电工电子虚拟仿真实验教学平台建设的探索

　1 传统电工电子实验教学模式存在的问题
电工电子实验中心成立于1984 年，是我校工科学生的专业基础实践场所。为我校7 个二级学院的13 个理工科专业服务。承担电工电子类实验、实训等，承担实验课程数为23门，开设了《电路基础实验》、《电工与电子技术实验》《数字逻辑电路实验》《电工学实验》及《电子实习》、《电工实习》等实践课程。独立设课实验9 门，实验项目47 个。年实验人时数达6-8 万。
近年来，电子相关企业发展迅速，人才需求迅速增加，招生规模也逐步扩大，电工电子教学与实验中心现有实验室的规模及仪器设备套数已不能完全满足人才培养的需求，传统电工电子实验教学模式存在的问题日益突出：（1）传统的实验教学因实验时间和实验地点的限制，学生在预习时往往只是纸上谈兵，只能看实验说明书，而无法练习操作，对实验的原理和实验操作难以理解。（2）由于学生人数较多，造成实验室紧张，而且实验设备又容易损坏，难维护，更新较慢，经常造成实验难以正常进行下去或者只能多名学生挤在一个实验台来凑合操作。（3）传统实验大多数以验证性为主，实验内容单一，学生无需思考，按部就班地按照实验步骤就冲冲做完实验，来不及反复思考，验证每一步的为何这样操作，或者尝试其它的操作方法，使理论学习过于理想化，实验动手操作过于流程化，由于学生人数多，实验学时少，老师不能每位学生都能指导到位。验证性实验比例偏大，难以培养学生综合设计能力，缺乏设计性和创新能力的培养。（4）受实验室资源限制，时间安排不合理。电工电子系列课程实验通常安排在大二这年陆续展开，该阶段学生理论课程安排紧，空余时间较少。而实验教学课时量大，授课班级多，在课程安排上经常发生冲突，有时不得不占用教师和学生的课外休息时间，在某种程度上影响到教学效果，难以达到预期的实验要求。
（5）学生层次不一，设计性和创新性实验难以开展，缺少有效
的分层次培养运行机制及管理平台。
2 电工电子实验的虚拟仿真教学平台建设
电工电子实验教学示范中心通过建设虚拟仿真网络信息化平台，把虚拟仿真实验作为传统实验教学的完善与补充，最大限度地拓展电工电子实验教学的时间和空间，丰富其内容和形式，取得了较好的效果。结合学科和专业特点，已初步建成了具有中心特色的教学与管理一体化的虚拟仿真实验教学平台。
2.1 虚实结合的实验教学资源
虚拟仿真实验教学必须建立在传统实验教学的基础上。虚拟仿真实验突破了空间、时间、条件的限制，具有高度灵活性和扩展性，能够结合工程实际模拟复杂的工程项目，也能实现传统实验室受条件限制不能完成的实验内容。同时，虚拟仿真实验形式新颖，内容丰富多样，容易激发学生的研究兴趣和创造性，开拓学生视野，对培养创新型人才起到不可忽视的作用。而传统的真实实验则是将书本理论落到实处，对扎实学生基本功，培养动手能力有着不可替代的作用。真实实验与虚拟仿真实验必须是互补的关系，虚实结合，二者缺一不可。如何将二者有效结合，发挥一加一大于二的作用，是虚拟仿真实验教学资源建设的重点。
实验中心经过不断摸索，最终将虚拟仿真实验资源集中在以下两个方面：（1）预习实验。将虚拟仿真实验引入课前预习。利用多媒体技术，把所有的基础部分，如电子元器件的识别，仪器仪表的使用，电子实习中的焊接练习操作规程，基本实验、选做实验及有些知识点没有开设的实验项目等等，我们老师把这些都做成视频放在网站的平台上，让学生实时都能点击学习，让学生在自己的头脑中预想做实验，对所做实验有一个理性的认识；其次利用仿真软件在计算机上做实验；最后在实验室进行真实实验，从而加深学生基本理论知识的理解和掌握，仿真实验界面使用实验台和仪器的真实面板一样，学生可在课前通过虚拟仿真实验熟悉仪器设备的基本使用和操作方法，教师在课堂上讲解仪器设备的使用时，学生接受的很快，就节省课堂时间了，留给进行实际操作的时间相对增加，提高教学质量。（2）高危实验。高危实验指实验条件具有危险性，在实验过程中有人身安全隐患，或者可能造成仪器设备损坏的实验项目。比如电工实训，都是强电，我们要求学生必须先在网络平台上做仿真实验，然后才能进入实验室实际操作。
2.2 虚拟仿真教学平台的功能
（1）综合选课。综合选课系统是实验课程和预习实验的管理平台，包括课程管理模块、实验管理模块、选课模块、学生管理模块、系统管理模块等，功能完整。在平台设计过程中，根据中心的实际情况做了很多优化，最终完成的系统简单易用，并且具有显著的中心特色。学生在该平台在线选课可以在一定限度内自由调课，既做到了开放教学，又对学生进行了有效的约束。学生也可以在该平台在线预习，系统能够自动为预习结果打分并保存，老师也可以在平台上安排各种教学任务，导入教学计划、导入选课班级等。通过信息化的手段有效地提高了教师和学生的效率，还可以在线答疑批改作业。
（2）虚实结合实验设备及其在线管理。中心部分仪器，如示波器、信号源、电源、万用表等，均有无线上网功能，可通过网络控制在线读取实验数据。一般仪器及大型仪器购置都可以直接在网上申报，仪器借用、维修、报废、调拨这些繁琐的事情都变成简单化了，只要提交申请，管理员看到就可以直接受理了，不再需要老师跑来跑去了，节约人力物力，实现无纸化办公，为国家节约财富，网上办公节约老师时间，可以多指导学生学习。
（3）信息化教学和管理手段。利用信息化技术手段，中心开发了一些辅助教学和管理的内容，在学生自由刷卡进出实验室的前提下，门禁和监控是实验室开放运行的基础和安全保障，学生和老师只要提前和管理员预约，就可以在自己选择的时间段内自由出入实验室。
同时，设有全天开放的科协工作室，为参加各类竞赛的学生提供实训场地，方便学生从设计，制作、到调试的全过程。我们的学生每年都参加电子设计大赛、机器人大赛、机械创新设计大赛，每次参加竞赛的学生都能满载而归。
（4）安全教育。将实验安全教育，制作成试题库，新生入学注册后想进实验平台做实验，首先必须在安全教育试题库抽题，考试合格才可以进入网站学习及后续的课程实验操作。
（5）网站建设。中心网站的主要作用是整合实验资源，发布新闻和各类信息，起到对外展示和交流的作用，实现优质资源的开放共享。中心十分重视这项信息化建设工作，不仅设置了独立的IP 和服务器，还有专人负责网站的更新和维护。中心网站运行良好，具有较好的对外宣传和辐射作用。
3 结论
电工电子实验教学示范中心通过建设虚拟仿真网络信息化平台，把虚拟仿真实验作为传统实验教学的完善与补充，最大限度地拓展电工电子实验教学的时间和空间，丰富其内容和形式，取得了较好的效果。需要注意的是，作为传统实验的重要补充的虚拟实验，不应该完全替代传统实验方式。在有条件的情况下，要虚实结合，尽量安排学生接触实物进行操作，这样才能让学生更好地掌握实际操作技能，处理各种实际问题。