基于云計算的虛擬化教學(xué)模式研究與實(shí)踐

曲佳

摘要：云計算的發(fā)展和混合式學(xué)習(xí)的出現(xiàn)為教育的發(fā)展提供了契機(jī)，根據(jù)高職教育的特點(diǎn)，在梳理當(dāng)前船舶電氣類課程教學(xué)上存在的現(xiàn)實(shí)困境的基礎(chǔ)上，構(gòu)建船舶電氣類課程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)云平臺，進(jìn)行虛擬化教學(xué)模式改革，提升教師的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，從而更好的提高學(xué)習(xí)效率。既是虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)學(xué)習(xí)的餞行者，又是創(chuàng)新教育新模式的倡導(dǎo)者。彌補(bǔ)傳統(tǒng)教育的不足，同時開啟未來航海教育新模式，更是現(xiàn)代教育改革的未來走向和使命。

關(guān)鍵詞：船舶電氣；云技術(shù)；虛擬化；教學(xué)研究與實(shí)踐

一、國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀分析

云計算是一種新興的商業(yè)計算模型。它將計算任務(wù)分布在大量計算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù)。云計算是虛擬化（Virtualization）、效用計算（Utility Computing）、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Iaas）、平臺即服務(wù)（Paas）、軟件即服務(wù)（Saas）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是集創(chuàng)建和體驗(yàn)為一體的虛擬環(huán)境的一種計算機(jī)系統(tǒng)。它結(jié)合計算機(jī)應(yīng)用硬件與軟件資源的集成技術(shù)，提供一種直觀的、逼真的三維虛擬環(huán)境，能夠使用戶有沉浸在虛擬世界中的感覺，欣賞由計算機(jī)技術(shù)帶來的虛擬世界，并能夠聽到真實(shí)的聲音。

1.國外虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)研究及發(fā)展現(xiàn)狀

國外在船舶領(lǐng)域開展了很多方面的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，在軍事方面，美國很早就進(jìn)入這個領(lǐng)域的研究。在民用船舶的虛擬仿真領(lǐng)域，挪威NorControl集團(tuán)研發(fā)設(shè)計NorView船舶操縱虛擬仿真系統(tǒng)都處于同類產(chǎn)品的世界前列，能顯示出逼真的港口實(shí)況，使用戶有較真實(shí)的船舶操縱感。另外，英國船商公司研發(fā)的輪機(jī)模擬器ERS-4000將“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)與輪機(jī)模擬器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙漫游和機(jī)艙設(shè)備的基本操作等功能，并可以模擬船舶在海上航行時的各種狀態(tài)。

2.國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀

我國在船舶領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論研究起始于20世紀(jì)90年代，國內(nèi)最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的單位是北京航空航天大學(xué)，目前是國內(nèi)最具有影響力的研究機(jī)構(gòu)之一。它早期主要研究的領(lǐng)域是虛擬環(huán)境中物體物理特性的相關(guān)研究，開發(fā)出了虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口的部分硬件，以及訓(xùn)練飛行員的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等，在這些領(lǐng)域都取得了較大的成就。由于船舶領(lǐng)域的特殊性，國內(nèi)職業(yè)院校開展這方面的理論研究與應(yīng)用均較少。

3.山東省《船舶電氣設(shè)備使用與維護(hù)》課程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀

在山東省內(nèi)船舶領(lǐng)域《船舶電氣設(shè)備使用與維護(hù)》課程的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)平臺的建設(shè)，仍處于未開發(fā)階段。

綜上所述，船舶電氣課程虛擬化仿真平臺的研究與實(shí)踐在山東省內(nèi)甚至全國處于創(chuàng)新領(lǐng)先位置。

二、研究意義

現(xiàn)代船舶無論從容量還是規(guī)模上都在不斷擴(kuò)大，船舶電氣設(shè)備不斷更新?lián)Q代，電氣保護(hù)裝置日益復(fù)雜，對船電管理人員的管理水平和要求越來越高。如何在教學(xué)過程中提高學(xué)生的船電管理意識和運(yùn)行維護(hù)水平，以便提高船舶電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，成為了輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)、船舶電子電氣技術(shù)專業(yè)學(xué)生船舶電氣模塊學(xué)習(xí)的重中之重和迫切要求。

加強(qiáng)教育信息化背景下的船舶電氣類課程教學(xué)模式改革、網(wǎng)絡(luò)資源云平臺的建設(shè)是船舶電氣類課程教學(xué)的迫切要求，也是未來航海教育綜合發(fā)展的需要和趨勢。

云計算的發(fā)展和混合式學(xué)習(xí)的出現(xiàn)為教育的發(fā)展提供了契機(jī)，本課題根據(jù)高職教育的特點(diǎn)，在梳理當(dāng)前船舶電氣類課程教學(xué)上存在的現(xiàn)實(shí)困境的基礎(chǔ)上，構(gòu)建船舶電氣類課程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)云平臺，進(jìn)行虛擬化教學(xué)模式改革，提升教師的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，從而更好的提高學(xué)習(xí)效率。既是虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)學(xué)習(xí)的踐行者，又是創(chuàng)新教育新模式的倡導(dǎo)者。彌補(bǔ)傳統(tǒng)教育的不足，同時開啟未來航海教育新模式，更是現(xiàn)代教育改革的未來走向和使命。

三、具體研究內(nèi)容

1.基于信息化教學(xué)資源的《船舶電氣設(shè)備使用與維護(hù)》課程模塊化教學(xué)設(shè)計

模塊化項(xiàng)目課程的內(nèi)容來源于職業(yè)崗位的典型工作任務(wù)，其編排順序要針對行動順序的每一個工作環(huán)節(jié)來融合相關(guān)課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐技能與理論知識的整合。打破原有課程按照教材進(jìn)行授課的平行結(jié)構(gòu)，按照循序漸進(jìn)自然形成的知識系列，以及學(xué)生認(rèn)知的心理順序，對知識內(nèi)容進(jìn)行重新選取、整合并編排，分為“電機(jī)模塊”、“電力拖動控制系統(tǒng)”、“船舶電力系統(tǒng)管理與維護(hù)”三個模塊。

2.構(gòu)建船舶電氣設(shè)備三維仿真模型庫

運(yùn)用Ansoft、Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)仿真軟件，針對課程設(shè)計的任務(wù)模塊，對電氣控制系統(tǒng)、船舶電站進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)仿真建模，營造虛擬環(huán)境。

3.搭建《船舶電氣設(shè)備使用與維護(hù)》課程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真云平臺

應(yīng)用Unity3D的引擎，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)與HTML、Flash 等進(jìn)行良好的交互，搭建虛擬現(xiàn)實(shí)仿真云平臺，學(xué)生可以不受空間和時間的限制，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)方式和接受能力進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

該虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺包含知識學(xué)習(xí)、虛擬訓(xùn)練、考核管理三大功能模塊。

（1）知識學(xué)習(xí)

調(diào)用《船舶電氣設(shè)備使用與維護(hù)》課程信息化教學(xué)資源（如PPT、圖片、視頻、flash動畫），學(xué)生可以按照需要進(jìn)行獲取，在虛擬仿真環(huán)境中沉浸在理論知識學(xué)習(xí)過程中。

（2）虛擬訓(xùn)練

在虛擬訓(xùn)練模塊中，學(xué)生可以點(diǎn)擊不同任務(wù)模塊進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)仿真環(huán)境，并進(jìn)行有針對性的訓(xùn)練，使電氣設(shè)備復(fù)雜的結(jié)構(gòu)簡單化，抽象的原理直觀化。

（3）考核管理

學(xué)員選擇考核項(xiàng)目，系統(tǒng)將實(shí)時記錄學(xué)生的操作流程，針對考核點(diǎn)完成情況做出評價并打出分?jǐn)?shù)，有效提高課程考核評價效果。教師通過數(shù)據(jù)后臺能即時掌握和管理學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

4.針對本課程進(jìn)行創(chuàng)新型虛擬化教學(xué)模式改革探究與實(shí)踐

在精品資源共享課程平臺和虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)平臺建成的基礎(chǔ)上，選取山東交通職業(yè)學(xué)院輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)2016級?？粕鸀槭谡n對象，通過兩輪行動研究，進(jìn)行創(chuàng)新型虛擬化模式改革實(shí)踐，跟蹤完整的教學(xué)過程。在每輪的行動研究之后，撰寫相關(guān)的研究日志，通過課堂觀察、問卷調(diào)查、個別訪談等途徑對研究進(jìn)行分析與評價，找出存在問題并進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化修改。

四、應(yīng)用價值

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)模式的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在難以突破的瓶頸，需要探索新的教學(xué)模式，利用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)平臺為依托的虛擬化教學(xué)模式，是信息技術(shù)高速發(fā)展到一定階段對現(xiàn)代教育模式的沖擊和教學(xué)高速信息化的推進(jìn)，對于推動船舶電氣類課程乃至整個航海類課程教學(xué)模式的改革和發(fā)展具有重要作用。通過構(gòu)建船舶電氣設(shè)備三維仿真模型庫，搭建《船舶電氣設(shè)備使用與維護(hù)》課程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真云平臺，并進(jìn)行虛擬化教學(xué)模式改革，其研究成果預(yù)期受益我校船舶電子電氣技術(shù)專業(yè)、輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)800余人，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真云平臺也可對其他兄弟院校教師以及社會學(xué)員進(jìn)行共享，促進(jìn)全省航海類教育質(zhì)量提升。本課程的建設(shè)與實(shí)踐模式，可為山東省乃至全國同類院校相關(guān)專業(yè)教學(xué)改革提供示范引領(lǐng)作用，具有較高的推廣應(yīng)用價值。endprint