基于校企合作的虛擬仿真實驗教學(xué)模式的構(gòu)建與實踐

張學(xué)斌 張濤 黃燦 李政峰 周群

摘要：虛擬仿真實驗教學(xué)是實體實驗教學(xué)的重要補充，可以解決電子信息類工科專業(yè)學(xué)生開展實驗過程中想做不能做、只能看不能做、能做不易做的諸多難題，任何受條件限制無法開展的實驗項目都可以進行虛擬仿真實驗。本文以懷化學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院電子信息類工科專業(yè)為例，探討校企合作模式下虛擬仿真實驗教學(xué)模式的構(gòu)建與實踐，介紹構(gòu)建電工電子類基礎(chǔ)類虛擬仿真實驗項目庫、單片機虛擬仿真實驗教學(xué)項目庫以及建立北斗衛(wèi)星導(dǎo)航虛擬仿真實驗分室、電氣工程及其自動化虛擬仿真實驗分室等分室的具體做法，分享基于我院電子信息類工科專業(yè)校企合作模式下的虛擬仿真實驗的教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方法等實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：校企合作;實驗教學(xué)模式;虛擬仿真;工科專業(yè);電子信息類

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）25-0272-03

虛擬仿真實驗教學(xué)是國家信息化教育戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，是實驗教學(xué)的重要組成部分，是教育信息化發(fā)展的必然要求，是實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的內(nèi)涵延伸[1]。虛擬仿真實驗可以解決電子信息類專業(yè)學(xué)生實驗開展的以下難題：一是像智能變電站等大型應(yīng)用系統(tǒng)不允許學(xué)生修改參數(shù)配置，即想做不能做的問題[2];二是解決實驗儀器價格普遍昂貴，且與之相配套的軟硬件設(shè)施有待進一步完善，教學(xué)實驗場地不足，學(xué)生不能親自操作等問題，即只能看不能做的問題[3];三是解決大型、復(fù)雜設(shè)備的實驗成本高昂，實驗室場地占用面積大，實驗教學(xué)過程的可觀測性不強，即能做不易做的問題[4]。

1虛擬仿真實驗教學(xué)現(xiàn)狀

虛擬仿真實驗教學(xué)是建設(shè)高等教育信息化的重要手段。教育信息化是新時代教育改革發(fā)展的先決條件，也是教育現(xiàn)代化的必由之路。教育部最早于2013年3月頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》從頂層設(shè)計層面和宏觀戰(zhàn)略的高度提出如何建立具有中國特色的教育信息化體系，如何建設(shè)大眾可享有的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，并闡述了建設(shè)的中長期目標、任務(wù)和措施，構(gòu)建了基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育、高等教育、繼續(xù)教育和教育管理信息化發(fā)展水平框架[5]。

虛擬仿真實驗教學(xué)是推動實驗教學(xué)示范中心的建設(shè)和發(fā)展的重要手段。實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的目的是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，同時，在融合教學(xué)資源、協(xié)同教學(xué)科研、促進校企聯(lián)合培養(yǎng)人才等方面發(fā)揮了重要作用，在推進高校實驗室建設(shè)和實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新方面也扮演了非常重要的角色[6]。

當(dāng)前的教育教學(xué)正在由原來的單一理論課程教學(xué)形態(tài)向理論與實踐教學(xué)相結(jié)合轉(zhuǎn)變。為克服網(wǎng)絡(luò)教育和在線課程缺乏實踐環(huán)節(jié)、學(xué)生不能做實驗的弊端，很多國內(nèi)外大學(xué)在一些在線網(wǎng)絡(luò)課程中增加虛擬仿真實驗實踐教學(xué)內(nèi)容，并且可以進行遠程交互協(xié)同實驗，部分已被納入“慕課”（MOOCs）在線學(xué)習(xí)平臺[7]。各高校高度重視，紛紛投入到虛擬仿真實驗室的建設(shè)中，使任何人都能夠免費從網(wǎng)絡(luò)上獲取[8]。虛擬仿真實驗已經(jīng)越來越受到世界的認可，國內(nèi)外的各大高校、科研院所，甚至政府機構(gòu)對虛擬仿真實驗的建設(shè)給予高度重視。

2 虛擬仿真實驗教學(xué)資源的構(gòu)建

懷化學(xué)院電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心始建于2012年。2013年開始與北京潤尼爾公司合作，經(jīng)過近幾年的建設(shè)，已經(jīng)初步完成了近10門基礎(chǔ)課程的虛擬仿真實驗項目，為我校3個學(xué)院10個專業(yè)的學(xué)生提供了基礎(chǔ)實驗的仿真教學(xué)任務(wù)。通過虛擬仿真實驗的教學(xué)模式，解決了我校東西校區(qū)學(xué)生來回跑的上課難題，也解決了現(xiàn)代遠程教育中始終困擾的實驗教學(xué)難題。為了切合我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的總方針，培養(yǎng)更具競爭力的電子信息類工科專業(yè)學(xué)生，進一步拓展虛擬仿真實驗教學(xué)范圍，又建立電氣工程及其自動化、北斗導(dǎo)航仿真等虛擬仿真實驗項目庫。目前，已經(jīng)建成的電子信息類虛擬仿真實驗教學(xué)中心包含電工電子類、光電信息類等6類虛擬實驗，其資源結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自中心成立以來，在我院領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，積極開展校企深度合作，先后引進了中軟國際、北京千鋒、長沙達內(nèi)、北京潤尼爾、大唐移動、中國電科院研究所、衛(wèi)星導(dǎo)航仿真與測試開放實驗室等多家企業(yè)合作辦學(xué)，建設(shè)電工電子類虛擬仿真實驗分室、信息與通信工程類虛擬仿真實驗分室、光電信息工程類虛擬仿真實驗分室、電氣工程及其自動化類虛擬仿真實驗分室、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航類虛擬仿真實驗分室，以及工程綜合實訓(xùn)虛擬仿真實驗分室。現(xiàn)有的開放式網(wǎng)上虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)開放了包括了電路分析基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路、信號與系統(tǒng)、通信原理、計算機網(wǎng)絡(luò)、Java程序設(shè)計、單片機原理與接口技術(shù)、電力系統(tǒng)分析、智能變電站原理與技術(shù)、智能變電站工程與應(yīng)用技術(shù)等17門虛擬仿真實驗課程，實驗項目共102項。中心面向電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、廣播電視工程、光信息科學(xué)與技術(shù)等4個專業(yè)學(xué)生開放，年均完成的實驗實訓(xùn)課時數(shù)達54350以上，為我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供一個良好的平臺。

3 校企“雙主體”合作共建

近年來，電氣與信息工程學(xué)院為促進電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心快速發(fā)展，充分發(fā)揮校企“雙主體”的主觀能動性和深度合作，先后與大唐移動通信設(shè)備有限公司、長沙北斗產(chǎn)業(yè)安全技術(shù)研究院、達內(nèi)時代科技集團有限公司、北京渥瑞達科技發(fā)展有限公司、中鑫創(chuàng)投（北京）教育科技有限公司、上海音達科技集團、中軟國際有限公司、北京尚觀科技有限公司、北京千峰互聯(lián)科技有限公司、北京凌陽愛普科技有限公司、深圳信盈達科技有限公司、廣州粵嵌通信科技股份有限公司、北京華清遠見科技發(fā)展有限公司等21家企業(yè)簽訂校企合作協(xié)議，共建校內(nèi)實習(xí)基地共7個，具體見表1。

4虛擬仿真實驗教學(xué)的建設(shè)效果

自電子信息與通信工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心成立以來，在教學(xué)與科研方面取得了豐碩的成果。

（1）教學(xué)成果

建立健全《電路分析基礎(chǔ)》《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》《單片機與接口技術(shù)》等電子電工基礎(chǔ)類虛擬仿真實驗項目庫;建立健全《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航虛擬仿真實驗》、《電氣工程及其自動化》等專業(yè)實踐類的虛擬仿真實驗項目庫;構(gòu)建一套可行的虛擬仿真實驗教學(xué)與管理體系;拓展我校學(xué)生在電工電子類基礎(chǔ)實驗虛擬仿真項目上的受益面，為我校電氣與信息工程學(xué)院、計算機工程學(xué)院、化工學(xué)院的學(xué)生開展虛擬仿真實驗提供平臺，每年受益人數(shù)達1200人以上;在專業(yè)課程實驗仿真方面，每年受益人數(shù)達350人以上;在北斗導(dǎo)航、電氣工程及其自動化等方向的虛擬仿真實驗項目等專業(yè)方向，每年受益人數(shù)達200人以上;在專業(yè)技能比賽方面，為電子設(shè)計大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目、挑戰(zhàn)杯、大唐移動通信等提供仿真實驗平臺，每年受益人數(shù)達120人以上。