高職環(huán)保類專業(yè)虛擬仿真教學的探索和實踐

姚偉卿

摘? 要：針對高職環(huán)保專業(yè)教學中存在的實訓成本高、危險系數(shù)高等問題，以我校環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)的虛擬仿真教學為例，從虛擬仿真教學體系、虛擬仿真教學資源、虛擬仿真教學過程及教學效果四個方面進行闡述，旨在為高職環(huán)保專業(yè)虛擬仿真教學提供有力參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)保專業(yè);高職;虛擬仿真

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）23-0119-04

Abstract： The higher training costs and high risk factors in the teaching of Environmental Protection Major in higher vocational colleges are in existence. Taking the virtual simulation teaching of Environmental Engineering Technology Specialty in our college as an example， this paper expounds the virtual simulation teaching system， the virtual simulation teaching resources， the virtual simulation teaching process and the virtual simulation teaching effect， and aims to provide a worthy reference for virtual simulation teaching of environmental protection major in higher vocational colleges.

Keywords： Environmental Protection Specialty; Higher Vocational Colleges; virtual simulation

引言

高職教育的特點是盡可能營造真實工作的學習環(huán)境，重視實踐教學，致力于學生職業(yè)技能的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提升。雖然近年來我國高職學生在國際比賽屢獲大獎，高職教育質(zhì)量有所提升，但高職教育的發(fā)展依然面臨諸多挑戰(zhàn)，如實訓設備成本高，耗材資金投入比重大，設備更新?lián)Q代較為迅速，實訓危險系數(shù)高等。所以，作為教育實踐者，需從多角度多層面出發(fā)，積極尋求解決問題之法。

虛擬仿真教學是現(xiàn)代教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)教育信息化的重要抓手[1]。虛擬仿真教學是現(xiàn)階段我國部分高等院校建立的全新教學模式，它區(qū)別于傳統(tǒng)教學模式，將現(xiàn)實無法實現(xiàn)的教學內(nèi)容通過虛擬仿真技術(shù)呈現(xiàn)，顯著提高了教學效率及質(zhì)量，目前已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應用和推廣[2-4]。然而，虛擬仿真技術(shù)在高等教育環(huán)保專業(yè)教學中應用很少[5-7]，在高職教育環(huán)保專業(yè)教學中的應用還未見報道，本文在高職環(huán)保專業(yè)《大氣污染治理技術(shù)》核心課開展虛擬仿真教學的實踐探索和成功經(jīng)驗，以期為虛擬仿真技術(shù)在高職環(huán)保專業(yè)的應用推廣提供有力參考。

一、高職環(huán)保類教學存在的問題

高職院校環(huán)保類專業(yè)的人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)在環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)中具有一定創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和較強實踐能力的高級技術(shù)技能人才，面向的工作崗位主要有環(huán)保設施運營管理、環(huán)保設備維修與維護、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境工程設計、環(huán)境工程施工與監(jiān)理、環(huán)保產(chǎn)品及技術(shù)營銷等，涵蓋“大氣、水體、固廢、生態(tài)”人類生存的方方面面，環(huán)保行業(yè)范圍極廣，由于污染物的種類、濃度和組合具有綜合性和復雜性，并具有地域特征和時間特征，治理技術(shù)和設備眾多，工種也很多，因此在教學過程中需要學生掌握很多技能。

高職教育環(huán)保類的課程教學改革由傳統(tǒng)的教學模式“理論和實踐分離”的第一階段，發(fā)展到了“項目教學”、“教、學、做”一體化的第二階段，但此階段也存在不少問題，如因大多數(shù)環(huán)保設備是封閉、不可見的，學生缺乏設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)認知;部分污染物有毒有害，對身體傷害大，學生做實訓時，安全是首要考慮的問題;另外，由于資金、場地和維護成本等問題，污染治理設備少或無設備，學生人數(shù)多，實踐難，實訓效果不佳，上述問題一直是阻礙環(huán)保類課程教學改革大跨步發(fā)展的“頑疾”。隨著現(xiàn)代教育信息化的發(fā)展，一些環(huán)保院校在自身發(fā)展實踐中逐漸找到治疾的“良方”——虛擬仿真技術(shù)。所以，借助虛擬仿真技術(shù)的虛擬仿真教學也許正在成為高職環(huán)保類專業(yè)教學改革的“第三階段”。

二、高職環(huán)保類虛擬仿真教學體系的探索

（一）虛擬仿真教學體系的構(gòu)建

通過對近五年高職環(huán)保類專業(yè)主要工作崗位所需能力的系統(tǒng)分析，大氣污染治理技術(shù)課程所需學生掌握的技能以廢氣污染治理設備的運行維護及工業(yè)廢氣監(jiān)測分析為主，廢氣治理工程初步設計和施工技能次之，結(jié)合高職學生喜操作、懼理論的特點，按照“學生多操作、理實相結(jié)合、還原工作場景和控制成本”的建設思路，構(gòu)建了“三類九模塊”的以工程實踐實訓為主、實驗理論為輔的虛擬仿真教學體系。

如圖1所示，該體系主要分工程實踐實訓、實驗輔助及理論輔助三大類別，工程實踐實訓主要含治理設備操作仿真模塊、治理設備運行仿真模塊、廢氣治理工藝系統(tǒng)運行維護仿真模塊和廢氣治理工藝系統(tǒng)故障排除仿真模塊四大模塊，主要用于培養(yǎng)學生廢氣處理設備及工藝系統(tǒng)的操作運行維護技能;實驗輔助類有實物實驗配套虛擬仿真實驗模塊和虛擬仿真實驗模塊，主要用來解決實物實驗工位不夠和增加因危險系數(shù)高難以開設的實驗項目，最后是理論輔助的知識點微課模塊、設備結(jié)構(gòu)認知仿真模塊和設備原理flash動畫模塊，這三個模塊主要用來解決學生的設備密封不可見、工作原理抽象難理解的難題。

（二）虛擬仿真教學的實踐探索

以高職環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)的核心課之一大氣污染治理技術(shù)為例，該課程的虛擬仿真教學資源分布如表1所示。

自2016年開始探索虛擬仿真教學，經(jīng)過多輪教學的嘗試和改進，當前我系環(huán)境工程專業(yè)大氣治理技術(shù)課程已經(jīng)具備表1中第一、二期大部分虛擬仿真教學資源，通過對學生進行學情分析，借助網(wǎng)絡課程和虛擬仿真教學資源，合理科學采用多種教學方法，系統(tǒng)優(yōu)化教學過程，得到了廣大師生的認可。

以“布袋除塵系統(tǒng)的運行”4個課時的教學內(nèi)容為例，虛擬仿真教學過程詳見表2。通過表2不難看出，通過網(wǎng)絡課程和虛擬仿真教學資源庫，老師擺脫了面對幾十個操作運行步驟無從講解的尷尬境地，高度還原了企業(yè)中控室和現(xiàn)場治理系統(tǒng)的學習情境，學生動手操作每步運行步驟并體驗成功運行的快樂，突出了學生的主體地位，體現(xiàn)“做中學、做中教”，即通過模擬真實工作情景任務的完成達到了課程的知識目標、能力目標和素質(zhì)目標。

從三年的大氣污染治理技術(shù)課程的虛擬仿真教學可以看出，虛擬仿真教學為環(huán)保專業(yè)學生對于大氣處理設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及廢氣處理工藝系統(tǒng)工作現(xiàn)場的運行操作與維護等學習內(nèi)容揭開了神秘的面紗，彌補了傳統(tǒng)教學的諸多不足，提高了學生的學習積極性和自信心，有效提升了學生的實操能力，有著傳統(tǒng)教學不可比擬的優(yōu)越性。

（三）虛擬仿真教學的效果

從2016年開始歷時三年的環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)的虛擬仿真教學，大氣污染治理技術(shù)課程借助虛擬仿真工程實踐實訓為主、理論和實驗為輔的教學體系，并借助獲得廣東省高職教育精品在線開放課程立項的《大氣污染治理技術(shù)》網(wǎng)絡課程，在學生的崗位核心能力培養(yǎng)方面取得了很大的進步，幾年來，學生參加廣東省“挑戰(zhàn)杯”廣東大學生課外學術(shù)科技作品競賽榮獲二、三等獎，參加全國職業(yè)院校技能大賽高職組大氣環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)比賽取得省賽一、二及三等獎，另外，多位課程專任教師取得廣東省職業(yè)院校教師信息化教學大賽一、二、三等獎的好成績。

另外，通過問卷調(diào)查的形式，考察了2017和2018級環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)部分學生對開設虛擬仿真教學的學習效果和看法。從問卷結(jié)果可看出，95%的學生很贊同專業(yè)課的虛擬仿真教學;97%的學生認為虛擬仿真教學不同程度的激發(fā)了學生興趣和學生動力;99%的學生認為虛擬仿真教學特別是水、氣和固廢的污染治理系統(tǒng)的運行維護模塊，使學生對企業(yè)環(huán)保運營崗和中控室崗位工作認知更加直觀、深刻，備受學生好評。從學生就業(yè)企業(yè)的回訪調(diào)查也可看出，開展的虛擬仿真教學效果也得到了接收畢業(yè)生環(huán)保公司的普遍認可。

三、結(jié)束語

“大氣污染治理技術(shù)”課程的虛擬仿真教學實踐證明，虛擬仿真技術(shù)應用到高職環(huán)保專業(yè)教學很好的突破了傳統(tǒng)教學因受場地、安全、時間、工位等條件的限制，彌補了工位不足及設備維護檢修等問題，極大地提高了學生實訓實驗的安全系數(shù)，增加了日常教學廣度和深度，拉近了學生在校學習與崗位工作間的距離，激發(fā)了學習興趣，讓學生更加直觀的進行觀察、思考和動手，鞏固、加深對環(huán)保系統(tǒng)工藝及環(huán)保設備的結(jié)構(gòu)和原理的理解和掌握，實現(xiàn)了環(huán)保專業(yè)理論知識與實踐技能的有機結(jié)合，有效的提升了學生的環(huán)保工程觀念和實踐操作能力。

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