基于虚拟仿真技术的电子学科实验平台的创建

杨雯淏 李 茜

(天津大学 天津 300072)

最近几年，在我国科技水平的不断提高下，虚拟仿真技术应运而生，该技术凭借自身高准确性、强灵活性等特征，被广泛应用于电子学科实验平台创建中，不仅有效地创建了虚拟化场景，为用户提供了良好的互动体验服务，还保证了平台的稳定性、可靠性和安全性。因此，为了实现对实验实践教学模式的改革和创新，进一步提高高校电子信息化人才培养质量，在虚拟仿真技术的应用背景下，如何科学创建电子学科实验平台是技术人员必须思考和解决的问题。

一、平台创建思路

（一）体系化的分层次虚拟实验教学

电子信息类专业课程主要包含以下三个组成部分，分别是基础课、专业课、实践课。为了进一步提高仿真实验教学效率和效果，技术人员要扩大仿真实验教学覆盖面，使其包含以下五个阶段：1.电路和器件。通过利用各种仿真系统和相关工具软件，完成对半导体物理与器件相关实验环节的科学设计[1]。2.信号处理。通过利用DSPbuilder工具软件，完成对信号的规范化、科学化采集、处理。3.通信传输和控制。通过利用Simulink工具，完成通信传输实验和通信控制实验。4.单元和系统。通过利用Proteus工具，完成对集成系统相关核心功能的科学设计，为保证功能单元的实现效果提供重要的依据和参考。总之，通过落实以上五个阶段的仿真实验教学[2]，可以帮助学生将零散的电子信息知识进行有效地汇总和整理，从而完成对系统化、全面化电子信息理论体系的制定和完善。

（二）科学研究与实践教学良性互动

在这一环节中，将实验教学与科研进行充分结合，不仅可达到以教促研的目的，还能起到以研促学的作用，确保教研相辅相成，共同发展。另外，还要在实验教学中引入部分科研成果和高效的科研方案，引导学生学习部分科研案例，为学生打造生动、有趣的实验教学课堂，从而帮助学生丰富知识面，实现对系统化、完整化实验教学体系的制定和完善，为后期更好地培养电子信息化人才提供重要的依据和参考。最后，还要引导学生充分利用课余时间积极主动地参与到科研项目开发中，为进一步提高学生理论与实践相结合的能力，培养学生的创新创业能力发挥出重要作用。

（三）教学资源优质性与可持续性

为了更好地提高大学生的创新创业意识，技术人员需要将实验教学与虚拟仿真技术充分结合，确保实验教学资源的优质性和可持续性。在这一过程中，首先，要在充分结合科研项目的基础上，根据工程当前面临的问题[3]，从各种虚拟仿真实验项目提炼出更多有价值的设计灵感，同时，严格按照如图1所示的实验平台案例库建设流程，将这些案例库项目科学、高效地应用于实验教学中，此外，在拓展实验教学项目相关功能后，还要将科技项目申报工作落实到位，在此基础上，采用产学合作的方式，不断修正、优化和完善科技项目，以保证该项目的可持续化优化效果[4]。最后，还要不断修改、优化和完善动态化实验教学体系，同时，对实验教学案例库进行实时更新，从而实现教学资源的高效共享，提高优质教学资源的利用率。

图1 实验平台案例库建设流程

二、平台设计

在传统实验模式下，所开展的虚拟仿真实验项目，难以有效培养学生的创新能力和综合应用能力，为了解决这一问题，现以“虚拟仿真技术”应用为例，在综合应用多媒体、数据库、计算机仿真等相关技术的基础上，实现线上与线下、课内与课外、现实与虚拟的充分融合，确保实验教学方法的全面改革和创新[5]。在虚拟仿真技术的应用背景下，电子学科实验平台主要包含以下三大类型，分别是基本实验教学、企业合作共享、科研成果转化。平台组成架构设计示意图，如图2所示。

图2 平台组成架构设计示意图

（一）基本实验教学资源虚拟仿真教学平台设计

该平台所涉及的虚拟仿真实验内容主要体现在以下几个方面，旨在提高学生的信息化素养。1.电子设计。在电子设计这一环节中，技术人员除了要完成对数字电路系统功能的设计和开发，还要重视对相关仿真实验的开展[6]，此外，还要做好对模拟电路系统的设计以及相关仿真实验的开展，为保证电子设计整体水平，提供用户的使用体验打下坚实的基础。2.系统设计。在系统设计这一环节中，技术人员要重视对参考路由器以及系统集成虚拟的设计，同时，还要开展程序设计仿真实验[7]，保证仿真实验结果的精确性和真实性。3.工程应用。在工程应用这一环节中，技术人员要根据运动控制应用需求，在保证仿真实验操作步骤规范的基础上，对工业虚拟仿真实验操作流程进行不断修改、优化和完善，为保证最终实验结果的精确性和真实性产生积极的影响。

（二）科研成果转化资源虚拟仿真教学平台设计

为了确保仿真环境的安全性和可靠性，技术人员还要重视对科研成果转化资源虚拟仿真教学平台设计。该平台主要由以下两个部分组成，分别是虚拟现实平台、软件共享实验平台。通过完成这两种子平台的设计和开发，可以更好地提高学生的应用新技术能力，为进一步提高学生的信息化素养发挥出重要作用。此外，还要根据国家级优势特色学科开设需求，将电子科学、电子信息工程作为重点特色学科，对学生开展素质教育，保证高校人才培养质量创造良好的条件，这样能保证特色学科构建成果，为充分发挥和利用人才培养优势起到积极的促进作用。

（三）校企合作共享资源虚拟仿真教学平台设计

该平台主要由以下三个部分组成，分别是虚实结合实验平台、物联网虚拟实验平台和信息化实验教学平台。该平台在具体设计中，需要以培养学生的工程应用能力为主要教学目标，在全面提升学生创新意识的基础上，帮助学生更好地解决工程实际问题。同时，要借助工程通用仿真软件，逐级开展以下实践培养环节，如电路仿真设计、产学研项目开发、虚实融合调试等环节[8]，同时，要与相关行业应用之间建立良好的对接关系，为后期更好地培养信息化技术人才提供有力的保障。最后，还要借助该平台，引导学生通过动手实验，全面了解掌握工业现场应用情况，使得学生树立工业自动化管控思想，为实现各种控制系统的科学调试创造良好的条件。

三、示范性虚拟仿真实验教学项目建设

在虚拟仿真技术的应用背景下，为了更好地验证电子学科实验平台的可靠性和有效性，技术人员要在借助虚拟仿真平台的基础上，开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作。在这一过程中，首先，要将教学项目划分为以下几个组成部分，分别是验证性仿真实验、系统仿真实验以及电子技术相关的仿真实验等。然后，利用工程仿真软件，根据实验教学相关需求，完成对复杂化、多样化电子系统一系列核心功能的设计和开发，这样才能从根本上降低项目建设成本，确保通信系统仿真结果的精确性和真实性，为实现多个系统仿真数据的自动化共享和互通打下坚实的基础。另外，还要采用对接行业的方式，不断规范和约束虚拟仿真实验操作，为后期培养出符合社会需求的高能力、高素质、高质量的电子技术人才创造良好的条件。在线虚拟仿真实验教学流程如图3所示。

图3 在线虚拟仿真实验教学流程

四、结束语

综上所述，在虚拟仿真技术的应用背景下，电子学科实验平台在创建和应用方面取得了极大的突破和创新，该平台不仅功能强大，通用性强，具有良好的用户体验，还在高校教育领域中取得了显著的应用效果，因此，深受广大师生的青睐和喜爱。为了方便后期平台的维护和升级，需要相关软件开发人员再接再厉，用更加优雅的代码扩充更多适用的功能，促进电子学科实验平台健康、可持续发展，为提高其应用价值和应用前景提供有力的保障。