虛擬與實物相結合進行工程學科課程教學的研究與實踐

李哲

1.適用于工程學科課程教學的方法概述

（1）傳統(tǒng)高等學校教學方法的分類。

高校所采用的傳統(tǒng)教學方法可分為講授法為主的課堂教學方法、自學指導方法、實習為主的現(xiàn)場教學方法等。

（2）適用于工程學科課程教學的新方法。

多媒體技術是將聲、文、圖形、圖像、視頻和動畫等集成于一體，使表示的信息更豐富、更直觀，有助于觀看者或學習者的聯(lián)想和推理等思維活動。[1]

虛擬現(xiàn)實技術是由高速計算機系統(tǒng)創(chuàng)建的一種令人感到身臨其境、可以獲得與環(huán)境交互體驗的虛擬世界。由于多維信息系統(tǒng)具有親臨其境的真實感和超越現(xiàn)實的虛擬性，使用者能夠沉浸其中、超越其上、實時交互。[2]

2.工程學科課程教學中存在的問題

（1）理論教學方法缺乏創(chuàng)新，跟不上社會及行業(yè)的發(fā)展步伐，

跟不上當前各大學擴招、學科綜合、課時大幅度壓縮的形勢。理論來源于實踐，反過來又指導實踐。理論知識越來越深、涉及的知識面越來越廣，課程整合的幅度越來越大，客觀上要求理論課時應當加大，但是實際情況是理論課時在不斷地縮減。

（2）實踐教學的課時嚴重不足，實踐效果并不理想。

學生在實踐教學環(huán)節(jié)學生沒法隨意接近先進設備，而且學校不能全部購買。同時理論課時與實踐課時存在著矛盾，實踐教學環(huán)節(jié)的課時嚴重不足。

3.虛擬與實物相結合的教學方法

（1）充分挖掘現(xiàn)有潛能，利用好傳統(tǒng)的實物教學方法。

通過提供豐富多彩的多媒體資源，降低理論知識的難度，并充分利用網(wǎng)上資源，貯備多種風格和多種形式的多媒體素材庫，突出重點，把學生的注意力集中于所學的知識上。利用好模型制作等傳統(tǒng)教學手段，強化學生動手能力，提高學生綜合素質(zhì)。充分利用實踐教學的有限資源，達到教學效率的最大化。

（2）創(chuàng)設合適的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，提高教學效率。

利用多媒體技術，使用實物仿真與虛擬現(xiàn)實相結合的方法，建造可以虛擬演練的現(xiàn)代化實驗實訓基地，其“設備”或“部件”是“虛擬”的，可根據(jù)發(fā)展需要重新“生成”新設備，也可使“設備”和教學內(nèi)容在虛擬環(huán)境中不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發(fā)展，以培養(yǎng)高素質(zhì)的畢業(yè)生，確保培養(yǎng)的知識型技術人才和管理型人才能滿足經(jīng)濟發(fā)展的要求。

（3）虛擬與實物教學方法的完美結合實現(xiàn)最佳教學效果。

教育是一個傳授知識的過程，使學生通過親身經(jīng)歷、直接體驗能加速理解和鞏固所學理論知識。虛擬與實物教學方法的完美結合實現(xiàn)最佳教學效果。最理想的教學過程應該是：在教室進行理論教學，在實驗室、車間進行實踐教學，在教室的虛擬工廠實訓，在虛擬現(xiàn)實技術下操作，熟練之后，進入生產(chǎn)一線實踐操作，使每位學生都能適應生產(chǎn)要求。

4.《油脂制取工藝學》教學實例

（1）教學過程。

①把整個油脂生產(chǎn)工藝流程的介紹安排到每一章，也就是說每一章的開始都要安排參觀虛擬工廠，加深印象，強調(diào)每一加工過程對產(chǎn)品生產(chǎn)的影響。

②教學盡可能采用實物操作，比如使用大豆、芝麻、菜籽等講解油料，通過自制和安排學生制作模型來講解設備結構和原理等。

③充分利用自制三維設備和三維車間資源，把設備擺在學生面前，任意操作和剖切，結構和原理一目了然。

④安排一次認識實習，到油脂企業(yè)參觀，使學生對所學課程內(nèi)容有一個整體的真實的認識。

（2）教學效果評價。

①學生反映對設備不再有陌生感，對于書上的設備線圖也容易看懂了。

②教師教學過程中沒有了只是講的感覺，仿佛是在和學生討論，是在給企業(yè)員工做培訓，而且不斷會有學生提出各種問題，達到了提高學生專業(yè)素質(zhì)的目的。

③這樣的教學方法得到了企業(yè)專家的一致認可，并有意借鑒。

綜合運用虛擬現(xiàn)實技術和實物教學方法可以使學生快速適應職業(yè)要求，成為熟練技能人才，進一步成為行業(yè)專家。這樣對學生就業(yè)、學校招生、滿足社會對應用型人才的需求，都有著極大的好處。

參考文獻：

王慶延，石 瀟.多媒體技術與應用.北京：清華大學出版社，2004.

呂長征.虛擬現(xiàn)實技術在產(chǎn)品設計教學中的應用.輕工科技，2013（4）.