计算机虚拟仿真实验教学中心的建设研究与教学实践

计算机虚拟仿真实验教学中心的建设研究与教学实践

作者：赵婧李思嘉

来源：《计算机应用文摘》2022年第04期

关键词资源共享虚拟仿真实验教学

1引言

2018年，教育部决定开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作，以适应信息化条件下知识获取和传授方式等要求。近年来，计算机虚拟仿真技术在计算机专业类[1] 、医学类[2] 和土木工程类[3] 等诸多领域得到广泛应用。尤其在大中专高校中，计算机虚拟仿真技术被应用于实验教学领域[4⁃6] ，在原有实验教学的模式下，开创了新的教學模式，满足了学生学习的需求，扩充了大中专高校的教学资源，有效提高了大中专高校实验教学质量。

在大中专高校的计算机专业类课程中，除了理论教学外，大多数都需要进行实验教学。计算机基础类和程序开发类等计算机课程只需要配置计算机实验室，但是网络工程、物联网工程以及通信工程等专业需要配置专门的实验室，这些实验室的很多实验器材较为昂贵，因大中专高校经费不足，很多课程无法开设。自本校建设计算机虚拟仿真实验教学以来，不仅满足了学生实验的需求，还节省了高昂的器材费用。

2开放式虚拟仿真实验平台的研究

大中专高校普遍存在办学资金紧张现象。由于本校计算机实验教学示范中心经费和设备不足，因此目前多门计算机类专业课程无法进行实验教学，甚至多门课程无法正常开设。为增加实验教学资源，满足实验教学需求，本校引进了开放式虚拟仿真实验教学平台。

该平台的各个模块相对独立，可扩展性好，方便集成多种实验教学系统。目前，该平台提供了全方位的虚拟实验教学辅助功能，包括中心门户网站、实验教务管理、实验教学管理、实验前理论知识学习、实验过程智能指导、实验结果自动批改、实验报告提交、实验室开放预约管理、互动交流通知系统、系统管理等功能。如图1 所示。

2.1系统登录

在使用开放式虚拟仿真实验平台时登录对应的网址，其首页页面正中间提供了登录功能，供用户使用自己的用户名及密码登录系统。当前，该系统有六类角色，分别是教务、实验室管理员、学生、老师、内容管理员及系统管理员。

2.2教务管理

教务负责人根据本学期教学任务书，对计划开设虚拟仿真实验的课程进行教务管理。教务管理主要包括学期配置管理、课程管理、培养计划管理、开课管理和课表管理。

2.3实验教学管理

教师用户登录系统可见教师向导图，按教学课程分类，选择课程后继续进行下一步操作。教师用户可以设置实验库、布置实验，并进行考勤管理、实验批改和成绩到处等。

2.4学生选课及实验

学生用户进入系统可见一张向导图，学生可以进行选课、理论测试、虚拟实验和实物实验等。

2.5实验室开放预约管理

实验室管理指的是实验室负责人高效地管理和分配实验室资源，包含添加实验室、实验仪器管理、考勤管理、预约工位和预约实验室审核、设备借出与收回等功能。

该平台采用模块化设计，易于扩展，可集成多种计算机类专业课程实验教学系统，从而满足多课程的教学实验，方便计算机虚拟仿真实验教学中心负责人对所有计算机类虚拟实验教学系统的统一管理，提高了计算机虚拟仿真实验中心负责人的工作效率。

3开放式虚拟仿真实验平台的教学实践

目前，该平台集成了计算机组成原理、通信原理、单片机应用技术系统、高频电子电路和模拟电路等14门计算机类专业课程的实验教学软件，这在很大程度上扩充了本校实验教学资源，促进了大中专高校实验教学的深入发展。这里以计算机组成原理课程为例，简单描述该课程的实验教学软件。

计算机组成原理虚拟实验系统是针对大中专院校开设的“计算机组成原理”实验课程配套开发的虚拟实验环境，系统提供了与计算机组成原理实验教学实验箱中同等功能的元件、芯片和导线等，模拟真实实验环境，并提供了在线实验教学管理模块。

实验操作平台界面包括实验平台、器材库、实验库、菜单栏和工具栏等部分。其中，器材库主要由芯片库、平台器件、导线连接等组成，学生根据教师布置的实验任务在实验平台添加平台器件等，然后进行布线，最后验证方案。这里以经典的组间串行进位16位运算器实验为例，展示最终的实验结果。如图2所示。

学生在完成实验的过程中，需要按照教师布置的实验要求记录几组运算数据，并将实验数据以及实验结果截图写入实验报告中，通过学生端提交实验报告到教师端。截止时间一到，任课教师可以通过教师端批改实验报告并给出实验成绩。实验室实物实验与虚拟仿真平台虚拟实验的这种虚实结合的教学模式，拓宽了课程的实验范围，增加了学生对专业知识的理解能力，提高了学生的学习兴趣。

4结束语

本校建设的计算机虚拟仿真实验教学中心，打破了原有实验室在空间、时间、地点上的局限性，节省了实验室设备开支，扩充了大中专高校实验教学资源，创设了“线上+线下”虚实相结合的实验教学模式，实现了多课程和多地区的实验资源共享，为大中专高校培养人才提供了参考。但是，该虚拟仿真实验教学平台也有不足：第一，平台集成的很多实验教学软件在正常运行之前需要下载各种插件，并且插件还需要更新升级，给师生使用该软件带来了很大的障碍;第二，非校内网用户登录该平台需要登录VPN 账号，因为本校VPN 账号容量有限，这在一定程度上限制了实验教学资源的共享。今后，我们需要改善平台使用环境，进一步提高师生的学习效率。