高校虛擬仿真實驗室建設與創(chuàng)新

摘 要：本文介紹了虛擬仿真實驗教學，并對其典型應用加以探討，肯定了這類實驗的優(yōu)勢，以期進一步推動高校實驗教學的改革與創(chuàng)新。

關鍵詞：虛擬仿真；實驗教學；實驗室

一、虛擬仿真實驗室的定義與發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬仿真實驗室是高科技與教育事業(yè)相結合的產(chǎn)物，在計算機系統(tǒng)中把實驗環(huán)境展現(xiàn)出來，采用的是各種不同的虛擬仿真技術，真實度較高。在很多世界知名大學里，各種形式的虛擬仿真實驗室被開發(fā)出來，其應用范圍不僅僅局限于科研和教學，還包括商業(yè)決策。值得一提的是虛擬仿真實驗室功能不斷增強，原來單純的設備資源遠程共享被拓展，向網(wǎng)絡協(xié)作平臺的方向發(fā)展，該平臺的基礎是虛擬資源，是在場景和模型的基礎上建立的。我校認識到虛擬仿真實驗室的重要性，在本省率先建立了省級虛擬仿真實驗中心，對全校實驗課程進行全面管理，并在虛擬仿真實驗室建設中加大投入。但是從學校對虛假仿真實驗室的使用情況來看，仍然存在很多問題，這對虛擬仿真實驗室的正常運作不利，且實驗教學的效果也受到一定的影響。

二、實驗教學中存在的問題及解決措施

1. 要擺脫傳統(tǒng)實驗室教學模式的束縛

傳統(tǒng)實驗室在教學中發(fā)揮了較大的作用，很多教師仍然沿襲傳統(tǒng)的教學模式，習慣在真實的實驗室講授知識，進行實驗操作。即使已經(jīng)建立了虛擬平臺，但仍然沒有得到充分利用，部分人員甚至認為虛擬實驗是華而不實的。在這種情況下，教師需要轉變思想認識，接受虛擬仿真實驗室，并對實驗模式形成正確的認知，使“虛擬”和“傳統(tǒng)”經(jīng)過整合后能夠更好地為教學服務。

2. 要加強實驗教學的管理服務功能

一直以來，教師對實驗過程比較關注，對實驗結果也比較重視。顯然這是不夠的，數(shù)據(jù)分析也是重要環(huán)節(jié)，另外編制實驗報告、進行討論交流也是非常關鍵的，而且實驗過程中的協(xié)作服務問題也要引起足夠的重視。由此可知，實驗的所有環(huán)節(jié)都要相互配合，這樣才能獲得更好的實驗效果。

3. 軟件開發(fā)與維護由于復雜程度較高而成為重點問題

從實驗教學的情況來看，有形資產(chǎn)的投入是有目共睹的，屬于顯性投入，能夠引起廣泛的關注。但是人才和管理等無形資產(chǎn)即使投入較大，從表面上看也并無太大的差異，屬于隱性投入，往往被忽略。實驗平臺軟件的構建需要人力、物力和財力的投入，但是卻未必與本校的情況相適應，在滿足學生需求方面也達不到預期目標。另外，學校自身科研能力也對實驗平臺的運行產(chǎn)生較大的影響，加之實驗室綜合水平等因素對平臺的應用和運行也有制約作用。

三、虛擬仿真實驗室的建設與實驗教學改革

1. 虛擬仿真實驗室對實驗教學的影響

虛擬仿真實驗室是新興的高科技產(chǎn)物，很多方面是真實實驗室不可比擬的。這種優(yōu)勢在時間、空間、經(jīng)費投入方面顯得尤為突出，可以彌補真實實驗室的不足，有助于更好地進行實驗室管理，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）可以使教學資源得到更好的利用，發(fā)揮其開放性、共享性、先進性的優(yōu)勢。只要網(wǎng)絡用戶擁有權限，即可脫離時間和空間的制約，共享網(wǎng)站資源。把虛擬實驗室的功能充分發(fā)揮出來，還可以升級模擬資源的性能，提升服務功能。值得一提的是由于實驗室是虛擬的，不會產(chǎn)生儀器折舊等費用。

（2）學生的創(chuàng)新能力被挖掘出來。虛擬仿真實驗室使傳統(tǒng)教學模式發(fā)生變化，學生的靈活性、主動性被激發(fā)出來。在完成教學任務后，學生可以按自己的想法創(chuàng)新實驗內(nèi)容。而這個過程不會造成資源浪費，也不會出現(xiàn)安全問題，教師只需進行適當?shù)囊龑Ъ纯伞?/p>

（3）實驗室的效益得以保障，同時實驗項目的擴展性有待加強。虛擬狀態(tài)資源屬于高科技產(chǎn)物，沒有數(shù)量和品種的制約。有的實驗要使用大型設備或者所需時間較長，這就使得學生難以操作，虛擬仿真實驗可以解決這個問題。

2. 實驗教學改革

虛擬仿真實驗室方興未艾，正處于不斷建設和完善階段。為了取得更好的實驗效果，教師和學生對于這種模式的認可度越來越高，虛擬資源也得到了充分利用。在實驗教學改革過程中，教師可以根據(jù)自身教學特點，與預期的實驗效果相結合，促進實驗教學的發(fā)展。

（1）不同院系的課程安排不同，要從實際需求出發(fā)，建立虛擬仿真實驗室，同時還要構建科學合理的教學體系。以信息學院計算機基礎課為例，通過視頻方式把實驗的基本操作展現(xiàn)出來，更加直觀，更容易理解。但是對于復雜的課程來說，教師課前不僅需要建立虛擬實驗系統(tǒng)，還要把大型3D仿真模擬設備應用其中，在實際操作時要區(qū)別對待。

（2）虛擬教學方法和手段有待完善。利用虛擬仿真實驗室開展教學，要求教師做好布置工作，指導學生對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，編制實驗報告并上交，這些步驟亟待完善。只有做到整個實驗步驟無縫對接，才能滿足學生的需求，調(diào)動他們的學習積極性，虛擬實驗才能達到預期目標。

四、結語

虛擬仿真實驗室屬于高科技創(chuàng)新與教育結合后的產(chǎn)物，可以實現(xiàn)模擬資源性能升級，使服務功能更強大，而且不涉及儀器折舊等問題，彌補了實物實驗室的不足，使高校實驗教學方法和內(nèi)容得到優(yōu)化，有利于提高學生的實踐能力。