电工电子虚拟仿真教学资源建设探索

摘 要：虚拟仿真在电类专业人才培养中占有重要地位，相关资源是新时期教育信息化建设的核心内容。围绕全校电类课程实践教学公共平台，从实验、实习、课外创新与网络共享等方面，对各类虚拟仿真教学资源的建设作了介绍，通过虚拟仿真教学资源推动信息化建设，虚实互补提高教学质量，探索部级虚拟仿真中心创建之路。

关键词：信息化；虚拟仿真；教学资源；实践平台

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2014）21-0045-03

一、引言

根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，部级虚拟仿真实验教学中心已成为未来高校信息化建设的主要方向。广州大学电工电子实验教学中心（下称“中心”）作为省级示范中心，建有涵盖实验―实习―课外创新的电类公共教学平台体系，是全校共享的电类专业基础实验室、以及实践和创新基地，在信息化建设方面取得了较大进展。

虚拟仿真是电类学科基本的设计开发与教学工具，相关资源是中心信息化建设的重点。长期以来，中心以“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”为指导思想，校企合作研发与共享先进相结合，根据应用创新人才培养目标，紧贴教学需求推进相关资源建设，进行教学改革与创新，虚实结合相互补充[1]，建设了虚拟仿真实验教学中心。

二、教学资源建设

目前中心已投入教学的虚拟仿真资源大体分为四类：设计开发类、教学展示类、Android移动应用、以及开放式网上虚拟实验，实现了实验―实习―课外创新的全平台覆盖[2-4]（如图1）。开设虚拟仿真实验的课程19门，出版教材4本，编写实验讲义15本，中心的实验教学水平实现质的飞跃。

1.构建实验仿真平台，提高综合设计能力

设计开发类仿真软件是电类实验基本的辅助开发工具，起步早，种类多，开设课程多，已投入实验教学的主要有5种，解决了电类学科实验教学部分项目真实实验难以实现、耗材消耗大、设计效率低、设备成本高、尤其是综合设计性实验开展难等问题（如表1）。

2.建设网上虚拟实验室，提高自主学习能力

为了解决课外自学、实验预习及其效果评价、师生互动、数据分析以及教学管理等问题，中心与企业联合开发了开放式网上虚拟实验室，解决了公共基础课的全天候开放式自主学习难题[5]，教研也有了依据，中心教学水平得到质的提高。

学生通过网上虚拟实验平台，利用虚拟元器件与仪器设备搭建电路、调节参数和测量数据，从而进行实验预习与自主实验，不受时空限制，且具智能提示、自动批改、信息、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成绩功能，老师更能掌握学生的预习情况，进行教学演示以及互动答疑等操作，帮助老师从重复性劳动中解脱出来多做创造性劳动；历史数据使后期数据挖掘有了依据，增强了讲课针对性，便于不断优化教学，鼓励老师将更多精力投入到教学研究工作中，提高了教学效果。

已用于5门电类基础实验课：电路、模电、数电、高频、电工电子学，受益专业9个。

3.完善实习虚拟平台，提升工程实践能力

电工电子实习是大部分工科专业的工程实训环节，为了解决部分项目成本高、危险、污染、综合训练难等问题[6]，校企合作研发了教学展示类虚拟仿真资源，采用3D技术，给人身临其境的沉浸式体验，辅助实体训练项目，方便学生预习和教学演示，提高实习效果，其沉浸感、交互性和重复性优势可用于解决电类领域传统教学中微观、抽象、污染或高危过程的展示问题（如表2）。

4.打造课外实践虚拟平台，提高创新能力

（1）虚拟仿真促进跨学科协同创新

中心利用教学资源全校共享优势，创建了跨学科实践创新开放平台，采用Arduino+Android开源软硬件集成一体化虚拟开发环境，每年选拔一批大一学生，构建若干光机电算设计等一体化项目组，结合虚拟仿真技术开设了系列培训课程，如智能车硬件设计（Altium Designer）、AVR与智能车（Proteus）、移动物联网设计（Arduino+Android）等，提供先进、热门的智能赛车原型，指导学生进行以任务为导向的创意机器人或飞行器设计，建立了AB班进退机制，培养学生的团队合作精神和科研、动手、交流沟通能力，提高了学生的跨学科应用水平。

（2）虚拟仿真方便赛事选拔

依托中心的创新基地，开设了校级科研竞赛创新班，建设了专门的虚拟仿真室和开放室，虚拟仿真的引入，减少了创新班系列课程对设备和耗材的消耗，更为中心赛事组织和学生选拔工作带来了便利，中心通过赛事门户网站和虚拟仿真软件进行预赛，大量虚拟资源通过网站共享，解决了场地依赖问题，赛事过程更容易控制，减少了耗材和人力消耗，决赛时才用实体作品，解决了大规模竞赛的组织、环境、人力和经费等难题。

三、建设虚拟中心网站，扩大资源共享

中心门户网站是信息化建设和资源共享的窗口（如图2）。中心发挥虚拟仿真类教学资源易于网络共享和维护更新的优势，建设了大量虚拟仿真资源，利用门户网站开展网上虚拟实验、网络课程、开放预约、实验管理、赛事组织、论坛交流和青少年科普，服务我校师生及社会，发挥教学资源的延伸作用，突破了时空的限制[7]。

中心通过网站实现了4门网上虚拟实验课程、24门校级网络课程、9门虚拟仿真课件和7种Android虚拟仿真应用的网络共享，提供了约46GB的网络虚拟仿真学习资源，学生可在线预习实验内容、了解实验过程，试做虚拟实验，提供了智能指导、自动批改和信息查询等特色功能，在课外自主学习的过程中，可与教师通过学习论坛互动交流。目前已有5个学院的12个专业使用这些虚拟仿真资源进行自主学习，年约8000人次。

四、结论

虚拟仿真教学资源是未来教育信息化建设的主要方向，也是高校实验教学示范中心建设的重要内容，围绕电类实践教学的需求，进行了各类虚拟仿真教学资源的建设与网络共享，取得了阶段进展；必须看到，虚拟仿真教学资源的建设是一个不断完善的过程，长期投入较大，除了建设校级公共实践平台提高共享效益，探索校企共建共享持续发展的新道路，将是未来建设部级虚拟仿真实验教学中心的新课题。

参考文献：

[1]张家港职业教育中心.虚拟仿真技术助推学校信息化建设[J].中国教育信息化，2013（15）：43-43 .

[2]曲伟，邱成军.电工电子实验教学中心实践教学体系建设与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：216-218.

[3]李安，周南润，王玉.通信工程部级特色专业虚拟实验室建设与实践[J].实验室研究与探索，2013，1（23）：150-154.

[4]虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，7（30）：94-97.

[5]郑炜，齐幼菊.面向成人教育开放式虚拟实验平台的设计与应用[J].现代教育技术，2013，6（23）：116-119.

[6]黄登红.机电一体化专业虚实结合实训模式应用研究[J].中国科技信息，2013，（12）：161-163.

[7]白春章，关松林.信息化教学资源共建共享机制研究[J].中国教育学刊，2013，6（23）：59-63.