本实验教学项目坚持“扎实基础，学生中心、问题导向、学科融合、创新实践”为实验教学设计理念，依托省级实验教学示范中心——洛阳理工学院物联网工程实验教学中心，利用现代信息技术等手段，结合学校的实际教学情况，研究并实行了“五式导引”，即沉浸式、交互式、自主式、模块式、反思式，实验教学方法，实现学生的问题意识、创新精神、主动学习和自我反思能力培养。

一、使用目的

1、巩固学生现代信息技术和传感器等理论基础。在仿真实验过程中，学生在完成各部分实验过程中均有对应的理论知识提示与错误提醒，直观、实时和互动的交互操作可帮助学生深入细致地学习牧场信息化建设的相关技术细节与实施过程；

2、激发学生学习兴趣。虚拟仿真实验解决了真实场景下设备间信息传输不匹配，工程实施过程复杂多变，学生参与过程漫长，学习动机弱化的问题。在参与实验过程中，学生可根据提示逐步深化对已有理论知识的理解，直观感受到牧场智能化建设实践过程中的效果。同时，借助选择练习模式或考核模式，能够激发学生养成主动掌握知识和不断反思的习惯，推动学生将理论知识应用于实践。

3、提高学生创新能力。本实验为学生提供了完整的牧场智能化工程实施过程，通过实验学生可以了解信息化工程项目的完整实施操作过程，可以查漏补缺，强化自身在各领域的能力，激发学生的主动式学习迁移，促进学生对工程问题的创新改进与实践。

二、实施过程

1、沉浸式环境漫游。学生进入虚拟的牧场环境，直观形象、立体生动地体验、感知与思考智能化牧场的建设思路、设备选择布局和网络结构。

2、交互式练习。进入练习环节后，学生与线上教师进行互动提问与答疑；也可以实时更改或配置虚拟牧场中的相关设备，进行操作练习。当操作有误时，系统会给出正确操作提示和相关理论介绍，学生通过人机交互的方式，实现边练习、边学习、边调整，错误和不足之处及时得到改正和补充。

3、模块式参与。实验的各模块设计彼此相互独立，学生在实验过程中，学生可根据自身知识储备情况和兴趣选择对应模块参与实验，每个模块完成后均会以动画形式验证该模块的实验结果，学生可以反思自己的全部操作，并总结相应的知识储备和实践应用能力。

4、自主式学习。仿真实验可分为“练习模式”和“考核模式”，在“练习模式”下，学生可以重复操作实验过程，在每步实验操作中均设置有相应的理论解释和操作提醒，学生可根据自身基础，进行自我提醒，自我纠错，灵活参与实验过程；教师也能够通过后台看到每一个学生的实验操作，最终在生成个性化、差异化的实验记录，方便提醒教师对每一个学生具有针对性的指导和答疑。

5、反思式评价。实验操作结束后，通过填写实验报告，学生可以反思自己的全部操作，并对自己掌握的情况作出评价。学生根据评价结果和兴趣，反复进行虚拟仿真实验，进而提高学习效果。此外，在线下，学生可在具备VR体验的仿真实验室，动手体验牧场信息化建设的全部操作和过程，教学系统将自动记录学生操作过程，并上传相关信息至本项目数据库，教师对学生的实际操作进行点评，学生之间相互点评，实现了师生互动与生生互动。

三、实施效果

1、提高了应用型人才培养质量。本项目的开发突破了时间和空间的限制，学生可以随时随地进行实验。同时，软件中设有纠错和提示功能，学生可以反复进行练习。大量虚拟实验环境里对虚拟实验对象的“试误”，练就了学生的熟练保教能力。本项目的应用，大大提升了学生对物联网技术工程应用的科学化和专业化。自2019年3月以来，本校已有1800余名学生完成了该项目的实验。

2、提升了教学效率。本项目建构了一个类真实环境，目前支持并发访问高达150人，解决了现实场景中，学生无法介入，实验设备之间信息不具备互通性，教学难度大，成本高等问题，大大提高了教学效率，巩固了教学成果。同时，把线下课堂中所学的知识应用于线上实验中，激发了学生对专业的热情和兴趣，大大提升了学生的动手实践能力和创新能力。

3、降低了教学成本。本项目使学生足不出校就能观摩和体验牧场智能化信息技术建设过程，大大节省了大量实验设备的搭建和研发成本，也节省了学生往返见习、实习单位的时间和交通成本。学生通过与虚拟的实验对象和现实中实验设备进行综合演练，交互对比，也解决了综合性实验投入成本大，利用率低，性价比不高的问题。

4、共享教学资源。该项目可通过互联网访问使用，能够方便地开展大范围班级实验并向社会开放。目前，该虚拟仿真教学资源不仅惠及本专业的师生，也支持了我校其它相近专业的虚拟仿真实验教学。河南城建学院、黄河水利职业技术学院、郑州信息科技职业学院、郑州铁路职业技术学院等多所兄弟院校相关专业共享了该虚拟仿真实验教学项目。