电子类虚拟仿真实验教学成本优势之浅见

摘 要：与实物实验室教学相比,电子类虚拟仿真实验教学在成本控制方面具有直接成本优势和间接成本优势.本文从六个成本控制方面详细分析了其成本的特点和存在的优势,得出电子类实验室“虚实结合”是成本最优化配置的结论.

关 键 词：电子类虚拟仿真实验教学；成本优势

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1674-7712（2013）10-0139-01

随着计算机技术水平的不断提高,仿真技术在实验教学领域得到了迅速发展,电子类仿真技术也不例外,它能够带来巨大的社会经济效益.从许多著名高校的年报里可以找到相关的财务数据,能证明电子类虚拟仿真实验教学成本仅是实物实验教学成本的四分之一左右.虚拟仿真实验在直接成本和间接成本两个方面都具有明显优势.

一、直接成本优势

(一)在实验室建设方面,虚拟仿真实验可节约大量电子仪器的购写费用

在电子类实验室建设过程中,电子仪器的购写成本是相当大的.以最常用的数字示波器为例,其通常在几千元甚至数万元,大量采购将是非常庞大的一笔开支.某些分析仪器的单价甚至可以达到上百万元,即便少量购写,也不是每个高校所能轻松负担的.

在建设电子实验室的过程中,实物实验室和虚拟仿真实验室同时按需求建设将是节省购置成本的方案.虚拟仿真实验室的本质就是利用计算机软件模拟真实实验场景,根据实验原理构架虚拟的操作过程,得到模拟的实验结果.由其本质可以看出,建设电子类虚拟仿真实验室只需要在普通计算机教室里配置虚拟仿真实验软件和电路箱,甚至某些电子类实验可以不用电路箱,只用软件模拟即可.两种实验室的建设成本一比较,虚拟仿真实验室占有很大的优势.首先它大大减少了昂贵电子设备的购写成本.大量昂贵仪器都由软件和较为低廉的电路箱替代,而实验效果则是不打折扣.其次电子类虚拟仿真实验室还可作为普通计算机教室使用,承担普通计算机课程的教学,分摊了实验室建设成本.

(二)在实验耗材方面,虚拟仿真实验可节约大量电子耗材的损耗

在实物实验室的运作过程中,将使用大量的实验耗材.各种接头、插片、电路板、芯片和导线等常用耗材是每个电子类实验室的正常开支,这笔费用长期积累下来也是很可观的.有时候学生由于操作失误,可能会将电路板、芯片等意外损坏,造成额外的损耗.

使用虚拟仿真实验系统在运行中几乎没有实际的耗材消耗.电脑、软件和电路箱是基本没有可使用和添加的辅材的,也就不存在损耗的问题.

二、间接成本优势

(一)在课程安排方面,虚拟仿真实验可节约紧张的教师师资

电子类实物操作实验课具有一定的时间不确定性.实物操作的过程中,时常会出现仪器过热、连接线接触不良、学生操作失误和仪器故障等意外情况,导致课程进行不顺利,浪费教师和学生的时间,有可能影响教师下一次教学课程的安排和实施.

使用虚拟仿真实验手段则可避免此情况的出现,使课程安排高效化.仿真软件一旦调试正常,在实验过程中,很少出现异常和意外情况.若是实验需使用电路箱,也是相对负荷较小,出现故障的几率远远小于全体使用实物仪器.只要在实验进行前充分调试设备,按时完成实验的几率是很大的,这样可以节约紧张的教师师资.

(二)在实验仪器的使用方面,虚拟仿真实验可节约大量管理和维护费用

在使用电子类实物实验仪器过程中,会有大量的管理和维护费用,主要表现在高耗电量和高维修费用.电子类实物实验仪器通常是高能耗的配置,比如强电电机、变压器、电机拖动等,即便是单独看来能耗相对较低的示波器和信号发生器等设备,在长期使用的过程中积累下的能耗也是相当可观的.另一方面,实物仪器随着时间地流逝,出现故障的几率也随之增加,维修费用居高不下,人力成本也逐渐看涨.

使用虚拟仿真实验仪器则可大大减少管理和维护费用.首先电脑和电路箱的能耗远远小于电子设备的能耗.一台电子类实验台的功率一般都是几千瓦,而一台电脑的功率约为200-300瓦.另一方面,没有大量实物仪器的损耗,维修费用也会大大降低,管理人员和维修人员的人力成本也能得到很大的节约.

(三)在环境维护方面,虚拟仿真实验可减少环境污染,节约整治环境的费用

在实物实验室的使用过程中,无论是电力的损耗,还是噪音的产生,或是电磁的强力散播,都存在一个环境污染问题.即使不单独划拨整治环境的费用,也会给实验的师生和管理人员带来环境污染的负面影响.

使用虚拟仿真实验手段可尽量减少环境污染的负面影响.前面浅谈了仿真实验电力损耗相对大大减少的情况,而仿真实验仪器中没有电机和其他可以发出巨大噪音的设备,噪音将得到最大的控制.至于电磁污染,它们所产生的磁场强度大小也大大小于实物仪器所产生的磁场强度.

(四)在实验安全方面,虚拟仿真实验可减少事故发生几率,尽量避免事故成本

在实验安全方面,实际操作中可能出现操作失误,更有甚者还可能引起短路等严重事故,既损坏了昂贵的仪器,又因电子类实验室配电电压高而容易引起人员伤亡.

虚拟仿真实验系统的操作过程就是软件的模拟过程,操作者大意短路或者严重操作失误也对电脑没有物理影响,对电路箱的损坏也相当小,人员伤亡的几率极小,可减少事故发生几率,避免事故成本的产生.

虚拟仿真手段在电子类实验教学中具有明显的成本优势,但这种手段并不能全部替代实物实验手段.电子类实验教学需要培养学生的动手操作能力和处理突发事件的思考能力.使用仿真手段无法锻炼学生在实训中的动手能力和应变能力,因为仿真的过程中基本杜绝了种种意外和误差的情况,这与现实情况并不完全一致.在电子类实验教学的过程中,利用仿真实验的低成本和实物实验的实训场景,能使实验教学得到最佳的优化配置,值得在高校和职业院校中广泛推广.