浅谈虚拟仿真实验在培养应用型人才中的作用

黄容兰 郑瑶

摘要：随着信息技术在高校教育中的应用及推广，越来越多的高校建设了各个专业的虚拟仿真实验室。虚拟仿真实验作为一种新型实验手段，具有与以往传统实验不同的特点和方法。本文以通信工程专业为例，尝试从虚拟仿真实验的特点入手，对虚拟仿真实验在培养应用型人才中的作用进行研究及探讨。

关键词：虚拟仿真实验;应用型人才

随着大数据，人工智能，工业互联网，传感器技术、三维建模技术和综合多媒体技术的发展，使得以信息技术应用为本质的虚拟仿真实验教学在高校的教学实验过程中发挥着重要作用。近年，随着不少高校不少专业进行扩招，原有的办学条件又不能及时的得到有效补充，特别是学生实验实践方面，很多地方高校的实验场所、师资条件和实验器材都不能及时得到补充，所以现有的实验室资源已经无法满足传统的实验教学模式。此外，随着通信技术的飞速发展，通信实验室的各种设备也需紧跟技术发展的步伐，而更新一套最新的通讯设备，需要投入较大的资金，而高校建设实验室的经费有限，无法满足實际需求，同时，通信设备容易损坏，如果学生操作不当，设备很容易损坏，而通信设备维修成本高，通信实验室的高投入，高消耗，不便更新和共享等特点为实验室后期维护和管理带来很大的压力，严重影响了实验室的建设、运行与使用。

为了解决以上传统实验教学中存在的一些问题，很多高校建立了虚拟仿真实验教学中心，期待可以充分发挥虚拟仿真实验的作用，对一些高消耗、高投入和危险性实验项目，通过虚拟仿真的形式显现在实际教学中，充分发挥虚拟仿真实验在培养应用型人才中的作用; 此外，我们可以将最新最前沿的技术充实到虚拟仿真的教学内容中，这样更有利于更新学生知识结构，培养学生综合设计及创新能力。

近年来，随着我国信息技术的迅速发展，通信技术行业也得到了蓬勃发展，社会对通信专业的人才需求量也在不断扩大。一方面，企业急需通信方面的人才，另一方面，目前高校培养出来的大量通信专业方面的人才无法胜任企业交给的工作，造成这两者的脱节，很大部分原因在于培养学生的过程中，缺乏行业能力的培养，其中最重要的是动手能力的培养和实际解决问题能力的培养。而要解决上述问题，我们需在调研市场对人才需求的基础上，结合专业特点和地方特点，制订出能够与现有企业需求相吻合的人才培养方案。通信专业的人才需要具备扎实的专业基础和专业技能、能够根据社会的需求和发展，快速的获取和更新专业知识的能力，此外，还需具备运用所学专业知识，分析归纳实际问题，解决问题的能力。随着通信技术的发展，社会对通信专业人才能力的要求也越来越高，而要达到这些要求，仅仅依靠课本和传统的教学模式，包括上课模式和实验模式，是远远达不到这些要求的。

在此，本文提出与行业标准相衔接的人才培养方案，着重从下面几个方面进行构建：首先做好通信工程专业人才市场需求的分析，从市场需求分析入手，确立应用型人才培养方案和目标，搭建与行业标准相符合的和相衔接的课程体系，最终执行与行业标准相符合的教学实施过程。

为了培养出与行业标准相符合和相衔接的人才，我们从下面四个方面搭建了课程体系：通识教育课程模块、行业基础平台模块、专业教育课程模块、实践能力拓展模块[3]。每个课程的模块对应不同知识和能力的培养，如下图1所示。

;;;;;;为了培养出与企业需求相符合的人才，必须要大力打造实验实训平台，而以应用信息技术为主要特征的虚拟仿真实验教学正好适应了资源共享和开放办学的高等教育的要求，它能够给学生提供自主学习和自主实验的开放平台和资源。在进一步提高人才培养质量的同时，也为推进实验室建设和实验教学改革提供了动力和活力。

虚拟仿真实验依托于多种现代技术，十分逼真的仿真各种实验场景和仪器设备，让学生通过虚拟场景，如身临其境般的开展各种实验，以此达到教学大纲中要求的各种实验目的。如对某些实验，现实实验无法开展或者开展的效果不理想，可以采用虚拟仿真实验的模式进行，这样，不仅能激发学生参与实验的积极性和兴趣，而且能进一步提高学生收集数据，分析数据的能力，从而全面提高学生应用计算机的能力，增强学生步入社会的适应能力，切实提高学生多方面的能力。

创新能力是应用型人才的主要特性。创新能力不仅指的是能够对知识和技术进行创新，还要能在实际工作中为社会的经济转型升级和新技术和新产品的研发作出一定的贡献，以此来适应社会技术快速更新的要求。中国传统的高校教育重点注重对知识的教育，对创新能力和创新精神的培养力度不够。而虚拟仿真实验教学可以利用仿真技术的高精度和高效率等特点，为培养学生的创新能力和精神提供了良好的平台。我们可以让学生从入学开始就接触虚拟仿真实验平台，学生在教师的带领下，可以充分发挥自主学习性，在虚拟仿真实验平台上进行包括专业基础课、专业核心课到各种学科竞赛、毕业设计和各种创新活动等，利用平台可以验证所设计电路的有效性，为学生科技创新提供了良好的实践平台，这样能够有力提升了学生的实践创新能力。

应用型人才的最基本属性是实践性，应用型人才和理论型人才的最本质的区别在于应用型人才能够将新发现或者科学原理的知识直接用于社会实践活动中。所以应用型人才要求具备专业的实践操作能力，能够熟练运用专业知识解决实际工作中遇到的问题。

在实践能力培养方面，我们坚持遵循了“虚实结合、 相互补充”的原则。在虚拟仿真实验环节，我们设计了“专业基础课程-专业核心课程-工程应用仿真课程”这样的实践教学体系。

在专业基础课程里，包括了通信工程专业的基础课程电路原理、模拟电子技术和数字电子技术等课程，常用的虚拟仿真软件有Multisim、Altium Designer和Proteus等EDA软件。学生可以在电脑上利用以上的EDA软件搭建各种电路，并对电路进行测试和修改，这种虚拟仿真实验解决了以往传统实验中仪器陈旧，设备紧缺等问题。利用这种新颖的实验教学方式，有利于紧跟时代技术的发展，让学生接触到最新的设备和仪器，同时提高学生的学习兴趣，有利于培养学生的动手能力等。

在专业核心课程里包括了通信原理，信号与系统，移动通信等课程;这些课程我们可以采用Matlab、Labview、Multisim等软件搭建了几十种常用的元器件和常见的通信器材，包括电容、电阻，信号源、示波器，调制器、解调器、路由器等。虚拟仿真平台模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境。学生通过这种高度相似的实验环境做实验后，能提高对专业知识的理解和应用。特别对于通信系统的构建有了更深刻的，直观的理解。学生可以任何时间段内进入虚拟仿真平台，可以重复操作某个重要的實验，对某个不熟练或者掌握不好的实验再次进行实验，这对学生全面掌握实验内容和理解实验的内容起到很好的推动作用。除此之外，我们还可以利用我们的虚拟仿真平台，让学生进行实训操作、鼓励学生参加各类设计比赛、创新创业设计和进行毕业设计等。通过这些在虚拟仿真平台上的各类设计和实验，让学生在不限次数的各类设计和实验中增强自己的实践能力。

通过虚拟仿真教学实验，可以大幅节约实验教学经费和提高设备的使用效率。移动通信商业级别的设备一般只支持单用户操作，而且设备昂贵且复杂，维护和使用成本较高，因此像LTE这种昂贵的通信设备，推荐通过虚拟仿真的纯软件的方式解决LTE设备不支持多用户同时操作的问题，使得学生在无法进行实物操作的情况下，也能掌握好通信的基本原理，熟悉通信设备的内部结构和如何配置数据等。另外，可以提高实验室的开放程度，学生可以全天候的开展虚拟仿真实验。

总之，虚拟仿真实验室是将信息技术应用在教育领域的一次较大的突破，对于通信工程专业，虚拟仿真实验室作为一个实验教学的补充，通过硬件设备和虚拟软件相结合补充使用的方式，有利于学生将理论知识和实践教学相结合，让学生通过配置各种设备的参数，解决了一些通信设备不能多人同时操作的问题，再次，虚拟仿真平台可随着技术的发展，随时可以扩展和更新，这样可以大大降低了实验室更新的成本，同时，虚拟仿真实验室可以全天候向学生开放，可以大大提高了实验室的利用效率。在虚拟仿真实验教学中，充分体现了虚实结合，两者相互补充，这样能有效的提高学生的创新能力和实践能力，最终为培养应用型人才提供了有力的保障。

参考文献：

[1]李安，周南润，王玉皞.通信工程国家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）.

[2]陈英，王路露，张竹娴，周远，刘光灿.应用型本科院校通信工程专业虚拟仿真实验室的建设[J].长沙大学学报，2018，（5） ： 113-115.

[3]张晶，卢智嘉，王现彬，杨彦彬.与行业职业标准衔接的应用型人才培养模式研究以通信工程专业为例[J].石家庄学院学报，2019，（5）：157-160.

[4]徐军，张晓宇.移动通信实验系统软硬件设计与实现[J].实验室研究与探索，2015，（5）.

广西职业教育教学改革研究项目资助（编号：GXGZJG2018B153），梧州学院校级教育教学改革项目资助（编号：Wyjg2019A089），梧州学院校级教育教学改革项目资助（编号：Wyjg2019B017）。

黄容兰（1982-），女，汉族，广西梧州市，硕士研究生，讲师，研究方向为信息通信研究及实验室建设及管理。