基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

武燁

摘 要：隨著信息技術(shù)不斷進(jìn)步，近年來不斷出現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”“人工智能”等新的時(shí)代名詞，信息技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越深入，在教育方面也是如此。國內(nèi)已經(jīng)逐漸發(fā)展起虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，被應(yīng)用在各院校，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行革新。本文結(jié)合創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，對(duì)有關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方面的建立以及教學(xué)改革要點(diǎn)進(jìn)行研究，主要從4個(gè)方面對(duì)目前新的培養(yǎng)模式進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際建設(shè)情況進(jìn)行了介紹。希望通過本文對(duì)這種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究，對(duì)國內(nèi)教育事業(yè)的發(fā)展可以起到推動(dòng)作用；同時(shí)相關(guān)的研究還處于起步階段，也是進(jìn)行理論上的補(bǔ)充，希望日后虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以發(fā)揮出更高的教育價(jià)值。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 實(shí)驗(yàn) 教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（a）-0162-02

人才被稱為是新時(shí)代最重要的資源，也是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的根本條件，然而要想獲得人才，只有通過教育來實(shí)現(xiàn)。在教學(xué)中要對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)以及能力進(jìn)行全面提升，這就要結(jié)合新的教學(xué)手段，融合最新的信息技術(shù)產(chǎn)品，這樣學(xué)生可以對(duì)如今的科技發(fā)展情況有更加明確的認(rèn)知。對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革就是參考這樣的思路。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不斷更新，實(shí)驗(yàn)條件不斷改善，讓教育質(zhì)量得到了極大提升，同時(shí)也提升了教學(xué)效率。本文所研究的虛擬仿真平臺(tái)就是基于這種背景出現(xiàn)，并滿足了實(shí)際需求，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)進(jìn)行激發(fā)，并調(diào)動(dòng)起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與性與學(xué)習(xí)動(dòng)力，創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力都可以得到良好的鍛煉。而虛擬仿真平臺(tái)之所以能夠融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，就是為國內(nèi)創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供助力。

1 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式

1.1 高仿真度實(shí)驗(yàn)環(huán)境

以目前來看，學(xué)?；蛘呤桥嘤?xùn)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室不會(huì)在硬件上像企業(yè)科研實(shí)驗(yàn)室一樣隨時(shí)保持更新，設(shè)備難免會(huì)落后，這種情況在以往是非常困擾教育工作者的。很多時(shí)候?qū)W校實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)無法與社會(huì)需求接軌[1]。但是虛擬仿真這樣的概念已經(jīng)融入到學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中，這種技術(shù)與設(shè)備落后的局面就可以得到改善，這種新型實(shí)驗(yàn)室可以讓學(xué)生對(duì)最新的科技以及市場(chǎng)產(chǎn)品有機(jī)會(huì)接觸和了解，同時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境也得到了極大改善，此外就是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比以往更加全面。畢竟很多院校中，專業(yè)人才的培養(yǎng)是為了滿足實(shí)際生產(chǎn)人才需求，那么就要提升學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)和能力，但是無法將實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練直接轉(zhuǎn)移到企業(yè)中，因?yàn)橐痪€生產(chǎn)存在一定的危險(xiǎn)性。借助虛擬設(shè)備營造出高仿真的實(shí)驗(yàn)條件，則是可以滿足學(xué)校這樣的需求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行接近真實(shí)環(huán)境的實(shí)踐培訓(xùn)，無疑是對(duì)人才培養(yǎng)的強(qiáng)大助力。另外就是在新型實(shí)驗(yàn)室中，教師可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求，編制需要的題目，針對(duì)模擬出的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)真實(shí)生產(chǎn)或者服務(wù)環(huán)境加強(qiáng)了解，同時(shí)也能讓學(xué)生對(duì)企業(yè)實(shí)際工作環(huán)境提前適應(yīng)，需要的時(shí)候可以將以往的一些場(chǎng)景回放，這樣可以對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行多層次分析，學(xué)生一方面可以得到接近實(shí)際生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)鍛煉，另一方面安全性上不需要任何擔(dān)心，虛擬平臺(tái)上完全可以避免實(shí)際生產(chǎn)帶來的危險(xiǎn)性，讓學(xué)生可以全身心投入到實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練中，為未來真正進(jìn)入崗位做準(zhǔn)備。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中往往研究的是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，與探究性實(shí)驗(yàn)不同，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)就是對(duì)已經(jīng)得知的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生往往需要明確的就是相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理，然后盡可能保證實(shí)驗(yàn)成果。其實(shí)這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ娇梢宰寣W(xué)生的操作能力得到鍛煉，也能對(duì)實(shí)驗(yàn)原理加強(qiáng)理解，但是在創(chuàng)新方面卻是起不到任何作用，學(xué)生不需要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，完全就是按照固定的流程，為了得到確定的結(jié)果。但是如今需要培養(yǎng)的正是創(chuàng)新能力以及創(chuàng)新思維，那么學(xué)生若是依舊接受以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是無法實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)的。

在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，主要是情景再現(xiàn)，學(xué)生可以在創(chuàng)設(shè)的情景下對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了解，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，這種方式的實(shí)驗(yàn)更生動(dòng)，也不會(huì)出現(xiàn)意外事故，對(duì)以往的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行革新，同時(shí)提升教學(xué)質(zhì)量及效率。對(duì)于如今創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標(biāo)來說，這種模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加有效，同時(shí)可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得更好的體驗(yàn)。在虛擬環(huán)境下，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不需要考慮意外情況，這在以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是不可能實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)提升了教學(xué)質(zhì)量與效率，有助于培養(yǎng)出如今社會(huì)正需要的創(chuàng)新型人才。虛擬實(shí)驗(yàn)室中教學(xué)模式是多樣的[2]。同時(shí)情景代入感非常強(qiáng)烈，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)中自由發(fā)揮自己的想法，提升自身分析能力以及解決問題的能力，將知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練中。網(wǎng)絡(luò)化是有一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，可以為學(xué)生提供個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)條件。

1.3 實(shí)際科學(xué)研究探索

虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比較注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新力進(jìn)行培養(yǎng)，那么就要讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)會(huì)反思與總結(jié)，這種虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與訓(xùn)練，可以讓學(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及科學(xué)探究產(chǎn)生更強(qiáng)的興趣。這可以鼓勵(lì)學(xué)生參與到實(shí)際的科研工作中[3]。學(xué)生在虛擬平臺(tái)上不僅能夠?qū)Ω黝惓绦蜻M(jìn)行操作，掌握操作技巧以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的速度更快，將自身判斷與情景融合在一起，可以迅速掌握學(xué)習(xí)要點(diǎn)。在科學(xué)研究中，學(xué)生會(huì)處于仿真的環(huán)境中，科學(xué)探究的過程雖然不同于真正的實(shí)驗(yàn)，但是更加接近實(shí)際。

1.4 精心設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目

往往任何理論知識(shí)都是在實(shí)踐中總結(jié)出來，也是為了在實(shí)踐中應(yīng)用，那么在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，也是體現(xiàn)了這樣的理念，可以讓學(xué)生對(duì)知識(shí)強(qiáng)化理解，也能對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力進(jìn)行提升。但是很多時(shí)候，要想完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，需要的是足夠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這是需要資金來進(jìn)行建設(shè)的，這種投入是不可逆的，并且具有高危性，這就可以通過虛擬環(huán)境對(duì)算法結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證[4]。同時(shí)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定，可以將實(shí)驗(yàn)的順序以及環(huán)節(jié)進(jìn)行更改，這樣實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具有開放性，對(duì)創(chuàng)新意識(shí)的開發(fā)更加強(qiáng)力，同時(shí)學(xué)生也能夠?qū)ψ陨韺?shí)踐能力進(jìn)行提升，創(chuàng)新意識(shí)也會(huì)得到強(qiáng)化。

2 教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)

2.1 時(shí)間、空間、設(shè)備

首先為了讓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)發(fā)揮出最大的價(jià)值，可以對(duì)全體學(xué)生開放，一些學(xué)習(xí)非常有益并且對(duì)相關(guān)學(xué)科有探究興趣，也是可以開放實(shí)驗(yàn)室的。實(shí)驗(yàn)時(shí)間也需要進(jìn)行延長(zhǎng)，對(duì)于學(xué)生來說，可能需要在閑暇時(shí)間參與實(shí)驗(yàn)，那么對(duì)于在節(jié)假日期間使用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，可以提出鼓勵(lì)，將實(shí)驗(yàn)的時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)。學(xué)校還需要建立門禁制度，這樣是為了便于管理人員對(duì)教師以及學(xué)生進(jìn)行授權(quán)，在實(shí)驗(yàn)室開放后，可以提升實(shí)驗(yàn)室使用的效率。教材中也會(huì)有一些實(shí)驗(yàn)任務(wù)，但是這些實(shí)驗(yàn)任務(wù)局限性非常高，很難將實(shí)驗(yàn)設(shè)備完全發(fā)揮出來，同時(shí)也需要將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)盡可能為更多學(xué)生開放，這樣更多學(xué)生可以參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)匯總，將新型實(shí)驗(yàn)室的作用發(fā)揮出來。開展實(shí)驗(yàn)需要注意創(chuàng)新性，將設(shè)備的價(jià)值也能夠發(fā)揮出來。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行分層教學(xué)，這樣可以根據(jù)學(xué)生所處層次開放實(shí)驗(yàn)室。第一個(gè)層次可以是低年級(jí)的一些學(xué)生，或者是見習(xí)管制員，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就是了解基本的儀器設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)前需要教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，通過后才能使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備。第二個(gè)層次則是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與自己設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)。第二層也是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層，主要是為一些剛剛拿到管制員資格的管制員或者中年級(jí)學(xué)生可以使用，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，盡可能與教學(xué)內(nèi)容一致，為更多學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)，第三層次主要是進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)以及研究型實(shí)驗(yàn)。這一層次主要是為成熟管制員提供服務(wù)，在學(xué)生方面，主要是高年級(jí)學(xué)生，學(xué)生可以根據(jù)自身需求選擇合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外就是在實(shí)驗(yàn)中，要堅(jiān)持以學(xué)生為主體，教師可以在實(shí)驗(yàn)中給予學(xué)生及時(shí)指導(dǎo)，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的探究欲望被激起。主要是對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)。第四層次是研究實(shí)驗(yàn)層，這一層所有學(xué)生都可以使用，可以根據(jù)學(xué)生自己需求，選擇自己想要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，甚至可以獲取資金方面的支持，教師也可以提供必要的幫助和引導(dǎo)。

3 結(jié)語

總之，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是信息技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的表現(xiàn)，將虛擬技術(shù)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這對(duì)國內(nèi)教育來說是一次重大的突破。一直以來在創(chuàng)新人才方面，我國都是非常缺乏的，尤其是教育模式方面，應(yīng)試教育下學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)新能力，學(xué)校就需要讓實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ礁迂S富，形式更加創(chuàng)新，鼓勵(lì)學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，這樣實(shí)驗(yàn)室的利用效率也得到了提升，同時(shí)教學(xué)資源方面的缺乏也得到了滿足，畢竟是虛擬仿真的形式，不需要學(xué)生產(chǎn)生任何擔(dān)心，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率與質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 王娜，楊廠 ，馬保成，等.非重點(diǎn)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)研究——以西安科技大學(xué)給排水科學(xué)與工程專業(yè)為例[J].新西部：理論版，2017（19）：42-43.

[2] 劉莉莉.應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探析——以莆田學(xué)院新聞廣告專業(yè)為例[J].莆田學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，24（3）：88-92.

[3] 劉瓊，張韋深，龍?zhí)斐?，?對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的再認(rèn)識(shí)——基于“第三屆高等學(xué)校國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)研討會(huì)暨虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)資源建設(shè)論壇”[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2017，31（2）：162-165.

[4] 孫苗，蘭曉紅.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究——以重慶師范大學(xué)為例[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（3）：117-120.