摘要：醫學影像設備是醫學領域內影像技術學的專業核心，操作性與實踐性非常強，實踐教學在醫學影像設備里面一直是相關專業技術課程開展的瓶頸。當前，運用虛擬仿真教學平臺可以完善醫學影像設備教學，增加學生實踐操作訓練的機會，充分發揮虛擬仿真技術在教學領域內的優勢，從而助力培養高素質的人才。文章分析醫學影像設備與虛擬仿真教學平臺，平臺功能、設備使用評價等。

關鍵詞：虛擬仿真教學；醫學影像技術；醫學影像設備；實踐教學

醫學影像學是一門涉及范圍非常廣、發展速度非常快的學科，在課程教學當中不僅僅需要具備足夠的專業知識，掌握一定的理論基礎、臨床技術等，還要求能夠熟練操作臨床影像設備，保證領域內人才培養符合行業發展要求。當前國家對虛擬仿真實踐教學管理、共享平臺的建設非常重視。在以往的教學當中，醫學影像專業教師培養學生實踐能力的時候主要依賴醫院有限的設備，傳統的實驗方式導致學生接觸的大多為陳舊設備，這種授課方式與人才培養目標相違背。

一、醫學影像技術

醫學影像技術專業具備很強的操作性與實踐性，理論課程涉及多個要點，參數復雜、知識點記憶難，學生普遍感覺學習難度大，學習興趣不高。實驗課程可以實現學生從理論知識到實踐能力的轉變，在這個過程中培養學生的動手能力、創新能力非常重要。當前該專業實驗課程的授課形式諸如學生在放射科室檢查過程中的“圍觀教學”“臨床見習教學”，大都是教師帶領學生在臨床上一邊操作完成臨床檢查，一邊給學生講解。放射科室內一般設置有大型醫療影像設備，成本昂貴、資源稀缺。DR與CT類檢查過程中存在潛在輻射損傷，進行臨床實驗教學就存在一個醫學倫理上非常重要的問題，學生無法參與到其中。這種情況造成傳統醫學影像設備的實踐教學，學生僅僅是旁觀者。實際上只有動手操作才可以鍛煉動手能力，才可以在未來的學習與就業當中運用自己的能力。實驗課程要求學生手腦并用自己動手實驗，并且在實驗過程中進行創新。基于傳統理念和教學條件的局限，實驗教學一直以來都是醫學影像學課程的短板。為解決這些問題，保證學生在實驗課程上能夠激發綜合素質意識，探索新知識的同時提升自身的實際操作技能，文章以虛擬仿真技術作為出發點，闡述虛擬仿真教學平臺在醫學影像設備學授課當中發揮的作用與價值［1］。

二、醫學影像設備學實踐教學現狀

摘要：文章從開設虛擬仿真實驗教學的優勢，教學平臺的建設與應用、開放共享、教學成果、示范推廣等角度，介紹了藥學虛擬仿真實驗教學平臺的建設過程，闡述了藥學虛擬仿真實驗教學平臺的特色。該平臺突出了以培養藥學創新人才為目標的改革理念，促進了學生創新和實踐能力培養。

關鍵詞：藥學；虛擬仿真；實驗教學平臺

藥學是一門實踐性很強的學科，實驗教學是藥學人才培養中必不可少的環節，其主要任務是讓學生掌握必要的藥學實驗知識和實驗操作技能，為相應理論知識的掌握和藥學創新研究工作的開展打下基礎。根據教育部有關文件[1-3]，借鑒其他藥學類院校的建設經驗[4-5]，以培養藥學創新人才為目標，結合我校藥學實驗教學的實際需要，在前期建設基礎上，藥學實驗教學中心對原有各學科虛擬實驗教學資源進行了整合，打破了實驗教學內容的學科、課程限制，形成了基于藥學系統研究的整體教學體系，面向各學科學生提供了一個資源共享的平臺，2015年獲批為廣東省藥學虛擬仿真實驗教學示范中心。在三年多的建設期中，以培養綜合創新性藥學人才為目標，秉承“能實不虛、虛實結合”的建設理念，將藥學類基礎性、綜合創新性以及示范性虛擬仿真實驗教學項目有機結合，構建了藥學創新人才培養的虛擬仿真實驗教學平臺，并在實驗教學體系建設、人才培養、成果推廣等方面取得了明顯成效。

1藥學實驗教學的不足

近年來，各藥學類院校在專業實驗課程教學方式、教學內容、教學手段等多方面加大了改革力度，取得了很多教學改革成果。但在實驗教學過程中，由于多種客觀條件的限制，也為實驗教學帶來了諸多困難。（1）時間和空間的限制增大了系統完成實驗的難度。藥學相關實驗具有相當程度的連續性，尤其是血藥濃度測定、藥物合成、天然產物提取分離和結構鑒定、體內/外抗腫瘤活性測定、藥物-靶蛋白相互作用分析等綜合創新性實驗，需要較多的時間保證，使在單位時間連續完成實驗的難度增大。（2）實驗的安全性風險限制了部分實驗課的開設。受特殊條件限制，部分實驗內容的開展受到制約。因藥學類相關實驗廣泛涉及有毒試劑、易燃易爆試劑、細胞、細菌、病毒，增加了實驗操作過程中的安全性風險，如果操作不當將直接對人體產生不可估量的損傷，相應的實驗廢棄物回收與無害化處理也大大增加了教學成本，這些都限制了部分實驗內容的開展。（3）教學成本與設備條件限制了學生動手操作的機會。藥學類相關實驗所涉及的部分耗材，如SPF級實驗動物飼養，其條件嚴格且數量有限，部分細胞、細菌株極其珍貴，試劑、藥品的消耗也不容小覷，這些因素限制了課程的開設。對于一些綜合性實驗，受設備臺套數的限制，無法使每個學生都動手操作，學生實驗參與率大大降低。

2開設虛擬仿真實驗教學的優勢

【內容摘要】隨著我國城市規模不斷擴大，各大城市對園林建設提出更加嚴格的要求。為了培養出合格的園林人才，在開展園林實訓教學時，要積極進行教學改革，提高學生的實踐能力。充分發揮出虛擬仿真技術的優勢，結合園林實訓教學的情況，明確教學目標，將虛擬仿真技術與園林實訓教學有機結合，創新教學模式和教學方法，給學生帶來良好的學習體驗。

【關鍵詞】園林工程;實訓教學;虛擬仿真技術;教學創新

虛擬現實技術主要是利用計算機技術模擬三維空間打造虛擬而逼真的世界，使人們有身臨其境之感。隨著數字技術的不斷發展，虛擬現實技術與教學的融合日益緊密。在開展園林實訓教學時，可充分利用虛擬現實技術的功能，提高學生的實踐能力，轉變傳統的人才培養模式，達到預期的教學效果。

一、虛擬仿真技術在園林實訓教學中的優勢

園林教學包含的內容和知識點眾多，學生在學習這門課程時，需充分運用各種材料打造相應的景觀，通過對地形進行改造，打造相應的建筑，對園林場景進行合理布置，還需結合完善的美學知識與歷史文化內容，創造出多種多樣的空間，給人們帶來不同的感受。園林設計師要具備豐富的想象力，能夠充分結合用戶的需求進行設計，因此，在園林教學中融入虛擬現實技術，挖掘其技術優勢，創造真實的實訓情境，從而達到實訓的教學目的。當學生置身于虛擬仿真技術所營造的虛擬環境之中，進一步了解園林景觀內容。該技術能夠營造出不同形態的植物、造型各異的亭子、經典的古典園林空間和小區環境。學生無需通過實地參觀的方式就能有身臨其境之感。教師可充分發揮出虛擬仿真平臺的優勢，使學生能夠充分了解實訓的內容和相關理論知識。然后，教師可在平臺中為學生發布實訓的目的和內容，使學生了解實訓的注意事項。學生可充分結合相應的理論知識進行在線練習，然后參與到技能在線測試之中。通過虛擬仿真實訓平臺，教師可與學生之間隨時進行交流，學生遇到問題后可隨時向教師咨詢。通過虛擬仿真技術可以調動學生主觀能動性，使學生在虛擬場景中對內容進行可視化編輯和調整，展示出不同的場景效果，激發學生的創造思維，使學生具備創新能力。

二、虛擬仿真技術在園林實訓教學中的應用條件

摘要:醫學檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業，注重學生專業實驗能力和操作水平的培養。傳統醫學檢驗實驗教學存在弊端，采用虛擬仿真技術（virtualreality，VR）建立醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺可完善并提高教學質量。通過對醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺建設進行初步探索，對目前存在的困難進行剖析，為響應教育部建立國家級虛擬仿真實驗教學中心，促進醫學檢驗教育信息化建設提供新思路。

關鍵詞：醫學檢驗；虛擬仿真；實驗教學

醫學檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業，尤其2012年教育部將培養目標由五年制培養“從事醫學檢驗及醫學類實驗室工作的醫學高等專門人才”改為四年制培養“從事醫學檢驗及醫學類實驗室工作的醫學技術高級專門人才”[1]，著重強調了專業實驗能力和操作水平。現醫學進入精準醫療的大數據時代，傳統的“規定動作”教學已不能滿足技術日新月異的變化，各類因素極大程度的制約著教學效果，借助虛擬仿真技術（virtualreality，VR）可有效改善這些問題。VR技術是一種以計算機為核心的新型認知工具和知識載體，利用高科技生成虛擬環境，使操作者具有視、聽、觸覺一體化的沉浸感[2]，可借助特殊設備與虛擬環境交互，達到身臨其境的感受和體驗。本文對醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺建設現狀進行分析，為建設醫學檢驗虛擬平臺提供新思路。

1傳統醫學檢驗實驗教學存在的弊端及VR解決方案

1.1驗證實驗占比大，學生操作機會少傳統實驗教學一般由實驗技術人員備好實驗項目所需儀器、試劑和樣品，在講授實驗目的、原理、方法步驟和注意事項后，學生“依葫蘆畫瓢”進行實驗。通過VR平臺，可實現“實驗準備→預實驗→實驗操作→結果分析”等流程操作。為培養學生的專業思維和創新素質，可在平臺中設計開放式、研究式的實驗教學[3]。目前臨床在用的醫學檢驗儀器多為全自動化操作，價格昂貴，且實驗場地有限，加上招生規模擴大，無法做到人手一臺進行操作，大大制約了學生的動手操作能力。VR通過一臺計算機或一套虛擬設備即可模擬整套醫學檢驗虛擬實驗室，容納檢驗科相關儀器設備，學生通過模擬實驗過程，可反復進行操作練習，分析實驗步驟，注意操作細節，熟練后再實際動手操作，虛實結合可有效避免因實驗某一步驟出錯而導致實驗無法繼續進行。1.2生物安全隱患大，形態教學難度大醫學檢驗實驗課多以臨床病人的血樣、尿樣等為操作樣本，可能存在病原體等安全隱患[4]，檢測正常人樣本又限制了學生對患病標本的認知。通過VR，可減少學生對于患者標本的接觸[5]。教學使用的標本片通常有使用期限，對于罕見病的標本來源相當不易[6]，采用虛擬構建標本庫，如以臨床血液學檢查教學課程為目錄，建立骨髓形態涂庫，可對正常血細胞、紅細胞疾病和急性白血病等涂片進行形態學觀察，教師可通過在涂片中設計添加指引箭頭、標識區域和文字等方便學生課前預習和課后復習。1.3運行維護成本高，實驗耗材用量大醫學檢驗儀器設備和實驗耗材是實驗教學的物質基礎，而儀器價格昂貴，折舊率高，更新換代快[7]，VR可及時更新最新儀器和相關知識，使學生及時掌握前沿技術操作。儀器的維護成本高，如顯微鏡燈泡壽命短，學生缺乏儀器保養相關常識等，通過VR儀器內部結構，學生可了解儀器管路的走向，光路的構成，掌握儀器維護和保養，設置簡單、常見的電路故障引導學生排除故障等。傳統教學使用耗材用量大，回收再利用率低，部分實驗耗材還存在污染處理等問題，VR可模擬實驗操作，節省資源。1.4知識擴展能力差，課程分隔不系統傳統的“三段式”教學已經無法跟上科學技術發展的腳步。例如我國醫學檢驗專業基本都是按照大型醫院檢驗科所需崗位進行培養，實驗室配置基本與醫院檢驗科相符。但隨著快速檢測技術發展，應急檢驗醫學應運而生，其檢測以干式為主，與常規儀器操作及原理均存在差異，設備更新換代快，采用VR可使學生及時掌握最新技術[8]。傳統的醫學檢驗實驗教學是以課程為單位，但在臨床工作中面對各種標本，可能存在復雜的病變，需要檢測后對實驗結果綜合分析，這就要求建立醫學檢驗虛擬仿真實驗教學系統，將知識糅合并融會貫通，才能靈活應變臨床工作中的各類標本。

2醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺的探索

摘要：為社會發展培養高素質的工程技術人才是高職院校計算機網絡專業的主要培養目標。本文首先概述了虛擬仿真軟件，然后介紹了虛擬仿真軟件的具體分類，最后分析了在網絡實踐教學中應用虛擬仿真軟件的必要性，以供大家參考。

關鍵詞：虛擬仿真軟件；網絡實踐教學

在網絡實踐教學中引入虛擬仿真軟件技術，能夠在普通的電腦機房搭建出模擬的網絡實驗室，讓學生在普通的電腦機房中可以進行很多網絡實驗。同時，在網絡實踐中應用仿真技術，既可以對教材實驗知識進行測驗，又能夠作為將來就業實習的前期實踐。此外，將這項技術應用于教學中，轉變了傳統的教學模式和教學觀念，成為高職院校理論聯系實際的新教學形式之一，也是現代化教育技術給高職院校實踐教學帶來的新變化之一。

一、概述虛擬仿真軟件平臺

當前，在不同專業中所使用的虛擬仿真軟件是相當多的，在網絡實踐教學中經常使用的虛擬仿真軟件有Cisco專屬的網絡互聯網、物聯網、網絡基礎以及基礎安全領域中使用的packettracer7、華為專有的ensp，備戰ccna考試中的考生編制的模擬器bosonnetsim，以及當前我國非常流行的網絡設備廠家華三的hcl。

二、虛擬仿真軟件的具體分類

摘要:對虛擬仿真教學在機械工程控制基礎課程中的應用展開研究。機械工程控制基礎課程具有較強的理論性和復雜的公式推導過程等特點，提出利用Simulink軟件構建針對不同知識點的動態仿真模型，從而形成動態模型庫。在授課過程中，調取相應的模型采用知識點推導與仿真模型演示相結合的方式進行講解，該方法極大地提高了學生的學習興趣和工程應用能力。

關鍵詞:虛擬仿真;機械工程;教學改革;動態模型庫

機械工程控制基礎課程作為機械專業非常重要的一門核心課，以控制論為理論基礎，研究機械工程中廣義系統的動力學問題。其課程目標主要是使學生逐步學會運用“系統”、“動態”的觀點定性分析系統的工作原理及特點，通過構建系統的數學模型，運用控制原理和數理基礎課知識對系統信息的傳遞及反饋控制的動態特性進行定性分析，初步學會將控制理論、微處理機技術同機械制造技術結合，運用控制論的理論與方法，來考察、分析與解決機械工程中的實際問題［1－2］。目前工程教育中新工科建設和工程教育專業認證工作，不斷強調通過課程教學體系、實驗教學體系和企業實踐等多樣化方式提升學生解決復雜工程問題和科技創新的能力［3－4］。但是目前大多數高校在實驗教學和企業實踐等方面存在較多困難，一方面，較多企業基于安全生產管理要求，正在減少或不愿意接納高校學生參加企業實踐的需求;另一方面，實驗教學環節的增加，勢必會導致學校不斷增加教學實驗設備采購和設備維護資金的投入以及增加實驗設備安全性管理難度。虛擬仿真技術的應用順應了國家高等教育信息化的發展趨勢和現實需求［5－6］。例如，2020年疫情的暴發導致高校學生無法正常開學，2020春季學期的教學任務往往采取線上教學手段完成，但是對于實驗教學與企業實踐教學環節卻較為被動，若將虛擬仿真技術應用于課程教學和實踐教學環節中，將很好地解決上述問題。以機械工程控制基礎課程為研究對象，依托課程大綱體系和培養目標，利用Simulink軟件構建虛擬仿真動態模型庫和虛擬仿真平臺，同時制定虛擬仿真技術在課程教學中的應用與實施方案。通過虛擬仿真技術在課程教學中的應用，讓學生可以運用理論知識解決實際問題，提高學生的學習熱情和工程應用能力。

1構建虛擬仿真動態模型庫

機械工程控制基礎課程中系統的數學模型、頻域與時域特性分析以及系統的穩定性判斷等涉及較強的數學理論知識、復雜的公式推導過程和復雜的圖表曲線特性分析，與其他專業課程相比，該課程具有較強的理論性，學生學習動力不足。同時，針對課程內容而言，其所涉及的知識面廣，在有限的學時內按照教材章節逐一講解的方式，系統性不強，往往難以讓學生們理解和掌握，教學效果較差。為了解決上述問題，采用課程知識結構與MATLAB/Simulink仿真軟件相結合的方式，建立虛擬仿真動態模型庫，從而實現以課程知識為主干和以虛擬仿真動態模型庫為枝葉的課程組成。以數控直線運動工作臺位置控制系統為對象，該系統的工作原理示意圖如圖1所示。通過對數控直線運動工作臺的工作原理進行分析，發現該系統在數控鏜床、激光加工機床和數控鉆床等方面有廣泛的應用，該系統全閉環的控制系統精度高。根據上述該系統的工作原理和能量守恒定理，可以構建如下微分方程組:其中，J1為電動機轉子軸部件的轉動慣量;J2為減速器輸出軸部件轉動慣量;i為減速比;P為螺距。根據構建的系統模型和微分方程組，利用Simu-link仿真軟件，可以構建如圖2所示的位置控制系統的仿真模型。利用該模型進行仿真分析，從而獲得該系統的時域響應特性和頻域響應特性等，為機械工程控制基礎中系統數學模型、系統的時間響應分析和頻域響應分析提供了更為直觀的演示，使學生更加容易理解相關授課知識。

2虛擬仿真技術在教學中的應用

一、大學物理傳統實驗教學存在的主要問題

1.實驗室建設需要學校學校大量的資金投入。傳統的實驗教學需要購買大批的實驗設備，并且需要定期的更新。導致現有的實驗項目固定,這種矛盾限制了實驗室的發展，無法達到學生不斷與時俱進的學習要求。2.傳統實驗受到上課時間和空間的制約。傳統的實驗教學在開展中受到選課時間，教室空間的制約，導致理論教學和實驗教學的內容在時間上不同步，理論和實驗無法同時互相印證，嚴重影響教學質量。3.無法有效地進行對物理實驗的成績評定。由于場地和時間的限制，物理實驗考試無法切實有效進行。實驗成績的評定容易流于形式，或只憑借實驗報告評定成績，不能全面客觀的對學生的實驗總體表現打分，無法客觀反映物理實驗的實際教學效果。4.教師指導難以到位。在有限的時間內指導大批的學生是現在大學物理實驗中普遍存在的一個問題。這種情況容易導致教學目標難以達成，需要大量學時的高難度實驗更是難以開展。為了解決傳統實驗中的一系列的問題，需要高校建立基于網絡的實驗數據庫來管理實驗室和學生的實驗學習信息，并利用仿真實驗技術進行教學改革，對教學過程、學生學習成果評價進行數字化管理來實現規范管理、提高效率、創新改進教學質量和實驗室的管理工作。

二、虛擬仿真實驗室的優勢

1.解決傳統實驗對時間和空間的制約。虛擬實驗一般只需電腦裝上開發的軟件即可模擬不同的實驗，這樣高校可利用現成的計算機房來完成實驗教學，甚至只用一臺連接網絡的電腦，就可以完成實驗的學習過程，學生就可以根據自己的時間靈活的、分多次的預習學習物理實驗，更好的完成實驗學習過程。2.虛擬實驗能讓學生看到現象以外的真相。在虛擬實驗中，虛擬系統除了能表現出現實中的實驗效果，還能表現出在傳統實驗中看不到的“現象”。比如在普朗克常量實驗中使光子具現化，在光學實驗中將光路展示出來，在電學實驗中表現出電磁場等等。3.可完成一些傳統實驗中不能開設的實驗。由于一些物理實驗中的物質具有毒性或放射性，在傳統實驗當中是無法開設的。比如一些核物理方向的實驗，一些具有危險性的高功率激光器實驗等等，都可以用虛擬實驗來完成。4.提高學生的學習興趣。傳統的一些復雜實驗，學生在實驗時經常畏首畏尾，怕把儀器弄壞，感覺無從下手。但虛擬實驗可以隨意的操作破壞，學生可以放開手腳，有利于培養學生的想象力和創造力。

三、虛擬仿真實驗室的建設

虛擬仿真實驗室的建設面向的是所有理工科學生，以提高培養學生理論聯系實際的思維方式和實踐能力為目標。通過建設優質的虛擬實驗教學資源，建設共享平臺，并將虛擬實驗和傳統實驗相結合、互補，創建一套有效的教學模式，打造一支高水平的虛實結合的實驗教學團隊。該項改革不是開“小灶”，而是面向大面積學生提高物理實驗教學的質量。1.通過學校與企業合作共同開發不斷豐富物理仿真實驗教學資源。2.建設公共平臺，將虛擬仿真實驗資源有效地應用于預習、實驗、復習、考試等各個教學環節。3.建立虛實結合的教學機制，建設高水平的實驗教學師資團隊，鼓勵教師探索和研究實驗教學方法與模式，充分發揮虛擬仿真實驗在教學改革中的作用。4.建立虛擬仿真實驗中心教學的信息化管理系統，保障虛擬仿真實驗在教學環節中發揮作用和穩定運行。

自2013年國家教育部高教司發文在全國構建國家級虛擬仿真實驗教學中心以來，虛擬仿真教學在醫學高等院校的應用研究已逐漸成為一個熱點［1］。新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發促使全國開展了全民在線教學，也為虛擬仿真平臺在高校線上教學中的應用提供了機遇與挑戰。組織學與胚胎學實驗作為醫學專業基礎課程教學中的重要組成部分［2］，可以加深學生對理論知識的理解與運用，鍛煉學生的空間想象能力，增強學生的實踐能力與創新精神。本研究將虛擬仿真實驗平臺、直播平臺、慕課學習平臺等應用于實驗課程，實現了移動學習，使實驗教學不再受到時間和空間的限制，對在疫情及后疫情期間進行實驗教學、改革教學模式、提升教學質量有著重要作用［3］。

1虛擬仿真實驗平臺的優勢

模擬仿真，立體直觀。基于虛擬仿真實驗平臺開展實驗教學，學生可以充分獲取虛擬環境所蘊涵的各種空間信息［4］。同時，一些因危險度高、耗時較長、材料獲取困難、高成本等因素導致的日常難以開展的實驗也可以通過虛擬實驗完成，對提高專業知識、激發學習興趣、增強學習體驗具有重要意義［5］。個性學習，自主靈活。基于虛擬仿真實驗平臺開展實驗教學，可以打破時間和空間的限制，實現以學生為中心的個性化、碎片化、自主化學習，充分發揮互聯網時代下數字化資源的優勢，更好地促進教育公平和教育均衡發展。擴充內容，改變教學。虛擬仿真實驗可以為學生提供更豐富的實驗資源與環境，緊密貼合科學前沿，拓展學生的視野及知識面。同時，虛擬仿真實驗平臺的應用也可以改革傳統教學模式，加入設計性實驗項目，提高學生的創新意識與創新能力。除上述優勢外，虛擬仿真平臺還可具有在線共享、在線評價、加強師生交互、操作安全、節約資源等特點，學生可反復多次的進行實驗操作，加強學習效果。

2醫學虛擬仿真實驗平臺應用現狀

2019年教育部在教育信息化和網絡安全工作要點中表示：要加快推進示范性虛擬仿真實驗教學項目建設，推動虛擬現實在教育教學中的深入應用。目前，國內百余所高校入選國家級虛擬仿真實驗教學中心，逐步建立健全相應的虛擬仿真平臺。隨著高校及社會上虛擬仿真實驗平臺的建設日益完善，“互聯網+教育”時代的到來，近幾年相關研究熱點也有從平臺的開發建設向基于虛擬平臺開展的“智慧教育”，實現虛擬仿真教學與教育信息化技術的深度融合轉變的趨勢，虛擬現實的研究逐漸趨向于創新融合發展［6］。

3虛擬仿真實驗平臺在組織學與胚胎學實驗線上教學的應用

摘要：隨著我國教育水平的不斷提高，高校更加重視對學生實踐能力的培養，進一步推進虛擬仿真與實驗教學的結合。虛擬仿真與真實設備混合的“翻轉課堂”實驗教學新模式正是在此大背景下產生的。光伏微電網數字孿生虛擬仿真實驗教學平臺搭建起虛擬仿真與實物實驗的橋梁，此平臺的創建和推廣將在培養大學生創新精神和工程實踐能力等方面發揮重要作用。

關鍵詞：數字孿生；虛擬仿真；光伏微電網；實驗教學平臺

實驗實踐教學是高校培養學生實驗、實踐和創新能力的重要平臺，是創新創業型人才培養的必備過程[1]。隨著我國工業的快速發展，智能型儀器儀表得到廣泛應用，對相關領域的人才提出了更高的要求[2-3]。然而在教學實踐過程中存在一些問題，例如，有些儀器危險性高、占地面積大，不允許缺乏實際經驗的學生進行建設、安裝、調試和測試等操作[4-6]；或者只有虛擬仿真實驗平臺，無真實的設備與之對照，使得學生不能體驗真實的交互過程[7]；部分學校實驗場地資源緊缺，無法滿足學生多人同時進行實驗的要求[8]。學生的實操能力無法得到充分的鍛煉，理論學習與實際操作嚴重脫節。為了進一步促進實驗教學的信息化、網絡化和智能化，面向電氣工程及自動化、新能源等專業，提出一種虛擬仿真與真實設備混合的“翻轉課堂”實驗教學新模式，開發了光伏微電網運行過程的數字孿生虛擬仿真實驗平臺。該平臺采用虛擬仿真、虛實結合的手段使學生通過在線學習的方式理解并掌握光伏微電網從建設、測試到優化的全過程。

1數字孿生虛擬仿真實驗平臺的多樣化教學方法

數字孿生虛擬仿真實驗平臺采用線上教學與現場教學相結合、虛擬仿真與實物實驗相結合、講與練相結合、理論與實踐相結合的教學方法。此方法能使學生真正理解和掌握所學知識，同時提高分析問題、解決問題的能力及動手能力[9-10]。本實驗平臺既可以做純虛擬仿真實驗，也可以做純實物實驗，還可以做虛實結合的實驗。純虛擬仿真實驗，如圖1所示。純虛擬仿真實驗針對沒有真實實驗設備的學校及社會群體，參與者可通過實驗平臺的仿真環境，掌握光伏微電網建設方法、測試技術和最大功率點跟蹤控制優化方法。純實物實驗，如圖2所示。利用實驗室現有的設備開展實驗，學生通過實驗可直接掌握光伏微電網的組成結構、工作原理以及測試方式。基于虛實結合的數字孿生實驗，如圖3所示。采用虛實結合方式，也稱為半實物虛擬仿真[11]。該實驗借助實驗室現有的光伏微電網實驗設備開展實驗，讓學生掌握光伏微電網的組成結構、工作原理及測試方式；再通過物聯網和數字孿生等技術，將光伏微電網模型映射至網絡空間，學生可通過網上實驗平臺掌握光伏微電網設計方法、測試技術和最大功率點跟蹤控制優化方法，最后通過真實設備驗證實驗結果。

2數字孿生虛擬仿真實驗平臺的基本架構

［摘要］隨著教育信息化的日益普及，信息技術逐漸改變了大學的實踐教學模式。網絡教學平臺和虛擬仿真技術的協同應用為工程管理專業實踐教學提供了項目全過程管理的建造情境，以學生為主體，教師為主導，提升實踐教學效果，培養學生的探究能力、實踐能力及創新創業能力。

［關鍵詞］網絡教學平臺；虛擬仿真；實踐教學

隨著信息技術的日新月異和大學教學理念的更新，教育信息化成為高校教學改革的重要手段，信息化網絡教學平臺作為一種新的教學媒體資源改變了大學的教學模式，虛擬仿真技術憑借直觀性、可操作性、可重復性的優勢為實驗實踐教學開辟了新的路徑。工程管理作為一門實踐性、應用性強的交叉學科專業，融合了工程、經濟、管理、法律等多學科知識，其人才培養不僅要求具備較強的土木工程技術和管理的基本理論和方法，還強調實踐創新創業能力的培養，要求具備項目全過程管理中的資源整合能力和系統性思維能力。近年來虛擬仿真實驗教學就是依托多媒體網絡、虛擬現實、數據庫和網絡技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，使得學生可以在虛擬環境中進行實驗實踐操作[1]。這種以虛擬仿真的方式傳授知識的教學方式，可以使學生在開放、自主、交互的虛擬環境中進行安全、經濟可重復的實驗實踐模擬操作[2]。虛擬仿真實驗實踐教學作為實踐教學的有益補充，可以借助網絡教學平臺隨時向學生開放，培養學生自主學習的習慣，發揮學生學習的積極性、主動性，提高教學效果。

一、工程管理專業實踐教學的困境

工程管理專業雖然是交叉學科專業，但依托行業背景明確，具有過程性、應用性和綜合性強等特點，工程、經濟、管理、法律等學科平臺教學內容互相銜接、協同配合，實踐教學的實施由于安全性、場地、教學資源配置等問題，實習、實驗實訓等活動難以有效開展，不能充分滿足工程管理專業實踐教學的需要。（一）缺乏系統性認知。由于工程項目的建設過程無法在實驗室內復制，而實際工地現場實習也只能是對某些工序有感官認識，短期實習也難以跟蹤分部分項工程或單位工程的完整施工過程，更談不上對工程項目建造實施全過程管理的全面認知，實踐教學效果欠佳，最終使得實習流于形式。而且同類型工程項目隨著社會需求的發展，專業技術融合使得工程復雜性增加，各個工程的規模、進度、管理模式差異顯著，無論是實驗教學還是現場工程實踐，都無法在短期內讓學生認識眾多的類型和不同專業的實踐知識。這就使得學生對完整工程認識不夠深入、工程全局意識不強、動手能力較差，影響了學生工程實踐能力的培養。（二）缺乏綜合協同體驗。工程項目建設既是業主方、設計方、監理方、施工方、供應商、咨詢方及相關政府職能部門等多部門互相協作的結果，又受到人材機、方法技術和環境等多因素的綜合制約，現有實踐教學體系設置的各環節實踐教學內容僅涉及全過程管理的部分環節，考察知識點單一，并不能將工程管理專業的四個平臺教學內容全面整合，與工程實際對接，學生無法體驗協同合作的情境。同時，工程項目建設的“一次性”特點決定了建設過程必須遵照規范執行，學生極少能體驗建設風險，不利于學生對全過程管理知識的綜合應用探究。在此情形下，虛擬仿真BIM技術中的三維建筑模型、虛擬建造、漫游檢查等通過人機交互技術實現建設場景的創建和控制功能，讓學生在虛擬環境中產生直觀性、逼真性和沉浸感，為工程管理專業的實踐教學提供了更為實際的工作環境，更好地達到現場實習的效果，促進工程管理專業實踐教學技術、方法、手段和管理的創新，全面提升專業人才的培養質量。

二、網絡教學平臺與虛擬仿真在工程管理實踐教學中的協同應用