虚实结合的开放式信电类实验教学模式研究与探索

摘要：为提高信电类专业人才培养质量，培养学生的实践能力和创新精神，依托实践教学平台，结合浙江大学城市学院信电分院学科特点和学生情况，大力改革实验教学，研究虚实结合的新型开放型信电类实验教学模式，并在模式实践中设计配套的实践平台，构架内容体系，制定评价机制，提升了实验教学效果。本文系统阐述了虚实结合实验的必要性和改革模式的内容，总结了虚实结合信电类实验教学改革实践。

关键词：虚实结合；开放式；信电类；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）38-0203-02

实验教学是培养信电类应用人才的重要途径，担负着培养学生的创新意识、动手能力、分析问题和解决问题等能力培养的重要使命。单一的传统实验教学无法满足高素质、创新能力的人才需求。随着计算机虚拟仿真技术的发展，虚拟实验成为近几年国内外实验教学研究的热点。

一、传统实验存在的问题

由于目前的信电类实验教学受到许多实验条件限制，如：实验场地、实验时间受限；实验设备陈旧，台套数有限、许多先进的设备无法及时更新；强电实验的安全等问题。其实验教学过程基本固定：指导教师提前准备材料和调试好的仪器，学生根据实验指导书，在规定时间，按给定仪器设备和规定的实验步骤进行实验。这种模式存在以下问题：①实验内容以单一性、演示性、验证性为主；②学生参与自主度不高；③设备老化影响实验效果和效率；④时代性、前沿性不足；⑤实验开放程度不够。这些问题，大大影响学生的学习兴趣和创新实践能力的培养，对于理工科信电类专业，传统的实验教学方式远不能满足培养高素质、创新能力的人才需求。

二、虚实结合实验的必要性

虚拟实验是指综合运用多媒体技术、计算机网络和虚拟现实等技术产生和发展的一种新的实验教学形式，不同于传统实验的教学方式和技术手段，通过软件模拟技术来达到真实实验的效果，可以作为目前实验教学的辅助手段，弥补目前实验教学的不足。虚拟实验具有如下特点：①开放性、自主性；②灵活性、可逆性；③先进性、创新性；④安全性、共享性。目前，虚拟实验教学在实验教学中逐步应用，但还存在以下几种情况需进一步完善。

1.在课程体系上：一般是单个课程的虚拟实验，课程相互之间的虚拟实验内容缺乏，虚拟实验内容不成体系。

2.在虚拟平台构建上：缺乏整体虚拟实践平台构建规划和设计。

3.在内容上：虚拟实验和实物实验的结合还不是很优化，虚拟实验被教师上课演示的多，被学生实际操作的少。

4.在教学过程管理上：虚拟实验资源建设不完备，过程管理不完整。

5.在评价机制上：缺乏虚实结合的实验教学评价机制，不便发现实验教学中的问题。利用各自的特点，将虚拟实验和实物实验相互结合、优势互补，将大大促进信电类实验教学和应用型人才培养的发展。因此，为培养高素质应用型人才、提升实验教学效果，结合浙江大学城市学院信电分院学科特点和学生情况，大力改革实验教学，研究虚实结合的新型开放性信电类实验教学模式，并设计相配套的实践平台、构架内容体系、加强教学过程管理、制定评价机制。

三、虚实结合信电类开放式实验教学模式

结合虚拟实验和真实实验各自的特点，对信电类虚实结合实验进行研究和实践，在虚实结合实验实践教学中根据教学体系，构建虚实结合的实验实践教学环境；安排和设计虚拟实验和实际实验教学内容；开展教学组织，加强教学过程的运作管理，改革评价机制。

1.构建层次型菜单式课程体系。根据现有的虚拟技术和计算机发展水平，开展相关课程的虚拟实验，考虑根据综合知识能力点和课程关联度，整体规划，以综合电子设计能力培养链为着眼点，构建分层次的模块化实验课程体系结构，形成“训练初步—基础知识及技能—专业综合技能—系统设计技能”的层次型工程应用能力培养层次。各系可以根据学科特点，在相应层次模块中进行菜单式选择项目，形成自身的知识体系。

2.构建实践教学环境。根据课程体系结构，结合现有的实验室条件，并构建能实现虚实结合实验的教学环境。在现有实验室规模和条件的基础上，改造原有实验室，引入虚拟实验系统，并将各实验模块的虚拟系统相互关联，形成大的虚拟实验环境。将虚拟实验系统与信息化平台结合，即可实现本地实验室虚拟实验开展，也可实现远程的虚拟实验，可以实现虚拟实验不受时间和空间限制，并与提供实物实验的实体实验硬件平台构成互补的开放式实验环境。

3.整合设计虚实结合的实验内容。根据实验内容的要求，进行课程模块中实验项目虚拟实验和实物实验的设计。在真实实验中，学生学会常用仪器使用和基本的工程测量方法；根据虚拟实验中仪器设备多、功能全、项目丰富的特点，作为真实实验的补充和完善，两个相互补充，相辅相成，最大限度培养学生的动手能力，提升参与度和实验效率。

4.改革评价机制。虚实结合的实验教学与单一的实物实验或虚拟实验的实验教学开展不同，需要进行评价机制的改变。传统评价方式强调实验的规范性和实验结果的分析。引入虚拟实验后，可更多地加入过程考核，随着学生的项目灵活选择及实验方法的多样性，其评价机制应更具个性，体现实验过程和学生能力。实验教学中实时项目式、讨论式、答辩式等形式。实时考核的多元化，形成必选项目+选修项目+创新项目的梯度评分机制，必选为基本要求，选修为机动要求，创新为提升要求。进行个性化评分，引导学生充分发挥积极性，最大限度刺激其不断探究知识和方法。

5.开放管理。积极做好信息与电气工程学院内的实验室建设，采用门禁系统，结合网络虚拟实验环境，并利用信息化开放平台打造开放式的虚实结合的实验实践教学环境，实现实验内容、实验时间、空间开放的虚实实验环境。

结合学生特点和学院实际情况，对虚实结合开放式实验教学模式进行了研究并实践。在教学效果上，虚实结合的开放式信电类实践教学模式比以往的传统实验单一模式有所提升。同时，此模式对实验教学了提出了新的要求，需要进行全面改革，不断探索虚拟实验和真实实验的不同结合形式，使实验教学质量达到最优、实验硬件资源利用最大化。这种模式将是工程应用型人才培养的一种新的途径和方法，也可供其他学科专业的实验实践教学借鉴。

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基金项目：浙江省高校实验室工作研究会实验室工作研究重点项目（Z201215）；2011年度省教育技术研究规划课题重点项目（JA005）

作者简介：杜鹏英（1978-），女，浙江杭州人，硕士，副教授，信息与电气学院实验中心副主任，自动化系副主任，研究方向为应用电子、智能控制。