智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心建設的基本原則及內容

張 進， 陳 蘋， 凌 翔， 樊 華， 何 翔

(電子科技大學a.信息與通信工程學院;b.英才實驗學院;c.教務處;d.電子科學與工程學院，成都611731)

0 引言

實驗室是進行科學研究和實驗教學的重要陣地，在建設一流學科、一流大學和培養學生創新能力、實踐能力等方面發揮著重要作用。然而目前國內大多數高校的教學過程中，仍然存在著“重知識傳授，輕能力培養”“重理論、輕實踐”的現象，實驗教學在高校課程體系中一直處于從屬地位［1］。因此，對于“實驗室的重要性，再強調也不過分”［2］的認識還需進一步加強。

21世紀是信息化高速發展的時代，利用信息化提高我國教育質量已成為重要抓手，經過近年來的努力實踐，我國已建成一大批卓有成效的實驗教學示范中心、虛擬仿真實驗教學中心［3］。作為國家級實驗教學示范中心建設和發展的延續，虛擬仿真中心進一步完善了高校實驗教學體系，優化資源配置，促進資源整合共享。電子科技大學智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心以“信息與通信工程”“光學工程”兩個一級學科為支撐，依托國家實驗示范中心、國家和教育部重點實驗室成立。通過搭建虛擬仿真實驗教學平臺，中心將理論教學與實踐教學、真實實驗教學與虛擬仿真實驗教學有機結合，有效解決了我校實驗教學資源短缺與學生需求日益增長的矛盾，提高了人才培養質量［4］。

1 智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心建設的基本原則

(1)虛實結合［5］。傳統真實實驗教學與虛擬仿真實驗教學各有優點，學生對真實器件、真實設備、真實網絡的操作，可以獲得直觀的認知。而在此基礎上，實施虛擬仿真實驗教學，則對難以進行的極端、復雜、綜合實驗進行深入學習，有助于學生透徹地掌握相關知識。實驗教師將兩種教學方式有效結合，方能發揮出真正的教學水平。虛擬仿真實驗教學中心是實驗教學示范中心的重要組成部分，也是實驗教學示范中心建設的延伸，這將為實驗教學示范中心建設注入新的活力和新的內容［6］。

(2)科教融合。實驗室是發現知識和傳播知識的重要平臺，科研成果是發現知識的充分體現，實驗教學則扮演著傳播知識的角色。學院開展科研團隊“三個一工程”，促進科研成果轉化為優質實驗教學資源，實現科研與教學的互動和對接，積極開展基于科研項目的學習，有助于推動實驗教學內容和教學方法的改革，有針對性地培養學生科學研究、自主學習和創新性思維的學習能力［7］。與此同時，寓教于學，教師教學水平的提高也進一步促進了其科研能力的提升。

(3)開放共享性。“教育信息化十年發展規劃(2011—2020年)”［8］中明確了實施優質教育資源建設與共享是推進教育信息化的基礎工程和關鍵環節，通過加大公共資源平臺建設的力度，集中財力建設相對集中、資源共享的大型儀器設備中心，將促進不同學科、學校以及地區之間通用資源的共享，滿足科研與教學需要［9］。從時間、空間上加大智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心的開放力度，進一步營造了科技創新、實踐創業的良好氛圍。

(4)以人為本。學生作為高校的重要主體之一，教學應堅持以學生為中心的基本思想，持續培養學生解決復雜工程問題的能力、實踐創新能力等。以人為本不僅體現在學生層面，對于高校教師的管理、服務亦如此，為實驗室人員提供開展工作和可持續發展的必要條件［10］，充分調動積極性，可以有效提高教師的教學質量和水平。

2 智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心建設的主要內容

2.1 強化基礎設施建設

作為學校“通信與信息系統”國家級實驗教學示范中心的重要組成部分，通過依托相關資源，智慧物聯虛擬仿真實驗中心目前共有設備(實驗設備及網絡保障設備)近1 200臺(套)，儀器設備總值超過千萬元，同時作為教育網西南大區節點，學校的無線接入信號覆蓋整個校園區域。

經費投入是虛擬仿真實驗教學中心建設與運行的最基本保障。通過財政專項、國際合作、校企合作、校友捐贈以及行業共建等方式，中心經費得到多方支持，通過校企合作共建的實驗平臺有:無線識別感知、光電傳感與網絡仿真實驗平臺、泛在接入系統真實實驗平臺、無線傳輸系統仿真實驗平臺等。近年來，隨著學校加大對實驗室建設力度的傾斜，對中心的建設工作非常重視，無論是從實驗用房還是配套資金，都給予了強有力的支持和配套。為進一步提升虛擬仿真實驗中心的教學水平及軟硬件條件，并促進開放與共享，未來3年還將持續投入，包括支持新添設備購置、自主開發實驗課程、科技創新培訓、實驗中心教學改革等方面。

2.2 構建信息化教學平臺

21世紀是信息化時代，2012年我國頒布“教育信息化十年發展規劃(2011—2020年)”［8］，進一步落實了《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》［11］關于教育信息化的總體部署。規劃明確指出，高等教育信息化是促進高等教育改革創新和提高質量的有效途徑，是教育信息化發展的創新前沿。通過推進信息技術與高等教育深度融合，可以有效促進教育內容、教學手段和教學方法的現代化。在規劃指導下，實驗中心基于優質的校園網覆蓋，利用先進網絡和信息技術，構建了高效的教學信息化平臺。

在進行實驗教學任務時，任課老師和平臺負責管理老師于學期初商定開放時間，為任課班級集體申請整個實驗室在某個時段的使用權，開放時間根據課程要求決定。任課老師負責義務指導并督促學生在申請時間段內登錄遠程實驗臺進行實驗。如若學生在開放時間內沒有充分利用實驗臺，平臺負責管理的實驗室老師有權中止集體開放，并將時段分配給其他有需要的人使用。

為實現資源共享，中心在課程教學計劃外還面向全校相關專業的所有學生開放。參加科技競賽或創新基金的學生，在研究過程中需要使用仿真平臺的，均可登錄網站通過在線申請方式提交給實驗平臺管理人員。實驗平臺還可采取學生自由組合，以小組形式通過遠程實驗平臺申請實驗的運行方式。申請學生可以登錄本中心網站的遠程實驗申請模塊提交申請，由平臺負責管理的實驗老師審批后即可。申請通過后，平臺管理人員將指定相關的實驗指導老師實行“一對一”或“一對多”的遠程及本地實驗輔導，協助學生完成整個實驗過程，進一步激發學生的科技創新熱情;實驗教學信息化結構體系具體如圖1所示。

圖1 實驗教學信息化結構體系

為了保證中心的正常運行，學院采用多重措施防護網絡安全，在網絡核心位置上部署防火墻、IPS、VPN、防火墻進行邊界檢查，建立安全區域，控制數據包的進出;VPN用于用戶遠程接入校園網;IPS入侵防護用于防范各種惡意攻擊。中心網站采用用戶身份注冊驗證、網絡防火墻以及本中心主平臺與各分實驗平臺分離的模式實現安全保障。同時，學校保安系統對樓道、房間實行24 h不間斷監控，實行物品出入登記制度。

2.3 更新實驗教學內容

實驗教學項目是中心建設的重要內容，決定了實驗設備的類型、投入以及人才培養的質量。中心按照教學大綱相關要求，對實驗教學進行總體設計，將本科4年的實驗教學課程作為整體，并依托通信與信息系統國家級實驗教學示范中心相關實物平臺，建立了以“信息獲取、信息傳輸、信息服務”為主線，內容涵蓋光電效應、電磁輻射等物理本質，數字信號處理、數據協議解析等處理技術，以及環境監測、車聯網等應用服務包括6個虛擬仿真實驗平臺的課程體系［4］。

與此同時，中心適時對實驗內容和項目進行調整和更新，其更新依據:①實驗項目的實施效果。如對實驗教學環節的評估數據，學生學習反饋、課程組長、主講教授、骨干教師意見，工程教育專業認證、審核評估等各類評估結果等;②專業領域行業發展需要。通過行業調研、專業指導委員會專家建議、往屆校友反饋意見等;③學科與工程技術發展趨勢。通過學術研究、國內外高校相關專業發展調研等;④學校與專業定位。根據學校、學院目標定位制定發展規劃與安排;⑤專業特色要求。綜合專業辦學優勢、教學資源與自身實力，根據學術研究團隊、主講教授、骨干教師的研討，由學院教學指導委員會提出專業建設發展框架。

2.4 加強師資隊伍建設

師資隊伍作為實驗教學和科研創新的主力軍，是中心建設的核心，更是實現一流實驗室建設的根本保證［12］。中心歷來重視實驗教學隊伍建設，通過吸引一批實驗技術過硬、熱心教學的專職實驗教師，培養一批實驗首席教授和骨干教師，全力參與實驗室建設與管理。此外，每年選派實驗技術骨干到國內外一流大學進修，不斷提高實驗隊伍的綜合素質和業務水平。

經過較長期建設，中心已形成了一支以中青年教學、學術骨干組成，學歷和年齡結構合理的實驗教學隊伍，擁有豐碩的科研、教學成果。目前，共有專、兼職教師39人，82%以上為中青年教師。其中專職教師7人，兼職教師32人。教師中高級職稱占比82%，博士學位占比62%，碩士學位占比38%。形成了老中青相結合、以中青年為主體的隊伍結構，實驗技術人員隊伍也都具有多年的實驗工作經驗，并長期參加科研工作，具有豐富的研究經歷。

2.5 完善績效評估

中心充分發揮績效評估作用，利用多種方式對實驗教學隊伍展開師德師風、科研教學等多方面的評估考核，依據“電子科技大學專職實驗教學隊伍管理辦法”“電子科技大學實驗室工作人員考核辦法”等條例考評，同時將實驗中心教師統一納入學院考核管理機制，進行教學質量評估和工作量考評。

評估注重柔性化，在制度制定和執行上具有人文關懷，給予實驗教學隊伍更多的自由空間去實現工作價值，著重培養他們的歸屬感和認同感［13］;同時基于專業特色實驗課程與全校公共實驗課程等差異，將量化評估與定性評估，過程考核與結果考核相結合，通過建立實驗教學過程考核機制、實驗教學研討機制、實驗教學質量與水平監督機制等，進一步科學評估與規范本科教學管理，確保教學工作的正常運行。總體而言，中心通過績效評估，進行持續改進，實現了教學質量的提升:①實現以評促建。即建立健全我院實驗中心的質量保障體系，不斷完善基礎設施建設、教學管理、科研成果研究與轉化等。②實現以評促改。評估最重要是關注質量建設，持續改進［14］。中心非常重視內部質量監控與外部評估反饋相結合，真正做到以評促改。③實現以評促管。通過評估促進中心的教學管理，包括課程、隊伍、文化管理等。

3 智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心建設的成效

智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心面向物聯網工程、通信工程、網絡工程等12個本科專業的學生，通過構建多層次、全方位的實驗課程體系，年均3 000余名學生受益，覆蓋課程近20門。此外，學生積極利用中心資源開展創新創業訓練、科技競賽活動，近5年來，依托中心平臺資源，學生在機器人大賽、全國大學生電子設計競賽、挑戰杯、創新創業大賽等國際、國家級、省級比賽中獲獎100余項，學生創新能力得到顯著提高。經過多年的建設與積累，中心取得諸多教學成果:物聯網工程專業先后建設成為省級特色專業、教育部卓越工程師教育培養計劃專業，獲得國家教學成果二等獎1項，省部級教學成果獎10余項，參與省級、校級教改項目55項，發表教改論文47篇。中心建設所取得的成就是學校、學院以及師生共同努力的結果，對進一步實現我國教育信息化，培養高素質人才具有重要意義。

4 結語

智慧物聯虛擬仿真實驗教學中心是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是信息技術與專業建設高度融合發展的產物［15］，更是實驗教學的發展方向，其建設工作是一項長期而又艱巨的復雜系統工程［16］。中心在前期建設成果基礎上，將繼續加大人力、財力、物力投入，保證實驗室環境和硬件設施正常運行;同時，積極培養一支強素質、高水平、結構合理、技術精湛且具有創新能力的實驗教學和管理隊伍，不斷提高人才培養質量百年大計，教育為本，中心每一位教育工作者都將為實現我國第一個百年奮斗目標而努力。