虛擬仿真實驗教學中心建設的拓展與創新

王培丞

摘要：以建設虛擬仿真實驗教學中心背景入手，闡述虛擬仿真平臺的系統架構和內容，大膽創新，建設特色網站并引入人工智能，促進虛擬仿真實驗教學中心的建設和使用，為進一步教學改革積累了一定的經驗。

關鍵詞：虛擬仿真；實驗平臺；創新；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0265-02

一、引言

隨著科學技術的不斷發展以及社會對人才需求的變化，高等教育的理念、模式和方法必須變革，才能培養出符合未來需求的人才，為國家的繁榮富強提供保障。目前，我國高等院校的實驗教學條件得到了很大的改善，學生的實驗探究技能得到了長足的進步。但是由于各方面條件的限制，如場地、儀器和師資等原因，實驗室的設備和規模依然難以滿足廣大學生的實驗需求，學生能獨立參與實驗機會很少，學生的實踐能力和創新能力薄弱，教學效果有待提高[1]。因此，國家支持建立虛擬仿真實驗中心，加大實踐教學力度，推進實驗教學改革，拓展實驗教學空間和時間，充分應用科研資源和貴重儀器[2，3]，通過虛擬實驗平臺，實現遠程實驗教學、分批實驗教學及學生自主實驗教學，為學生提供更多的實驗機會和更靈活的實驗時間，旨在提高學生的實踐能力和創新能力[4]。

二、虛擬實驗平臺系統架構

虛擬實驗平臺的建設從具體需求著手，強調系統的可行性與實用性，并且要采用符合未來發展趨勢的設計方案，要確保技術的先進性和實用性。因此，在進行平臺建設時，必須要提供一個架構合理、功能全面的系統。良好的系統架構不僅能夠確保平臺運行的可靠性和穩定性，同時為系統后期升級和擴展奠定堅實的基礎。電子科技大學電子與通信系統虛擬仿真實驗教學中心由多個學院組成，包括5個實驗教學平臺，可以為電子科學與技術、信息與通信工程、儀器科學與技術等3個一級學科的12門本科專業核心課程提供實驗教學任務。但由于實驗實體分散在各個學院，在學生的跨學科學習、管理者統一組織以及教學成果展示等方面提出了新的挑戰?；谝陨显?，學校需要探索和建立新的管理機制和管理平臺，使實驗中心能不斷發展壯大，擴大應用范圍，并通過改革創新，滿足不同的教學需求，在人才培養中發揮應有作用。

電子科技大學通信與電子系統虛擬仿真實驗教學平臺系統架構如圖1所示，包括具體實驗平臺、數據處理中心和遠程訪問點。數據處理中心是整個實驗平臺的核心，具有實驗教學資源管理、實驗教學演示、實驗教學體驗等功能。遠程用戶通過校園網絡訪問數據處理中心，并進行相關虛擬仿真實驗。該平臺提供全方位的虛擬實驗教學輔助功能，支持動態更新實驗項目庫，教師按需自主創建實驗課程，共享實驗指導資料，學生在線提交實驗報告以及成績反饋、在線答疑、實驗教學效果評估等功能。同時，該平臺可擴展第三方的虛擬實驗課程資源或自建課程資源，為各類院校虛擬實驗教學提供服務并進行相應的應用。虛擬實驗平臺業務流程如2所示。

三、特色網站建設

電子與通信系統虛擬仿真實驗教學中心是面向全校師生的開放式虛擬仿真實驗教學管理和共享平臺，核心是用戶，用戶是網絡及其服務賴以生存的基礎。用戶直接通過門戶網站登錄平臺，并進行相關操作。門戶網站是用戶對平臺的第一印象，必須具有超強的展示度和明顯的專業特色。因此，在進行網站設計時，首要原則是突出學科特點，并在界面設計、人機交互以及其他方面設身處地為用戶著想，即以用戶為中心。同時在網站設計過程中，選擇適當超前的、先進的、開放的設計方案，力求網站簡潔大氣，具有自主特色。中心門戶網站采用Metro風格色塊設計，用純二維以及高度概括性弱化了視覺上的復雜性，讓用戶沒有過多的關注圖標本身，而是增加其辨識性和標識性，達到強化內容和信息的目的，清新的顏色和平面化的元素是整個設計的亮點。整個界面設計風格優雅，簡潔直觀，沒有過分華麗的炫目背景與功能圖標，提供給用戶一個美觀、快捷流暢的Metro風格的界面，使用戶能夠完全被他們所喜愛的內容所吸引，鼓勵用戶沉浸在實驗本身營造的體驗之中。

四、引入人工智能

人工智能被認為是21世紀三大尖端技術之一，近三十年來獲得了迅速的發展，在很多學科領域都獲得了廣泛的應用，并取得了豐碩的成果。中心堅持循序漸進、穩扎穩打的發展理念，同時又與時俱進、敢闖敢拼，引入智能機器人。該機器人基于人工智能應答引擎，具有強大的語義解析、上下文推理等能力，并已實現流暢的會話交互。當接收到用戶的提問后，后臺自動進行語義分析，并準確理解傳達的文字等多模態數據信息，進行多模態反饋?；趯嶒灲虒W平臺以及門戶網站建設，將核心知識庫系統嵌入到實驗教學平臺中，以知識庫系統建設為核心，努力打造成實驗教學行業頂尖智能教學機器人。智能教學機器人的引入，將極大地減輕教師教學壓力，加強學生學習的主動性和能動性。

五、結論

從實驗教學的最新發展趨勢來看，開展虛擬仿真實驗教學中心建設是新時期高效本科人才培養的一個重要環節，也是未來實驗教學發展的必然趨勢。在實驗教學過程中，要整合現有資源，改進和完善各個實驗模塊，同時要大膽創新，為實踐教學和人才培養提供使用方便、效果明顯以及潛力巨大的實驗平臺。

參考文獻：

[1]王建立.虛擬實驗的教學與實踐[J].新課程：下，2015，（7）：21-22.

[2]中華人民共和國教育部.關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[教高司函（2013）94號].2013.

[3]王衛國.虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：5-8.

[4]楊志強.強化實驗教學示范中心建設，促進創新人才培養實驗室研究與探索[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：130-132.