虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

周昕　桑海濤

摘 要：分析了建筑材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模塊和功能，在此基礎(chǔ)上闡述了如何在建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了分析研究。旨在為高職教學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)提供新思路、新方法和新途徑。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;建筑材料實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)教學(xué);應(yīng)用效果

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.164

《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》中指出：“人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)是教學(xué)過(guò)程的實(shí)踐性、開(kāi)放性和職業(yè)性，實(shí)驗(yàn)，實(shí)訓(xùn)，實(shí)習(xí)是三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！盵1]《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020年）》指出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性的影響，必須予以高度重視。”作為提高學(xué)生職業(yè)技能的重要手段的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，也必須應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)加以改進(jìn)，使之更適合于教學(xué)實(shí)施，提升教學(xué)質(zhì)量。故虛擬仿真實(shí)驗(yàn)得到了大力的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。

在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以促進(jìn)教學(xué)模式的改革，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段;可以提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)興趣;可以有效緩解實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器設(shè)備不足引起的學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作訓(xùn)練不夠的矛盾;可以進(jìn)一步推廣虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)理念。

1 建筑材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

建筑材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)國(guó)家建筑材料試驗(yàn)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家教育部發(fā)布的有關(guān)課程與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，完成建筑材料類(lèi)課程仿真實(shí)訓(xùn)方案，優(yōu)化課程與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)體系，開(kāi)發(fā)仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作的職業(yè)意識(shí)，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的應(yīng)用能力。

建筑材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件注重教學(xué)設(shè)計(jì)，以實(shí)驗(yàn)活動(dòng)為載體，以工作領(lǐng)域?yàn)閷W(xué)習(xí)范圍，以高交互為行為導(dǎo)向，貫徹取樣、實(shí)驗(yàn)、分析處理的項(xiàng)目教學(xué)全過(guò)程，充分展現(xiàn)做中學(xué)，學(xué)中做的仿真情景式教學(xué)。

建筑材料虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要功能見(jiàn)表1。

2 利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)展建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施方法

（1）堅(jiān)持以建筑材料檢測(cè)實(shí)際動(dòng)手操作為主，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為輔。建筑材料課程作為建筑工程相關(guān)各專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，建筑材料的性能檢測(cè)是學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)必備能力。通過(guò)建筑材料性能檢測(cè)試驗(yàn)，使學(xué)生掌握建筑材料的驗(yàn)收，儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)确矫娴幕局R(shí)和方法;具有進(jìn)行建筑材料試驗(yàn)、檢驗(yàn)及其質(zhì)量評(píng)定的基本技能。

在建筑材料性能檢測(cè)試驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)要求，堅(jiān)持以學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作進(jìn)行試驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為輔，采用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，以更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果。

（2）虛實(shí)結(jié)合開(kāi)展建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐。虛擬仿真教學(xué)屬于現(xiàn)代教學(xué)模式，與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同。兩者的區(qū)別體現(xiàn)在教學(xué)指導(dǎo)思想、教學(xué)理論依據(jù)、教學(xué)著眼點(diǎn)和教學(xué)手段上。傳統(tǒng)教學(xué)模式是一種基于老師為中心的“傳遞—接受”模式，而虛擬仿真教學(xué)是一種基于學(xué)生為中心的“探究—發(fā)現(xiàn)”模式[2]。

課程教學(xué)的基本程序是課前預(yù)習(xí)（包括復(fù)習(xí)舊課）—課堂講授新知識(shí)—課后復(fù)習(xí)及練習(xí)檢測(cè)。傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操實(shí)驗(yàn)教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在這三個(gè)階段發(fā)揮的作用是各有優(yōu)劣的。在進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，不能為使用虛擬仿真教學(xué)而使用虛擬仿真教學(xué)，而應(yīng)該充分考慮這兩種教學(xué)方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，合理安排教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，充分發(fā)揮兩種教學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)，提高教學(xué)質(zhì)量。

1）課前預(yù)習(xí)階段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，往往只重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程的實(shí)際動(dòng)手操作環(huán)節(jié)，而現(xiàn)實(shí)的建筑材料性能檢測(cè)不僅僅只包含動(dòng)手實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還包括材料的現(xiàn)場(chǎng)取樣、送檢等重要環(huán)節(jié)，而這些環(huán)節(jié)在傳統(tǒng)課堂中基本無(wú)法呈現(xiàn)。故在課前預(yù)習(xí)階段，要求學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)展示的虛擬情境，了解現(xiàn)場(chǎng)背景、現(xiàn)場(chǎng)取樣及送檢的實(shí)際情境，對(duì)建筑材料性能檢測(cè)的相關(guān)程序有一定了解。同時(shí)，要求學(xué)生在預(yù)習(xí)階段，必須通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，掌握本試驗(yàn)的目的及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)豐富的圖文、動(dòng)畫(huà)手段，初步了解所使用的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，初步進(jìn)行虛擬仿真操作，遇到問(wèn)題可尋求老師的指導(dǎo)。

2）虛擬仿真課堂教學(xué)。在進(jìn)行了課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，由教師組織，利用計(jì)算機(jī)開(kāi)展虛擬仿真的課堂教學(xué)。在老師的引導(dǎo)下，首先利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的演示功能，觀(guān)看整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的開(kāi)展情況，做到對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的初步認(rèn)知。然后利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作功能，用互動(dòng)式的三維動(dòng)畫(huà)模式，進(jìn)行互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)操作，按規(guī)范要求，按步驟地進(jìn)行虛擬操作，進(jìn)一步加深對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的了解與掌握。在此過(guò)程中，教師通過(guò)巡視、觀(guān)看學(xué)生操作過(guò)程，了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度。學(xué)生可在計(jì)算機(jī)上重復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，提高實(shí)驗(yàn)操作的熟練度。完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作后，在老師的指導(dǎo)下，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)展示真實(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教會(huì)學(xué)生識(shí)讀實(shí)驗(yàn)報(bào)告、填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3）實(shí)驗(yàn)室實(shí)操教學(xué)。在進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)完成的基礎(chǔ)上，利用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際動(dòng)手操作教學(xué)。因?yàn)橐呀?jīng)利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了課前預(yù)習(xí)及課堂仿真教學(xué)，故在實(shí)驗(yàn)室實(shí)操教學(xué)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的講解、老師演示等環(huán)節(jié)都可以大大節(jié)約教學(xué)時(shí)間，把更多的教學(xué)時(shí)間用來(lái)給學(xué)生進(jìn)行實(shí)際動(dòng)手操作。

4）課后復(fù)習(xí)。在完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告基礎(chǔ)上，可以利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行模擬考核，并可進(jìn)行答題回顧，及時(shí)回看答題情況，查漏補(bǔ)缺。對(duì)在實(shí)際操作過(guò)程中不熟練甚至是錯(cuò)誤操作，可以利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，反復(fù)進(jìn)行虛擬操作，進(jìn)一步提升操作能力。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的教學(xué)效果分析

利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，虛實(shí)結(jié)合開(kāi)展建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)，已經(jīng)在工程造價(jià)、城市軌道交通工程技術(shù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的建筑材料課程中實(shí)施。為檢驗(yàn)教學(xué)效果，對(duì)隨機(jī)的100名學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。

通過(guò)對(duì)調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行整理分析，有如下結(jié)論：

24%的學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真實(shí)訓(xùn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有很大幫助，73%的學(xué)生認(rèn)為有一定幫助，2%的學(xué)生認(rèn)為幫助不大，1%的學(xué)生認(rèn)為沒(méi)有幫助?？梢钥闯?，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的認(rèn)可度還是比較高的。

在對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能性調(diào)查中，86%的學(xué)生認(rèn)為仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用更大，而只有14%的學(xué)生認(rèn)為虛擬情境和模擬考核發(fā)揮更大作用。說(shuō)明學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，還是更看重與實(shí)驗(yàn)過(guò)程的理解和掌握。

在針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的有效性調(diào)查中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、教師現(xiàn)場(chǎng)演示、書(shū)本文本介紹三個(gè)選項(xiàng)中，92%的學(xué)生選擇了教師現(xiàn)場(chǎng)演示，8%的學(xué)生選擇了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有選擇書(shū)本文本介紹的。說(shuō)明虛實(shí)結(jié)合開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，必須堅(jiān)持以實(shí)際動(dòng)手操作為主，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為輔。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)提高建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果起到了積極的作用，對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段等方面都發(fā)揮著重要作用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展過(guò)程中，需進(jìn)一步完善虛實(shí)結(jié)合的方式與手段，以提高建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦溱.論虛擬實(shí)訓(xùn)的價(jià)值[J].高教論壇，2012（04）：92-93.

[2]李雄，孫路遙.虛擬仿真教學(xué)的內(nèi)涵、設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]，中國(guó)教育信息化，2019（03）：21-24.

作者簡(jiǎn)介：周昕（1977-），男，江蘇宿遷人，碩士，講師，研究方向：建筑材料。