虛擬仿真技術(shù)在高職實踐教學中的比較優(yōu)勢

李建朝　齊素慈

摘要：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展進步，虛擬現(xiàn)實的仿真技術(shù)也進入了一個廣闊的領(lǐng)域，在現(xiàn)代教育信息化技術(shù)迅猛發(fā)展的推動下，國家對職業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求更深層次，也漸漸的取代了傳統(tǒng)教育模式中的手段方法與墨守成規(guī)的教育風格。新的仿真技術(shù)已被職業(yè)院校引入教學計劃中，從而達到教學的需求和培養(yǎng)高質(zhì)量高素質(zhì)人才的要求。鋼鐵冶金行業(yè)是一個高溫、高危、高污染、高能耗的行業(yè)，這些特點決定了專業(yè)課程在校內(nèi)開展專業(yè)實踐訓練難以實現(xiàn)。因此，研究如何將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到專業(yè)課程教學中，改革以往的教學模式、教學內(nèi)容、教學方法和手段已勢在必行。

關(guān)鍵詞：虛擬；仿真技術(shù)；冶金；教學

虛擬仿真技術(shù)在百度百科上定義又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)或者模擬技術(shù)，就是用一個虛擬的系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，是20世紀80年代新崛起的一種綜合集成技術(shù)，涉及計算機圖形學、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等。它由計算機硬件、軟件及傳感器構(gòu)成。三維信息虛擬環(huán)境，逼真模擬現(xiàn)實世界甚至不存在的物體和環(huán)境，人可在此環(huán)境里親自操作，自然地與虛擬環(huán)境進行交互。虛擬的仿真技術(shù)是一門新興起的高技術(shù)，由于其逼真的作業(yè)環(huán)境、可重復性操作、無耗材等優(yōu)點，近年得到迅速的發(fā)展，應(yīng)用于軍事、航空、機械制造等國家多個領(lǐng)域，甚至現(xiàn)在被職業(yè)院校引入教學中，如武漢軍械士官學校，開發(fā)了模擬軟件在計算機操作課程中的應(yīng)用；石家莊職業(yè)技術(shù)學院利用仿真技術(shù)對化工自動化實踐教學進行了改進，改革后的教學過程在仿真實訓室進行，多媒體教學和仿真上機同步進行，將理論教學和實踐教學同步進行；其他多所高職院校對計算機、自動化、建筑等專業(yè)的部分課程教學方式改革或軟件具體應(yīng)用進行了研究和探討。但就目前而言，對于冶金專業(yè)的虛擬仿真技術(shù)的運用還是非常少的，無論是實踐還是參考文獻上。本文將從以下幾點淺談虛擬仿真技術(shù)在高職實踐教學中的優(yōu)勢，尤其對于冶金專業(yè)而言。

一、教學模式的革新

（一）實踐基地建設(shè)的必要

高職院校的學生在文化基礎(chǔ)上弱與科班生，理解能力差，動手能力不強，尤其對于冶金專業(yè)的高職生動手的機會不多。傳統(tǒng)的教育模式以傳授課本知識為主，對于不易理解的內(nèi)容教師也無法做現(xiàn)實中的展示，只能在一知半解中繼續(xù)學習繼續(xù)畢業(yè)，對于冶金行業(yè)人才的需求卻無法滿足，學生也無法專業(yè)上就業(yè)。鄧小平曾經(jīng)說過"實踐是檢驗真理的唯一標準"，因此，引進虛擬的仿真技術(shù)，建設(shè)實踐教學基地，可以讓學生猶如身臨其境般體驗冶金的設(shè)備、生產(chǎn)工藝、控制流程等，加強學生學習的積極性，提高動手能力，將實訓從理論中剝離，鍛煉學生的職業(yè)技能，為冶金企業(yè)人才的空缺培養(yǎng)人才。

（二）教學團隊的組建

引進虛擬仿真技術(shù)的教學模式，在教學團隊上便無法聘用只會照課本念書的老師，而是熟悉冶金"鐵-鋼-鑄-軋"全部工藝流程且熟練操作由計算機應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字自動控制技術(shù)、視頻圖像技術(shù)、實踐生產(chǎn)技術(shù)融合一體的3D仿真技術(shù)平臺軟件。在條件允許的情況下，可外聘冶金企業(yè)生產(chǎn)的人才到校授課，更貼切崗位工作內(nèi)容，及時解決學生的疑惑。也可以適當聘請專家開設(shè)講座，適當傳授更高層次的冶金知識和管理知識，提高學生的思想高度。

（三）實踐有場所

所有的知識終歸需要回歸到實踐中才有價值。學生在整個學期中學到的冶煉知識，在期末中由學校推薦到鋼鐵企業(yè)中實習，在實戰(zhàn)中鍛煉，便于及時加強的課堂上忽略的環(huán)節(jié)以及糾正理解有誤的知識點，提到學生的動手能力，為社會培養(yǎng)高質(zhì)量人才。

二、虛擬仿真技術(shù)軟件平臺的搭建

在教學革新的模式中，必定需要仿真軟件的輔助教學。建設(shè)虛擬的仿真軟件，首先要配套的技術(shù)設(shè)施，如計算機應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字自動控制技術(shù)、視頻圖像技術(shù)、實踐生產(chǎn)技術(shù)等。其次，冶金生產(chǎn)中涉及到的工藝流程，造渣、出渣、熔池攪拌、電爐底吹、熔化期、氧化脫碳期、精煉期、還原期、鋼液攪拌、鋼包喂絲等等環(huán)節(jié)，都有一定時間和量的要求?？梢砸M濕法煉鋅仿真軟件，用于鋅精礦氧化焙燒工序、中性浸出工藝、熱酸浸出工藝、沉鐵工藝等；鋁業(yè)金仿真軟件，用于氧化鋁生產(chǎn)工藝；鋼鐵生產(chǎn)仿真軟件，用于煉鐵、煉鋼、軋鋼的流程工藝。冶金行業(yè)涉及的三大金屬--鋼、鐵、鋁，在高職院校的虛擬仿真軟件搭建里，分工種仿真實訓，貼切現(xiàn)實的直觀操作便于學生對每道工藝的設(shè)備運作狀態(tài)觀摩、監(jiān)控，引進以上幾種亦校亦生均受益匪淺。

在理論課教學中利用虛擬仿真技術(shù)軟件創(chuàng)設(shè)學習情景，優(yōu)化整合教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生專業(yè)技能的操作能力、創(chuàng)新能力與實際應(yīng)用能力，有效提升專業(yè)教學效率與質(zhì)量。理論聯(lián)系實際，對接鋼鐵企業(yè)冶煉實際生產(chǎn)，提高學生的職業(yè)能力和就業(yè)競爭力。

三、拓寬學習渠道

（一）學校網(wǎng)絡(luò)資源覆蓋

學校搭建的虛擬仿真技術(shù)軟件在課堂上用于學生學習、操作，在課堂外也應(yīng)開放平臺的使用。課堂上教師的授課針對的是全體學生，會有個別學生不理解的情況，課堂介紹后可以在軟件平臺上繼續(xù)模擬操作，一步步的理解知識點并熟練實踐操作。為保證學校資源的不外泄，可以統(tǒng)一身份管理平臺，在校園內(nèi)外網(wǎng)設(shè)立身份驗證，每位本校冶金專業(yè)的學生注冊綁定認證一個賬號，非本專業(yè)或非本校學生沒有權(quán)限進入，建立安全的儲存機制，保證學校平臺資源與學生信息的安全管理。同時，還建立交流、論壇版塊，安排固定時間老師在線，便于學生在課堂上不敢提問的問題得到解決，讓學生學習抽象的專業(yè)更有興趣。利用網(wǎng)絡(luò)模擬虛擬仿真軟件和溝通平臺進行教學改革與實踐訓練，實現(xiàn)學生與生產(chǎn)現(xiàn)場零距離對接，溝通及時能解惑，培養(yǎng)全方位的職業(yè)人才。

（二）開設(shè)模擬比賽

檢測學生在學習的結(jié)果，并且還起激勵肯定作用，最好的方式在于組織模擬大賽。利用仿真軟件進行冶金技術(shù)專業(yè)課程評價體系改革，組織煉鋼、連鑄等模擬生產(chǎn)大賽。組織系級、校級冶金虛擬煉鋼賽，選出拔尖學生，推薦參加“星科杯”全國冶金院校虛擬煉鋼技能大賽，此大賽于去年開始舉辦第二屆，全國九家冶金類職業(yè)技術(shù)院校，18支代表隊參加了本次比賽，由此可看出國家對虛擬仿真技術(shù)在高職院校中的重視程度。無論系級、校級，甚至全國性大賽，比賽的項目主要為建筑用高強度結(jié)構(gòu)鋼的虛擬仿真冶煉，使用智能開發(fā)的“鋼鐵生產(chǎn)仿真實訓系統(tǒng)”，通過生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)下達計劃指令，按真實煉鋼環(huán)境下對應(yīng)的時間實現(xiàn)從投料到出鋼水冶煉生產(chǎn)的全部流程，期間完成預(yù)先設(shè)置的各種異常工況的考核。

全方位的冶金生產(chǎn)仿真模擬大賽一方面為檢驗學生的學習成果，一方面為培養(yǎng)國家職業(yè)技術(shù)人才，對于職業(yè)院校而言，提高辦學質(zhì)量、教學效率和教學的質(zhì)量，增強院校名氣，加大入學率、就業(yè)率，培養(yǎng)高素質(zhì)的科技人才，為冶金技術(shù)行業(yè)培養(yǎng)新型“造血細胞”。

冶金行業(yè)特點決定了高職院校在校內(nèi)實訓教學困難，傳統(tǒng)的教學注重理論講授，忽略學生抽象思維的理解能力及動手能力，而高職院校的學生基礎(chǔ)弱，底子薄，理解程度淺，動手能力差，職業(yè)素質(zhì)低。采用虛擬仿真技術(shù)，以真實的工作環(huán)境和工作任務(wù)為載體，再現(xiàn)冶煉企業(yè)中生產(chǎn)與控制界面，融合生產(chǎn)與過程參數(shù)處于動態(tài)、變化規(guī)律，實現(xiàn)與生產(chǎn)企業(yè)就業(yè)崗位的零距離對接，直觀性強、安全性好，對學校而言具有絕對的優(yōu)勢。優(yōu)勢的建立體現(xiàn)在教學模式革新獨特、仿真技術(shù)軟件平臺的搭建、學習渠道的拓寬上。

入虛擬仿真技術(shù)，在冶金技術(shù)專業(yè)課程中，將專業(yè)課程內(nèi)容、教學方法和教學手段進行改革，加強課程的實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生專業(yè)技能的操作能力、創(chuàng)新能力與實際應(yīng)用能力。

利用網(wǎng)絡(luò)模擬虛擬仿真軟件和數(shù)字化虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)平臺進行教學改革與實踐訓練，有效提升專業(yè)教學效率與質(zhì)量，實現(xiàn)學生與生產(chǎn)現(xiàn)場零距離對接，培養(yǎng)全方位的職業(yè)人才。

課程的改革可以為全國冶金技術(shù)專業(yè)的課程改革提供重要的參考方向，同時為其他院校課程改革提供良好的參考價值，將有很高的應(yīng)用和推廣價值。

參考文獻：

[1]尹立孟 ，朱光俊， 萬新 ，張明遠.鋼鐵生產(chǎn)虛擬仿真實驗教學的建設(shè)與思考.《重慶科技學院學報：社會科學版》.2014（9）：142.

[2]林忠.仿真軟件在高職冶金技術(shù)教學中的應(yīng)用.《教育觀察》.2015（5）：4.