虛擬仿真技術(shù)在木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的探索

李露+曹歡玲+趙相君+彭何歡

摘要：本文分析了木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一系列問題，比如硬件資源不足、涉及有毒有害物質(zhì)和危險(xiǎn)操作、教學(xué)方法落后、教材設(shè)備陳舊以及信息化程度低等。虛擬仿真技術(shù)具有能解決教學(xué)資源不足、實(shí)驗(yàn)時(shí)間受限、污染和安全性等問題，并能突破傳統(tǒng)講授模式以及和現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)聯(lián)系緊密。因此有必要在木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文還討論了在木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的基本原則。

關(guān)鍵詞：木材科學(xué)與技術(shù)；虛擬仿真技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）51-0270-02

一、引言

木材科學(xué)與技術(shù)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)計(jì)劃中，實(shí)踐課程占有較大比重[1]。但受到實(shí)驗(yàn)空間、儀器設(shè)備、教學(xué)教材等方面的影響，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效果不佳，學(xué)生的熱情不高的現(xiàn)象。在實(shí)踐教學(xué)中，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，解決傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中的難題，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才的目的。

二、木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)活動中存在的問題

木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科主要有木材學(xué)、膠黏劑與涂料、木材干燥學(xué)、人造板工藝學(xué)以及木制品生產(chǎn)工藝學(xué)等專業(yè)實(shí)驗(yàn)[2]。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)活動存在一些不足，具體表現(xiàn)在以下方面：

（一）硬件資源不足，難以滿足學(xué)生需求

重理論，輕實(shí)踐；重科研，輕教學(xué)是很多高校普遍存在的觀念。正因如此，一些高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件資源不足，直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳[3]。

（二）涉及有毒有害物質(zhì)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性不高

膠黏劑與涂料學(xué)、人造板工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，要用到含甲醛的膠黏劑。甲醛是一種具有強(qiáng)烈刺激性的有毒氣體[4]，如果通風(fēng)設(shè)備不齊全，師生防護(hù)措施不到位，不僅會影響師生的健康，更會影響學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的積極性。

（三）傳統(tǒng)教學(xué)不利于培養(yǎng)獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是學(xué)生在固定時(shí)間和固定地點(diǎn)完成預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種封閉式教學(xué)模式極不利于學(xué)生的獨(dú)立思考能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四）實(shí)驗(yàn)教材老舊，與現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)差異大，不利于學(xué)生今后的職業(yè)發(fā)展

木材科學(xué)的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)突飛猛進(jìn)[5]。如果實(shí)驗(yàn)教材陳舊落后，與現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)差異大，則不利于學(xué)生今后的職業(yè)發(fā)展。

（五）信息化程度低，不順應(yīng)現(xiàn)代高等教育的發(fā)展趨勢

根據(jù)國家教育部于2012年印發(fā)的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》，要求推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[6]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的信息化程度低，不能順應(yīng)現(xiàn)代高等教育的發(fā)展趨勢。

三、木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比具有明顯的優(yōu)勢，特別對以下實(shí)驗(yàn)課程，更適合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，如：（1）具有較高危險(xiǎn)性或污染性，學(xué)生操作容易發(fā)生事故的；（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴精密且易損壞，不能滿足每個(gè)學(xué)生都獨(dú)立操作的；（3）實(shí)驗(yàn)成本高、消耗大的綜合性實(shí)驗(yàn)等[7]。結(jié)合木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)情況，有針對性地開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有以下優(yōu)勢：

（一）解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足的問題

虛擬仿真技術(shù)因其虛擬性，不需要真實(shí)的儀器設(shè)備和原材料，能滿足實(shí)踐需求，因此能很好地解決資源不足的問題。

（二）解決污染性、危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)引發(fā)的安全問題

木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實(shí)驗(yàn)課程體系中人造板工藝學(xué)和膠黏劑與涂料學(xué)等存在甲醛的污染性；木制品生產(chǎn)工藝學(xué)又存在一定的危險(xiǎn)性，為了避免學(xué)生出現(xiàn)安全事故，有些實(shí)驗(yàn)課程就干脆以專人演示、學(xué)生觀摩的方式開展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)特別適合具有污染性和危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)課程。

（三）突破教師講授、學(xué)生按部就班操作的問題

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是學(xué)生按理論按部就班操作，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以讓學(xué)生在系統(tǒng)上預(yù)習(xí)理論知識和完成實(shí)驗(yàn)過程，可以增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立思考能力。

（四）緊密聯(lián)系現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)

高校內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)教材和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備往往存在更新不及時(shí)的現(xiàn)象。采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，制作現(xiàn)代化的設(shè)備動畫模型、生動豐富的模擬場景，能激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，更能讓學(xué)生更早地接觸到現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)。

四、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建原則

目前，國內(nèi)很多高等院校都在開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于每個(gè)學(xué)校的教學(xué)資源及學(xué)科專業(yè)自身的特點(diǎn)不同，在構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的時(shí)候應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，可以從以下幾個(gè)方面考慮：

（一）應(yīng)遵循以實(shí)為本，以虛補(bǔ)實(shí)，虛實(shí)結(jié)合

工科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)首先立足于實(shí)際，因?yàn)楝F(xiàn)場實(shí)際操作和虛擬操作畢竟有差別。只有當(dāng)現(xiàn)實(shí)條件難以滿足人才培養(yǎng)需求時(shí)，適當(dāng)引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，做到以虛補(bǔ)實(shí)，虛實(shí)結(jié)合。

（二）注重虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)的層次

通過精心設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，構(gòu)建三個(gè)層次的教學(xué)模塊，分別為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層次、專業(yè)技能層次和綜合創(chuàng)新層次[8]?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)層次要讓學(xué)生掌握木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)知識、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)基本操作技能以及實(shí)驗(yàn)安全知識。專業(yè)技能層次要讓學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)實(shí)驗(yàn)知識、掌握專業(yè)的實(shí)驗(yàn)操作技能以及專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器的工作原理和使用維護(hù)方法。綜合創(chuàng)新層次是以開拓學(xué)生視野，發(fā)散思維，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

（三）提高人才隊(duì)伍的建設(shè)水平

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有別于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要求實(shí)驗(yàn)專任教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員具有先進(jìn)的教育理念、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、較高的學(xué)術(shù)水平和勇于創(chuàng)新的精神。

五、結(jié)語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種補(bǔ)充手段，能夠有效促進(jìn)木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和發(fā)展。但在構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺時(shí)，要防止過度虛擬化，遵從以虛補(bǔ)實(shí)，虛實(shí)結(jié)合的原則。并在今后的教學(xué)實(shí)踐中，不斷地完善虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的功能，構(gòu)建符合培養(yǎng)木材工業(yè)現(xiàn)代化人才的體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬靈飛，修樹東，金春德，錢俊.木材科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐[J].中國林業(yè)教育，2012，30（5）：29-32.

[2]張世峰，張偉，李建章.關(guān)于提高木材科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生創(chuàng)新能力的思考[J].中國林業(yè)教育，2016，34（4）：12-14.

[3]蔡久評，李艷芳.高等學(xué)校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理研究[J].江西科技師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（5）：119-124.

[4]劉福生，王晟，宰德欣，魏曙光.人造板用脲醛膠面臨的問題及對策[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，29（1）：93-97.

[5]周玉成，陳放.木材工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].林業(yè)工程，2006，20（2）：59-62.

[6]王森，李平.2014年國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心分析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，35（4）：82-86.

[7]劉亞豐，余龍江.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)理念及發(fā)展模式探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，33（4）：108-114.

[8]楊振德，玉舒中.森林保護(hù)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建[J].教育教學(xué)論壇，2015，（21）：268-270.

Abstract：This paper analyzes a series of problems of traditional experimental teaching on the wood science and technology discipline，such as hardware resources shortage，involving poisonous substances and dangerous operation，backward teaching methods，old teaching equipment，low degree of informatization and etc. Virtual simulation technology can solve the lack of teaching resources，experimental time limited，pollution and safety，and can break the traditional teaching mode and connect modern production technology. Therefore it is necessary to carry out virtual simulation technology experiment teaching in wood science and technology discipline. Also the paper discusses the basic principle of the building virtual simulation experiment teaching system in wood science and technology discipline.

Key words：wood science and engineering；virtual simulation technology；experiment teaching