虚拟实验系统在教学中的发展路径

　　1.现状分析
　　目前，院校的理论教学大多涵盖有相应的实验实习教学，随着电子设备水平的不断提高，学生学习内容日益丰富，学习者的任职教育标准逐步提高，教学实践与实习设备的矛盾越来越突出。一方面，理论和原理知识繁杂抽象、难于理解掌握，另一方面，设备、装备的掌握使用又建立在理论知识的理解基础上，然而由于种种原因，实验实习设备和实践装备短时期又难于配备齐全，无可避免地影响了教学计划的全面实施。因此，探索缺少实验实习设备情况下的教学措施和方法尤为重要。
　　2.指导原则
　　要合理开展实验实习设备不足情况下的理论教学，既要把握实践教学的宗旨，合理分配理论、实践教学的课时比例。理论教学是主体，实践教学是基础理论的实际应用，要明确二者的主次地位。又要保证教学质量和良好的经济效益。教学手段和方法要得当，确保教学任务的顺利完成，又要能使有限的教学经费取得良好的效益。
　　针对院校理论教学演示环节的现状，切实结合教学需求和学生学习状况，正确处理好理论教学和演示环节的主次作用，全面合理开发虚拟实验系统，要着重把握以下方面。
　　一是虚拟教学要贴近教学，针对教学实际需求。虚拟实验系统要实现理论学习的主要演示功能，满足教学和实习的实践需求。虚拟实验系统的开发应该将相关演示功能展现出来，体现教学需求相关操作和知识。二是虚拟教学要设计合理，功能完善。虚拟实验系统虽然通过软件编程模拟实际的功能，但要充分考虑理论知识的代表性实验环节和设备使用的具体条件，虚拟仿真模型的建立要贴近设备实际。三是虚拟教学要满足任职需要，全面提升学生素质。虚拟实验仿真系统开发不能仅限于实现单一功能，应该结合实际开发相应系统的训练程序，要满足任职需要，促使学生得到全面的训练。再者，虚拟实验系统要在教学实践中进一步充实完善。
　　电子设备更新速度较快，设计开发人员的技术水准逐步提高，学生在使用过程中会提出一些问题和建议，虚拟仿真系统针对某一教学需求开发，必须在使用中不断更新完善，需要留有一定的扩展接口，为类似的教学训练提供通用平台，既要增加新功能，新模块，又要提高系统的通用性和推广性。一个项目的成功研制，要为以后研制其他类型的虚拟实验系统提供技术储备，以便推广至其他类型的教学需求，提高其通用价值。
　　3.无线电虚拟实验系统设计
　　3.1 设计目的
　　通信设备教学是培养通信人才的重要教学内容，是将原理知识与设备操作相结合的过程。通信设备水平在不断提高，新装备新技术的掌握，很大程度上取决于基础理论知识的学习。电工无线电原理是无线电设备课程的理论基础，涉及到电子元件、微机原理、电路分析、通信原理等方面，理论性强，复杂抽象，学生掌握难度较大。因此，建设机载无线电虚拟实验系统能够解决教学实践与理论知识的矛盾，方便学生的理论学习，而且能够节省大量的训练经费，达到高效节省的目的。
　　3.2 设计方案
　　无线电虚拟实验系统，是研究为适应无线电原理及设备教学而构建的模拟实验系统，必须围绕相关原理讲解及设备使用，满足不同期班、不同层次的教学需求。首先要准确定位，全面合理确定设计内容。以无线电课程的教学内容为主体，涵盖相关原理、设备教学的全部内容，包括无线电元器件、电路分析、电子线路、通信相关理论等，仿真原理的主要工作过程，演示工作波形。其次要主次分明，原理和设备的比重合理分配。以基本原理为主线，围绕无线电设备的使用，科学分配二者的比例。以原理知识作为基础，无线电设备内容作为核心和学习重点，贯彻设备的使用为目的的宗旨。再者要针对教学对象特点，适合本院校学生使用。结合本院校学员的知识层次和培训计划，针对其特点，设定合适的难度、深度，既要演示相关的理论、设备工作波形图，又要适合学生学习掌握。
　　无线电虚拟实验系统主要包括无线电虚拟实验系统基本架构、系统软件两部分的内容。无线电虚拟实验系统软件是该系统的主要部分，利用面向对象、虚拟仪器等技术手段，完成无线电虚拟实验系统软件的设计，主要功能包括：基本无线电原理、电台通信原理的虚拟演示等。
　　从无线电设备的教学目的出发，设计无线电虚拟实验系统，密切结合无线电设备相关的理论教学内容，以虚拟仪器为基础，采用实用的基于PC的数据采集（DAQ）技术，开发系统及虚拟检测软件，以微机和局域网为基础构成虚拟仪器实验系统。采用LabVIEW或CVI软件为开发平台，根据相关需求设计仪器的测试功能，代替常规的仪器，如函数发生器、示波器、万用表等，又能扩展成数字万用表、温度计、频谱分析仪或逻辑分析仪等不同的仪器仪表。通过开发系统软件来控制整个DAQ系统，完成采集原始数据、分析数据、输出结果等流程，实现对相关电路、器件、设备等的虚拟测试演示，以微机和局域网构成硬件环境，建成虚拟仪器实验系统。
　　系统建成后将配置多部虚拟实验系统终端，可以辅助无线电设备课的理论教学，教师可以通过多媒体演示实例并讲解其原理，代替实际仪器下的原理演示，提高学生对抽象理论的理解和掌握，能够充分满足通信专业的无线电理论教学需求，增强生动性、提高教学效果。
　　3.3 使用分析
　　结合理论教学，开发虚拟实验系统，并综合应用多种媒体手段，在讲解基础理论的基础上，配合应用虚拟实验系统的演示功能，使学生掌握相关理论知识，建立理论的客观概念。通过虚拟实验系统的辅助作用，学生能够加深对基本理论知识的理解，为掌握各种设备的使用功能和相关技术打下坚实的理论基础。以适应任职教育的需要为宗旨，采用原理讲解-虚拟实验演示-综合实践训练-创新能力培养的阶梯式教学方法，开展贴近装备、设备的“问题式”、“讨论式”、“专题研究式”和“课题式”教学模式，着力培养学生的仪器操作、装备应用和实践能力，进一步提高学生的专业知识、实践技能综合素质。
　　虚拟仿真技术具有很多优势，可以较小的成本建立功能完善的理论、设备教学系统，结合计算机技术实现一些硬件设备难以完成的功能，并且能够通过生 动的界面辅助学生掌握所学知识。建设一个电工无线电实验室，大约需要耗资数十万元，而建成一个无线电虚拟实验系统只需其几分之一的费用，经济效益显著。该系统的研制将大大提高通信专业的培养效率和教学质量，将为学生在复杂电磁环境下的通信提供一个良好的理论基础。该系统的完成，不仅能辅助无线电设备课程的教学，而且可以扩展部分功能，在相关电子设备维护检测中使用，也可应用于大学物理课程电学部分的实验辅助教学，达到资源充分利用的目的。