網絡虛擬實踐教學平臺建設對工科學生培養(yǎng)的思考

趙克利

摘要：人才培養(yǎng)一直以來都是國家發(fā)展的重要支撐，隨著中國經濟發(fā)展步伐的加速，如何培養(yǎng)具有國際視野的卓越工程技術人員，滿足我國社會發(fā)展需求，是工科院校不斷探索的教學論題。本文將人才培養(yǎng)與制造業(yè)的需求相結合，就實踐環(huán)節(jié)對工程訓練的重要性、工科學生實踐能力提升的教育模式和方法、網絡虛擬實驗平臺建設意義和實例等方面進行探討，淺談網絡虛擬實踐教學平臺建設對工科學生培養(yǎng)模式。

關鍵詞：網絡虛擬實驗；工科；實踐教學；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）47-0208-02

制造業(yè)是立國之本，這是不爭的事實，工程技術人才培養(yǎng)是強國發(fā)展的基礎。我國約有1650所高等院校設有工科專業(yè)，近年來每年工科本科畢業(yè)生達110萬左右，然而高素質工程技術人員尚存在較大缺口，特別是制造業(yè)畢業(yè)生工程實踐能力明顯不足，高校的人才培養(yǎng)與制造業(yè)的人才需求存在一定差距。

一、人才培養(yǎng)與制造業(yè)的人才需求差距

從工程訓練的角度分析，高校人才培養(yǎng)與制造業(yè)的人才需求差距主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.現(xiàn)有工程訓練人才培養(yǎng)結構相對快速發(fā)展的產業(yè)結構轉型升級滯后，也即現(xiàn)有工程訓練的教學條件和模式亟待提升?？v觀國內工科高等院校的硬件實驗教學條件不能全方位跟隨日益更新的高水平制造業(yè)技術的發(fā)展進程，為此，近年來我國教育部也大力倡導和推進提高實驗環(huán)節(jié)訓練的積極舉措，廣泛開展虛擬實驗教學是其一。網絡實驗教學平臺的初期建設主要是涉及到高?；驑O端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作、高成本、高能耗、大型或綜合訓練等，隨著網絡虛擬教學平臺及虛擬實驗教學平臺的不斷完善和功能的不斷增加，虛擬實驗教學模式可多方位、多目標地增進和彌補學生實踐培養(yǎng)能力不足的問題。

2.學生培養(yǎng)的教育資源水平有一定差距。近年來國內一批重點院校的工科教育質量已達到或接近世界先進水平，在這些學校，師資、人才、資源集中，教學方法先進，匹配相關行業(yè)的前沿技術的實驗教學硬件設施完善。而大量地方工科院校的教學資源相對缺乏，特別是在教學方式上受到客觀條件的制約，使得優(yōu)質教育資源受眾面受到限制。

3.以人為本的安全意識提升因素。隨著社會經濟的發(fā)展，我們國家全民素質和安全意識都在提升，特別是處在學習階段的高校學生，從學校和學生雙方面均已進一步加強了安全的基本理念。

二、工科學生實踐能力提升的教育模式

近年來，各個高校都在探索工科學生實踐能力提升的教育模式和方法，以下談談幾點改進思路。

1.全面提高高校學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。持續(xù)開展實驗教學改革，完善現(xiàn)有的設計性實驗、創(chuàng)新性實驗和綜合性實驗項目，以物理實物實驗加以虛擬仿真實驗的方式，利用網絡虛擬實驗的教學資源，開展“校內外共享”、“虛實結合”的實驗教學模式，提高實驗環(huán)節(jié)的教學質量。同時開展“校企協(xié)同”的實驗模式，將科研成果轉化為本科生實驗教學內容，與企業(yè)合作開發(fā)實踐實驗教學資源，建設校企協(xié)同的實踐實訓教學基地，校企聯(lián)合指導實習、實訓等教學環(huán)節(jié)。

2.發(fā)展網絡虛擬實驗。2012年3月13日，教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》，進一步提出了建立數(shù)字教育資源共建共享機制的重要途徑，推動信息技術與高等教育深度融合。工科院校增大教育資源開放力度、共享范圍、大力開展網絡虛擬實驗是人才戰(zhàn)略發(fā)展的主要途徑之一。同時堅持“能實不虛、虛實接合、優(yōu)勢互補”的原則。網絡虛擬實驗可有效克服真實環(huán)境中的諸多限制、有效激發(fā)學生自主學習的積極性。

3.提高工科學生工程觀。完善實踐教學制度，加快建立學生到行業(yè)企業(yè)實習、實訓的長效機制。推動互聯(lián)網與制造業(yè)融合，發(fā)展基于互聯(lián)網的協(xié)同制造新模式。高校工科的虛擬實驗設置應緊密對接我國制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，同時從企業(yè)引進教師，并開設企業(yè)教師參與開放課。

三、網絡虛擬實驗平臺建設及引例

近年來，國內高等院校都在積極地探索將傳統(tǒng)實踐授課模式與虛擬實驗相結合的有效方法。隨著人才培養(yǎng)要求的不斷提升，傳統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)相對于目前的虛擬網絡實踐模式的培養(yǎng)，其存在明顯的不足支之處，如，基于實驗臺的實驗授課內容受設備空間、成本等的限制，可訓練的實踐環(huán)節(jié)、內容有限；對于危險環(huán)境的實驗難以展開；以人為本的教育理念越來越重要，師生實踐環(huán)節(jié)的操作安全保證性措施有限；設備更新受成本制約不能與時俱進；學生創(chuàng)新性設計的展示度不及虛擬實驗易于實現(xiàn)，等等。

如何更好地結合計算機及其工程應用軟件，如何利用好網絡平臺，以提高工程類學生的實踐授課質量，筆者探討一下個人想法。

1.對于機械工程類通識課程的基礎實踐環(huán)節(jié)，采用虛實結合的實踐授課模式。通過虛擬結構或模型的展示，可以使學生充分地了解實踐模型實物不宜展示的內容，再通過物理實體實驗平臺，使學生認識并動手操作實驗，達到“由里到外”地對實驗對象或實驗內容的深層次掌握。對于該環(huán)節(jié)的創(chuàng)新性或創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，學生可借助網絡平臺、各種工程應用軟件，拓展對實踐環(huán)節(jié)內容的結構、原理等創(chuàng)新學習的空間和可能。

2.對于綜合類及創(chuàng)新設計類實踐環(huán)節(jié)，可采用虛實結合或虛擬實驗的形成進行。基于已有綜合性實驗平臺，訓練學生對復雜工程實踐環(huán)節(jié)的操作，培養(yǎng)學生與人合作的團隊精神。但隨著我國高校工程專業(yè)認證的推進，對人才創(chuàng)新意識和國際視野理念的提出，培養(yǎng)學生在理論知識和現(xiàn)有實驗內容（代表某類產品的系統(tǒng)）的基礎上拓展相關內容的新結構、新方法、新融合等，是目前高等院校人才培養(yǎng)的職責。所以利用網絡平臺、利用工程應用軟件，進行虛擬設計、虛擬創(chuàng)新，并可結合3D打印技術等，將新產品、新模型等形成產品樣機，這樣既可使學生創(chuàng)新意識得以展現(xiàn)，又訓練了學生解決復雜工程問題的能力，同時也提升了學生的工程意識。

以吉林大學機械科學與工程學院為例，2015年吉林大學獲批了國家級“機械虛擬仿真實驗教學中心”（http：//vmech.jlu.edu.cn/），該虛擬實驗中心結合機械學院課程的實驗授課環(huán)節(jié)，申請并獲評了面向網絡開放的機械類虛擬實驗，包括機械原理及設計、數(shù)字控制、機械制造、機械設計及自動化、機械電子工程等教學功能。該虛擬仿真實驗平臺包括基礎層、專業(yè)層、創(chuàng)新層三個層次，基礎層以培養(yǎng)學生認識、分析、解決問題的能力及提高操作技能為目的；專業(yè)層以培養(yǎng)學生利用綜合知識，培養(yǎng)學生復雜工程實踐的能力；創(chuàng)新層為培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和能力的虛擬實驗拓展空間。

該虛擬實驗平臺可適應本科生的必修實驗環(huán)節(jié)、選修實驗環(huán)節(jié)以及創(chuàng)新設計開發(fā)實驗環(huán)節(jié)等，在時間和空間上學生的學習比較靈活，學生可以根據個人情況自行在規(guī)定的時間范圍內完成實驗環(huán)節(jié)；在實驗安全方面，可避免危險情況的發(fā)生；在設備更新及成本方面，可與時俱進滿足因經費不足等原因而不能實現(xiàn)的實驗的執(zhí)行；此外，更能滿足本科生基于虛擬實驗平臺進行虛擬操縱，基于原實驗系統(tǒng)機構、原理、方法等創(chuàng)新性實驗的進行；同時基于網絡環(huán)境實現(xiàn)開放狀態(tài)。

四、結束語

強化“厚基礎、重實踐、求創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)，不斷完善高等學校實驗教學方式、方法，是提升高校工科學生培養(yǎng)質量的必要途徑之一，網絡虛擬平臺與工科學生實驗教學的培養(yǎng)具有更大的發(fā)展空間。

參考文獻：

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