基于模塊化的虛擬仿真實驗室建設(shè)

摘要：基于模塊化實驗室建設(shè)的思路，以虛擬仿真實驗室總規(guī)劃、模塊化虛擬仿真實驗室建設(shè)以及實驗室運行與支撐平臺這三個方面作為本篇文章切入虛擬仿真實驗室建設(shè)的相關(guān)研究，以一些獨特的模擬仿真實驗教學(xué)中心和實驗室作為參考，介紹該領(lǐng)域相關(guān)建設(shè)的指導(dǎo)思想。

關(guān)鍵詞：模塊化建設(shè);虛擬仿真實驗室;探討

引言

虛擬仿真實驗室，重在虛擬與仿真。學(xué)生在這種實驗室進行操作，雖然沒有實物的觸覺和視覺體驗，但顯然這種實驗室更加方便，也更加安全。當學(xué)生的操作出現(xiàn)失誤，在傳統(tǒng)的實驗室中，危險與成本就會大幅度增加;可在這種實驗室中，大部分操作是可逆的，極大地降低了實驗的預(yù)算和成本，這就是虛擬實驗室的優(yōu)勢所在。很顯然，這種工具的出現(xiàn)會讓實驗在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中更加普及，也更加實用。

一、模擬仿真實驗室總規(guī)劃

（一）實驗室建設(shè)目標

學(xué)院建立的實驗室都是應(yīng)用于專業(yè)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，所以濃厚專業(yè)特色的實驗室建設(shè)目標的出現(xiàn)是一種必然。例如，山東建筑大學(xué)的建筑工程管理實驗室，其建設(shè)目標就包括“突出數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化”等特色目標[1]。以方法、資源和應(yīng)用作為建設(shè)中主要的三個內(nèi)容，適當依靠專業(yè)團隊、相關(guān)企業(yè)和科研院所的力量，準確指向建設(shè)目標。

（二）建設(shè)思路

在前人大量的實踐結(jié)果和當代研究員艱苦的實踐過程作用下，實驗室建設(shè)的指導(dǎo)思想慢慢被總結(jié)成“總體規(guī)劃，分步實施，持續(xù)發(fā)展”十二個字，且逐漸形成了“立足創(chuàng)新人才培養(yǎng)，面向產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化”的建設(shè)思路。

（三）虛擬仿真實驗室優(yōu)勢

當今時代是互聯(lián)網(wǎng)時代和計算機時代，虛擬仿真實驗室的應(yīng)用實際上是緊跟時代步伐的一種舉措。作為一些傳統(tǒng)的實驗室中的操作，例如設(shè)定實驗條件、選擇實驗器材等，這些繁瑣的步驟呈現(xiàn)在虛擬實驗室中，就會以一種數(shù)字化的形式表現(xiàn)出來，而學(xué)生們對于數(shù)字化的操作是敏感的。由于從小接觸科技產(chǎn)品和數(shù)字產(chǎn)品，學(xué)生對這種學(xué)習(xí)模式的學(xué)習(xí)力也是非常之高，也容易接受。

二、基于模塊化思想的建設(shè)方案

（一）基本架構(gòu)

教學(xué)資源、共享平臺、人員構(gòu)成與管理體系是虛擬仿真實驗室建設(shè)的四個重點。而綜合管理平臺、實驗室運行管理體系、人才隊伍與實驗室資源等部分組成了模塊化思想下的實驗室基本構(gòu)架。其中綜合管理平臺是以互聯(lián)網(wǎng)功能為立足根基的，支持實驗設(shè)計管理、在線自主學(xué)習(xí)實驗與教學(xué)資源下載等網(wǎng)上功能。實驗室人才隊伍會由多學(xué)科多專業(yè)的教師組成，知識面廣闊，不會局限于一隅，并引入一些企業(yè)和公司的經(jīng)驗豐富的工作人員和科研人員參與。實驗室運行管理體系類似于一個公司內(nèi)部的行為規(guī)范，每個員工的行為準則都有制度保障，一切事務(wù)就會在這些規(guī)范下有序進行。

（二）資源模塊構(gòu)成

虛擬仿真實驗室資源由三個層次一層一層堆疊而出。這三個層次分別為仿真平臺、仿真實驗室和實驗課程構(gòu)架平臺。模塊化模式在這里被淋漓盡致地展現(xiàn)出來。

仿真平臺是支持實驗、教學(xué)與科研的綜合平臺，可以劃分為BIM平臺、智慧平臺、虛擬仿真平臺以及資源開發(fā)平臺等。每一種平臺都擁有自己的優(yōu)勢和獨特功能，用于不同的教學(xué)和科研需求。仿真平臺的建設(shè)是建立實驗室的第一步，也是最重要的一步，是日后實驗室分類的基石。也可以將創(chuàng)新思想帶入仿真平臺的構(gòu)建，運用仿真技術(shù)，建立屬于自己的仿真平臺。

仿真平臺建立后，就是仿真實驗室的建立。內(nèi)部機制為根據(jù)專業(yè)特色，平臺會通過其他軟硬件資源的配置來構(gòu)成實驗室。根據(jù)其用途可以分為教學(xué)型和科研型。教學(xué)型實驗室一般會用在學(xué)生教學(xué)中，教師在這個平臺為學(xué)生進行實驗輔導(dǎo);而科研型實驗室在科學(xué)研究領(lǐng)域被經(jīng)常使用。這種仿真實驗室作為線上優(yōu)質(zhì)場所，經(jīng)常作為大賽以及考試的平臺[2]。

當前兩者已經(jīng)建立完善后，實驗課程構(gòu)架平臺就會最終讓這三者變成一個整體。專業(yè)教師可以根據(jù)學(xué)生和教學(xué)需求，在平臺上構(gòu)架蘊含教師獨特思想的校本課程，完善實驗教學(xué)體系，幫助學(xué)生擁有更好的學(xué)習(xí)體驗。

三、實驗室運行與管理支撐平臺

實驗室的支撐平臺與實驗室的運行效果是息息相關(guān)的。而要研究支撐平臺，就避不開虛擬仿真共享平臺、管理體系與人才團隊這三個內(nèi)容。

基于模塊化模式，虛擬仿真中心門戶網(wǎng)站在新聞傳播、中心思想建設(shè)概論、內(nèi)部管理體系、系統(tǒng)建設(shè)理念、中心團隊及建隊思想、校方與企方合作等領(lǐng)域具有重要作用，眾多模塊共同形成共享平臺的門戶網(wǎng)站，便于發(fā)布虛擬仿真實驗室的相關(guān)信息和新聞通告。實驗教學(xué)管理平臺主要用于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)成果考核，該系統(tǒng)通過對用戶的分級管理，設(shè)置不同的系統(tǒng)角色，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，降低了網(wǎng)站崩潰或被入侵的可能性。

虛擬仿真實驗室的管理體系由組織保障、制度保障、管理規(guī)范與運行機制等模塊構(gòu)成。在多維度的保障模塊下，其管理體系具備了全面性、安全性以及穩(wěn)定性的特點，并在其獨特的運行機制下運行，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)實驗室。

實驗室人才團隊會引入不同學(xué)科的人才，形成多維度的教學(xué)、科研和社會服務(wù)團隊，實現(xiàn)團隊的多功能發(fā)展。

四、結(jié)束語

本文總結(jié)了在模塊化思想的基礎(chǔ)上，虛擬仿真實驗室的建設(shè)過程與應(yīng)用過程。在這個過程中，研究員們會深刻地聯(lián)系學(xué)科專業(yè)，在仿真平臺、仿真實驗室和實驗課程等不同維度的模塊上，進行實驗室建設(shè)的拓展。在當今教育發(fā)展日新月異的時期，國家對教育的關(guān)注度和投入力度都與日俱增。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)和基于模塊化的虛擬仿真實驗室運用一定會越來越深入，其發(fā)展與拓展的趨勢也是必然。實驗對于學(xué)生而言，本就是提升學(xué)生實踐能力和思維能力的有力工具，雖然虛擬仿真實驗室無法做到盡善盡美，但針對一些傳統(tǒng)實驗室難以展開的實驗要求，其獨特的優(yōu)勢為實驗教育增添了全新的力量。

參考文獻

[1]殷復(fù)鵬，鄧曉紅，張雷.基于模塊化的虛擬仿真實驗室建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2020，v.37;No.286（06）：266-269.

[2]王鄭庫，李鳳霞，徐家年，等.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的虛擬仿真實驗平臺建設(shè)與實踐——以石油工程虛擬仿真實驗室為例[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2020，000（003）：121-124.

作者姓名

錢棟，性別：男，漢，山東泰安，助理實驗師，單位：泰山學(xué)院。