河北石家莊，050041；2.石家莊鐵道大學四方學院,河北石家莊,050000）

0　引言

虛擬實驗教學系統教學現狀虛擬實驗教學系統為人們提供了一個理想的教學手段，目前在國內和國外已經逐步的應用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫學研究等方面。

美國是虛擬實驗教學系統的起源地，它是第一個把虛擬仿真技術應用在教育教學中的，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統的虛擬仿真教學儀器架構。在英國，研究出了虛擬仿真軟件包，并應用在教學儀器和工業安全培訓等方面[1]。

在中國，各個大學和研究機構也已經利用虛擬仿真技術建立虛擬場景進行相關領域的教學儀器與研究。例如，中國科技大學開發出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統----利用虛擬仿真技術進行實驗平臺的開發，系統將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結合，把物理教學儀器系統推進了新的領域；由北京郵電大學網絡教育技術研究所組織精英力量，經過多年研究，開發出了配套的可在校園網絡上開展的虛擬實驗系統[2]。

通過對國內、外的虛擬仿真教學系統相比較，我們發現：國外在線實驗比國內開發的時間早10年以上，而且器材豐富、功能也比較多；但同時國外軟件產品價格過高，而且技術難度上不也適合學生，更適合工程師使用。而北京郵電大學的虛擬仿真教學軟件很大程度上改善了這些不足之處，更加適合國內高等院校的實驗教學需求。

1　虛擬實驗教學系統應用于《計算機組成原理》的必要性

目前大多數學院開設的硬件課程——《計算機組成原理》教學中，理論課與實驗課是分離的，這就導致實驗技能訓練得不到及時的理論指導，而理論課也沒有結合實際。而且傳統的實驗手段對于進行設計性、綜合性試驗也有一定的難度。虛擬實驗教學系統是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的主要內容，它利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習[3]。這種教學方法生動形象，接近現實工作場景，有利于提高學生興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗在現實生活中進行操作的感覺，以達到更快掌握操作技能的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景，使學生掌握更多的操作技能。

虛擬實驗教學系統很容易與其他先進的教學方法相結合，因此在《計算機組成原理》課程的教學中，將虛擬仿真教學與其他教學方法相結合有助于提高課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地與設備的限制，掌握更多的技能，在課程的教學中具有重要的意義。

2　建立《計算機組成原理》的虛擬實驗系統

虛擬實驗教學系統由《計算機組成原理》課程實驗仿真平臺和虛擬實驗教學管理兩部分組成，仿真平臺采用虛擬機技術仿真實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環境；虛擬實驗教學管理系統提供全方位的虛擬實驗教學輔助功能，包括：實驗前的預習、實驗的開課管理、典型實驗庫的維護、實驗教學安排、實驗結果的批改、實驗成績統計查詢等功能,如圖1所示，為實驗教學環境提供服務并開展應用[4]。

在具體的實施過程中，根據獨立學院在專業教學中的實際情況，探索切實可行的虛擬教學方案。通過調研，在以下幾個方面做出具體研究：第一、科學分析學生特征及企業需求，進一步加強教學內容與教學方法的改革。課題組將采取問卷調查和訪談的方式對學生的學習特征與學習需求進行認真調查和分析，以便更加深入的了解學生的預備知識、年齡特征和學習需求。在組織教學內容時，結合獨立學院學生的學習特點以及本專業最新技術和企業真正需求，借助虛擬仿真技術，構建更加接近現實工作場景的教學情境。在課堂教學中，將各種先進的教學方法有機融合，提高課堂教學效果。第二、積極探索，構建虛擬仿真教學模式。

在課程改革過程中，需要專業課老師結合課程內容和目標，開發出適合課程內容的虛擬仿真教學環境。學生是課堂的主體，在教學過程中更應該考慮的學生的反應和需求，根據學生的反饋不斷改進教學方法。通過理論分析和實際的教學活動，探索出虛擬仿真實驗教學在專業課程中的最佳應用辦法[5]。第三、校企合作，共建更高水平的實驗、實訓基地虛擬仿真實驗教學具有較強的擴展性和較大的開放性，能夠提供靈活多樣的工作場景。

3　結語

本項目的研究成果將直接應用于獨立院校計算機組成原理的課程教學，并且可以推廣到電子類、計算機類的其他專業課程的教學中，使教學效果得到顯著改善。