電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的建設與實踐

李夢然 韓繼東

摘 ?要：目前，我國許多高校均開設了電子信息工程專業，該專業涵蓋了豐富的知識，涉及到了計算機技術、信息通信和電子科學等諸多內容，屬于應用型學科，對于實踐性的要求較高，教學目的在于培養學生的實際操作能力，為社會提供高專業素養的人才。我國于2013年啟動了虛擬仿真實驗教學的建設工作，首次提出將虛擬仿真技術引入高校的實驗教學中，虛擬仿真實驗教學平臺的建設和實踐，是培養學生實踐能力、創新能力和創造能力的重要途徑之一。該文對電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的建設和實踐進行分析。

關鍵詞：電子信息技術 ?虛擬仿真實驗教學平臺 ?教育教學 ?設計建設 ?實踐

中圖分類號：G434 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（c）-0028-02

近年來，大數據、云計算、3D打印、智能家居在各個領域均得到了廣泛應用，加上仿真式、開放式、碎片化知識點的寓教于樂教學資源等新概念不斷涌現，這些新媒體和新技術均豐富了信息的獲取途徑，同時改變了人們對傳統教學理念和方式的理解，強調學生掌握實踐的能力[1]。

1 ?虛擬仿真實驗教學平臺的建設思路

以往，高校電子信息工程專業的實踐教學常常局限于課堂，受到了儀器設備的影響，加上對安全因素和地域因素的考慮，導致教學效率低下，不利于學生實踐能力的培養。利用虛擬仿真技術搭建實驗教學平臺，可突破地域、設備和安全等因素的局限，拓展電子信息工程專業實驗教學的模式與途徑，有利于專業人才的培養。電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的功能建設包括以下內容。

1.1 分層次的虛擬仿真實驗教學

高校所開設的電子信息工程專業課程主要包括專業課、專業基礎課和應用實踐課3種類型，虛擬仿真實驗平臺則需覆蓋課程教學的5個階段，即器件與電路階段、信號與處理階段、傳輸與控制階段、單元與系統階段、設計與應用階段，對應為：（1）采用ADS、Mulitisim和Pspice等軟件，結合一系列的工具軟件，如LabVIEW等，實現數字電路、集成電路基礎、半導體物理與器件等實驗設計。（2）應用工具軟件，如DSP、Matlab、Verilog等，對信號進行采集、分析和處理。（3）應用Opnet、Simulink和GX Simulator等軟件，實現通信傳輸和控制實驗。（4）應用Quartus Ⅱ和Proteus等軟件，實現集成系統設計和功能單元設計。（5）應用Padscad、Protel等布線軟件，實現由設計轉化為仿真[2]。以上5個階段的實驗教學，有助于將碎片化的專業知識進行整合和歸納，便于學生的學習和探究，幫助學生構建理論體系，進而提高學生的實踐能力。

1.2 實踐教學與科學研究的互動

在電子信息工程教學中，高校應積極探索實驗教學與科學研究的結合路徑，以實驗教育促進科學研究的發展，同時以科學研究促進實踐教學的提升。在電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺中，涵蓋了諸多科研方法、案例和成果，學生在操作中可了解更多的專業知識，進而拓展知識面，增強實驗教學的效果。讓實驗教學緊密跟蹤學科的發展動向，構建出適應新技術、新媒體發展的實驗教學體系，從而滿足現代社會對于專業型人才的需求。

1.3 自制儀器、自編教材和實驗內容的體系化建設

在電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的功能建設中，還采取了自制儀器、自編教材和實驗內容的體系化建設方法，利用先進的科學技術，采取多種實驗手段，豐富實驗教學內容和方式，鼓勵教師依據學生實際情況，自行制作實驗教學的儀器設備，自行編制實驗教學的教材，實現實驗內容、教材和儀器的配套，從而保證實驗教學緊密結合新技術內容，跟隨新技術的發展方向。

1.4 優質化的實驗教學資源

將虛擬仿真技術融入電子信息專業的實驗教學中，側重于培養學生的創新能力、創造能力和創業能力。從解決實際問題的角度出發，要求虛擬仿真實驗教學平臺具備綜合型實驗項目，其中案例庫項目就直接應用于實驗教學。學生在實驗項目的功能拓展基礎上就可進行課外科研項目的申報，課外科研項目在經過持續優化后，就可進行產學合作孵化，成功培育和孵化的產學項目再經過提煉從而回饋至實驗教學的案例庫中[3]。電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺通過構建出虛實結合的動態教學體系，從而實現開放式、共享式的虛實結合教學模式。此外，還需加強與國內外電子信息企業的合作，共同建造實驗室和實訓基地，設計、研發和推廣更具專業特色的虛擬仿真實驗教學設備，持續更新實驗教學的案例庫，進而保證實驗教學資源的優質化。

2 ?電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的設計

以往，高校電子信息工程的傳統實驗教學模式難以實現學生設計能力、創新能力的培養，而電子信息技術虛擬仿真實驗教學平臺的建設與實踐則可突破局限，給學生提供了一系列的實驗項目。該教學平臺通過應用多媒體技術、數據庫技術、計算機仿真技術、虛擬現實技術和網絡通信技術等，實現了線上線下、課內課外、校內校外及虛擬現實之間的結合，旨在將傳統實驗與虛擬仿真實驗進行有效結合，進而推動實驗教學方式的革新。

2.1 基本實驗教學資源的虛擬仿真平臺

該平臺的實驗內容包括系統設計、電子設計和工程應用3個部分，注重對學生基本技能的培養。其中系統設計包括程序設計仿真實驗、系統集成虛擬設計、遠程計算機控制技術仿真實驗等，電子設計包括了模擬電力系統設計與仿真實驗、集成電路設計與仿真實驗、數字電路系統設計與仿真實驗等，工程應用包括機器人虛擬現實仿真實驗、運動控制應用仿真實驗、流程工業虛擬現實仿真實驗等。

2.2 科研成果轉化資源的仿真平臺

該平臺由兩部分組成：一是仿真環境下的虛擬現實平臺，另一個是應用軟件與云計算共享的實驗平臺，注重培養學生對新技術的應用能力。依據高校的電子信息工程學科，將科研資源與成果轉化為實驗教學資源，從而實現專業人才培養。

2.3 校企合作資源共享的虛擬仿真平臺

該平臺由3個部分組成：一是校企合作的信息化實驗教學平臺;二是物聯網虛擬實驗平臺;三是大學生科技創新實驗平臺，注重培養學生的創新創造能力和工程應用能力。立足于實際問題結局的角度，采用工程仿真軟件實現電路設計、調試和產學研項目開發等多種實驗項目，遵循逐級深入原則，與該行業的實際應用緊密結合，進而滿足社會對電子信息技術專業型人才的需求。利用校企合作資源共享的虛擬仿真平臺，可拓展學生的視野，讓學生在實驗室進行實踐操作，確保操作內容即為現實中的工作內容，從而實現仿真系統的組態調試。

3 ?結語

綜上所述，高校需重視虛擬仿真實驗教學，對其概念、方法和模式產生新的理解，堅持以學生為本，以培養學生的綜合能力為最終目標，將實驗教學與科學研究緊密結合，設計、建設虛實結合的實驗教學平臺，讓學生在解答工程問題、自主創新設計方面得到有效的訓練，不斷提高學生的實踐能力和創新能力，培養更多的專業型人才。

參考文獻

[1] 趙新海.基于虛擬仿真技術的《電子標識技術與RFID》實驗課程設置研究[J].科技視界，2019（32）：52-53.

[2] 劉萍萍，黃嵐，趙宏偉.虛擬儀器技術在新工科虛擬仿真實驗平臺中的應用[J].計算機教育，2019（11）：126-129.

[3] 李正交，戴勝華，周興，等.軌道交通通信與控制虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].實驗技術與管理，2019，36（9）：186-190.