于文波

摘 要： 實驗教學環(huán)節(jié)在高等學校起著重要的作用。應有效開展實驗室的建設工作，充分發(fā)揮其在實踐性教學和科學研究中的作用。本文分析了目前實物實驗室存在的問題，探索了虛擬實驗室建設的必要性，提出了開放式虛擬電工實驗室建設方案，促進了電工實驗室的發(fā)展，為電工實驗教學改革提供了保障，提高了實驗教學質量。

關鍵詞： 開放式 電工實驗 虛擬實驗室

電工實驗室是大多數(shù)工科院校都設立的基礎實驗室，隨著高校改革的深入發(fā)展，開放式教學、虛擬實驗教學等新的教學模式不斷涌現(xiàn)，建設高水平、與新的教學模式相適應的實驗室已經成為實驗室建設的一個關鍵問題。傳統(tǒng)實驗室建設方案已不能完全滿足實驗教學改革的需求，故實驗室建設創(chuàng)新勢在必行。

一、傳統(tǒng)實驗室存在的問題

大多數(shù)高校開展實驗都是采用實物形式進行實驗教學的，這種形式讓學生對實驗有比較深的感性認識，同時存在如下問題：

1.實驗室建設費用高昂。傳統(tǒng)實驗教學主要依賴費用高昂的實驗設備，存在前期投入大、后期維護費用高，開展過程受時間、地點、人力、物力、財力限制等問題，致使實驗教學無法有效開展，嚴重影響教學質量。

2.實驗內容較為陳舊。在科學技術飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)實驗教學內容往往跟不上新知識和新技術的產生，不能讓學生及時了解前沿知識和技術，導致學生思維得不到拓寬。

3.實驗教學形式單一、教學手段落后。實驗教學依附于理論教學，一般都是老師講、學生聽的傳統(tǒng)灌輸式教學模式，且驗證性實驗和孤立的單元性操作實驗多，設計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗少，大大抑制學生的創(chuàng)新思維，使學生的創(chuàng)造能力得不到培養(yǎng)，個性得不到發(fā)展。

4.實驗學時少。實驗學時與總學時的比例不到20%，甚至有些專業(yè)的不到13%，遠遠不能滿足實驗教學要求。再加上教師除了上實驗課外很少進實驗室，教師和學生對實驗的重視不夠，學生的動手機會大大減少，動手能力、獨立分析問題的能力得不到有效鍛煉。

5.不能因材施教。隨著高校規(guī)模不斷擴大，學生數(shù)量不斷增加，學生層次多樣化更加顯著。以往教學模式都將學生同等對待，使動手能力強的學生“吃不飽”，能力較差者感到吃力，實驗教學目的很難達到。

隨著高校教學改革逐步推進，實驗室建設的進一步信息化、人性化，高校開展實驗工作變得更加繁重和復雜，這就迫切需要采用計算機信息化技術對傳統(tǒng)實驗教學進行有效地補充。由于高校網絡非常普及，利用網上虛擬實驗室進行輔助教學，可以很好地解決上述傳統(tǒng)實驗教學存在的問題，更好地培養(yǎng)學生的診斷、分析、設計及創(chuàng)新能力。

二、虛擬實驗室建設的必要性

為貫徹《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》有關精神，加強優(yōu)質教育資源開發(fā)與應用；加強網絡教學資源體系建設；建立虛擬實驗室。建立開放靈活的教育資源公共服務平臺，促進優(yōu)質教育資源普及共享。加強我校學生實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)，提高學校人才培養(yǎng)質量，推進我校實驗教學內容、方法、手段、隊伍、管理及實驗教學模式的改革與創(chuàng)新，探討新形勢下我校實驗教學的新思路、新模式。

為此，我校迫切需要建立一個網上虛擬實驗室，對外公開發(fā)布并可與教務系統(tǒng)集成，提供虛擬實驗課程仿真平臺、典型實驗、實驗教學安排、實驗過程指導、實驗結果批改、實驗報告提交、成績管理和統(tǒng)計導出等功能。提供全方位虛擬實驗教學輔助功能，為虛擬實驗教學環(huán)境提供服務并開展實際教學應用。

虛擬實驗是以現(xiàn)代教育理論為指導，以計算機仿真技術、多媒體技術和網絡技術為依托而建立的一種新型實驗教學系統(tǒng)。利用計算機模擬真實的實驗環(huán)境，通過信息網絡操作實驗設備，為實驗教學提供一種全新的教學模式。虛擬實驗利用計算機技術實現(xiàn)各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者以交互的方式進行實驗操作，可以像在真實環(huán)境中一樣完成各種預定的實驗項目，最大限度地模擬真實實驗的場景，并提供與實際實驗操作方法相類似的實踐體驗。虛擬實驗教學通過依托日益普及的微機和網絡環(huán)境，為信息時代的實驗教學提供一種全新的教學模式，既能再現(xiàn)真實實驗的全過程，又能克服傳統(tǒng)實驗的各種制約和弊端，有效解決目前實驗教學中存在的諸多問題，達到優(yōu)化教育資源、有效提高教學質量的目的。

三、開放式網上電工虛擬實驗室的建設方案

如圖1所示的開放式網上電工虛擬實驗室的構建包括兩部分：服務器區(qū)和實驗終端區(qū)，服務器區(qū)默認安裝了虛擬實驗教學系統(tǒng)，供實驗終端進行訪問，同時保存學生提交的實驗報告和實驗結果、實驗相關記錄，以及其他一些數(shù)據(jù)。實驗終端區(qū)將提供用戶一個實驗仿真平臺，用戶根據(jù)實驗要求在實驗仿真平臺進行實驗。開放式網上電工虛擬實驗室建設的主要設備及實驗項目詳見表1。

四、結語

實驗室建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要在實際工作中進一步探索研究，不斷創(chuàng)新。開放式網上電工虛擬實驗室的建設能夠實現(xiàn)開放式教學和遠程教學，改善實驗教學手段，對電工實驗的教學改革及培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力具有重要意義。

參考文獻：

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課題來源：沈陽工程學院電力系統(tǒng)及其自動化省級虛擬仿真實驗教學中心建設項目