电子电气与智能信息虚拟仿真实验中心建设探索

陆华才

（安徽工程大学，安徽 芜湖 241000）

随着信息技术的快速发展以及高等学校对实验教学要求的不断提高，虚拟仿真实验教学在高等学校的应用日益增多。它可以弥补实体实验室在实验条件、实验成本、安全性等方面的不足。2016年安徽工程大学电子电气与智能信息虚拟仿真中心入选安徽省省级虚拟仿真实验教学中心，本文以该虚拟仿真中心为例，总结和探讨建设经验、存在问题和发展思路，并结合学校的实际教学与科研情况，以及“创新”“发展”的理念，提出进一步扩大虚拟仿真实验室的建设思路。

1 建设目标与现状

我校电子电气与智能信息虚拟仿真中心的建设理念是“学科融合、教研相长、虚实结合、开放共享”。基于这一理念，建设工作全面展开。主要体现在如下几个方面：

1.1 学科融合

中心的“电子电气与智能信息虚拟仿真实验教学中心”基于我校模拟实验、虚拟仿真方面长期研究的积累，开展电子电气与智能信息方面环境系统计算仿真模型、虚拟仿真实验底层平台的开发与建设，并最终实现电子电气与智能信息综合虚拟仿真教学。通过电子电气与智能信息相关学科知识体系的交叉融合，专业技术与现代信息技术的融合，实体实验与虚拟仿真实验的融合，理论教学与实践教学的融合，填补电子电气与智能信息科学系统性虚拟仿真实验教学的空白。

1.2 教研相长

科学研究在模型构建、数据资源、技术开发等方面为虚拟仿真实验教学提供全方位的支持。在科研成果转化为虚拟仿真实验教学资源的同时，教学实验的设计、虚拟仿真实验课程中师生互动、学生的虚拟仿真创新实践活动都促进了相关领域的科学研究。

1.3 虚实结合

多年来，我校与国内外一流公司在虚拟仿真实验平台设计和开发方面形成了战略合作关系，如与中电鑫龙电器股份有限公司、奇瑞汽车股份有限公司等长期的校企合作提供了中心发展的强大技术支持和独特行业资源，使中心具备了先进的设备和持续的创新能力，能够更好地展现电子电气与智能信息环境系统中真实实验无法观测的现象和运行机理。

1.4 开放共享

安徽工程大学“电子电气与智能信息虚拟仿真实验教学中心”通过自主研发与合作开发相结合，坚持以服务多个专业本科实验实践教学为主要目标，对虚拟仿真实验教学进行了科学的规划，开发了统一的教学管理系统为虚拟仿真实验教学中心的所有专业实验项目提供从学生选课、实验课程安排，到实验记录和报告、实验考核和成绩管理，以及统计历年实验项目等教学管理服务。上述软硬件资源、实验项目资源和教学管理资源在相关专业间实现共享。

2 虚拟仿真实验教学中心建设必要性

电子电气与智能信息面向教育国际化和科学技术迅猛发展的趋势，面对经济发展对高等院校电子电气与智能信息方面专业教育的新要求，不断深化教学改革，努力提高硬件设施和人才培养质量，但是技术的快速变革使得人才培养的实践教学环节遇到很多难题。电子电气与智能信息方面专业具有较强的过程性、实践性、应用性和综合性。对电子电气与智能信息方面专业的人才培养提出了更高的要求，这意味着专业教育不但要更加强调实践创新能力，还要求具备在建设全过程的资源整合能力和系统思维。然而，受电子电气与智能信息方面专业特点以及开展实习、实践、实验等教学活动所需场地、时间、经费及安全等多种因素的制约，传统的实验实践教学仍然普遍存在一定问题。主要包括：

2.1 实验方式及硬件设施的局限造成的不足

对于传统的电子电气与智能信息方面专业实验方式，大部分学生进行实际操作一般以小组为单位，这样不能让所有学生亲自动手完成整个实验过程，不能较好地掌握实验操作，导致学生走向工作岗位之后对于实践操作显得很茫然。

对于电子电气与智能信息方面相关实验中所涉及的一些大型精密仪器设备，学生大多只能通过示教教学方式进行学习，缺少实际动手的机会，而这些实验项目又是科研发展的关键性实验，但是虚拟教学则能够随时满足实践教学的需要。

2.2 学生对于实验及实践教学环节缺乏自主性

现有的实验与实践，大多为教师指导学生，也就是“顺着学、照着做”，很少能让学生有机会开展自主独立实验项目，不能较好地锻炼学生的综合实践能力，同时也无法让学生体验实验操作失误带来的严重后果，使得学生“知其然，不知其所以然”。建设虚拟仿真实验教学中心可以解决上述问题，因此非常必要。

中心的建设思路是从学校当前本科生课程教学体系的实际需求出发，充分利用和整合现有的实验教学资源、教师资源和网络基础设施资源，按计划分步实施虚拟仿真实验教学中心的建设。为学生和教师提供一个可以通过校园网在任何时间任何地点进行开放性、设计性、创新性的教学科研实验环境。待条件成熟后可向全校师生开放，实现资源共享。

3 虚拟仿真实验教学中心特色与创新

安徽工程大学电气学院有着近40年的办学历史，师资队伍和科研能力位居学校榜首，几十年的积累形成了鲜明的办学特点，其中国家级特色专业自动化，入选了安徽省“卓越工程师教育培养计划”。电子电气与智能信息虚拟仿真试验教学中心根据虚拟仿真实验教学的目标规划，将虚拟化、数字化实验室的建设作为实验教学建设与改革的重要方向，在虚拟化实验平台建设的理念、模式、功能与安全四个方面进行了创新性工作，形成了自己的特色。

3.1 虚拟仿真实验教学中心的跨学科培养与平台管理模式

中心以应用能力和创新能力培养为主线，构建课程实验、基于项目的综合实践和实操训练与科技创新三个递进的培养层次，采用“研究性实验教学项目驱动式实践”和“实战式体验的实验教学方法”，与学研产紧密结合，与行业企业紧密结合，提出以知识密集、更新快、创新性强、专业融合为特征的跨学科“大信息”培养模式。建设具有“大信息”特色的立体化虚拟实验教学方案，构建贯穿本科四年并与硕士研究生培养相衔接的多层次和多形式的实验教学模式。通过开展多元化实验训练，最终构建实现功能综合、开放有序、立体协同的开放型多方协同虚拟实验教学体系，进一步推进虚拟仿真实验教学中心向集约化功能发展，推进实验室资源的整合优化，推进教学科研的有机结合，为应用型、创新型人才培养创造更为有利的条件。

3.2 虚拟仿真实验教学平台的功能创新

中心的虚拟仿真实验教学平台除了常见功能外，更重要的是提供了以交互教学为特点的自主学习系统，该系统包括以下新颖的功能模块：虚拟实验反馈功能、云仿真功能、文献数据库模块、理论课程模块、学术博客、虚拟实验平台的安全策略创新等。

4 结束语

本文以安徽工程大学为例，探讨了应用型本科高校虚拟仿真实验室建设的必要性和目前建设过程中存在的问题，以及解决的措施、方法等。通过分析总结了建设中的一些特色做法，提出了一些虚拟仿真实验室建设发展的建议。