虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的問(wèn)題及對(duì)策

陸茵

【摘 要】本文以廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)課程的教學(xué)為例，針對(duì)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不持久，實(shí)訓(xùn)變成應(yīng)付式，仿真實(shí)訓(xùn)操作簡(jiǎn)單化，實(shí)訓(xùn)結(jié)果理想化，考核評(píng)價(jià)欠客觀，不能反映學(xué)生真實(shí)水平等問(wèn)題，提出校企合作，共同更新開(kāi)發(fā)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件，揚(yáng)長(zhǎng)避短，虛擬仿真與實(shí)操訓(xùn)練交替進(jìn)行，多方評(píng)價(jià)，同時(shí)開(kāi)展理論與實(shí)訓(xùn)考核等應(yīng)對(duì)對(duì)策，并在實(shí)踐中進(jìn)行“一中心三平臺(tái)三結(jié)合”的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真 ?一中心三平臺(tái)三結(jié)合 ?實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量

【中圖分類號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2020）06C-0187-03

虛擬仿真（Virtual Simulation）技術(shù)，亦稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，伴隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、圖形圖像技術(shù)而興起，是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（Virtual World）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界。近年來(lái)，我國(guó)教育部門(mén)相繼出臺(tái)《關(guān)于開(kāi)展2015年國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》《關(guān)于2017—2020年開(kāi)展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)的通知》等政策，推動(dòng)了高職院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。在這種情形下，高職院校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作取得了較大的進(jìn)展，但是，在仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中還存在諸多問(wèn)題，需要在教學(xué)實(shí)踐中不斷加以改進(jìn)。本文試以廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)課程的教學(xué)為例，分析總結(jié)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出“一中心三平臺(tái)三結(jié)合”的應(yīng)對(duì)對(duì)策，并探討其在實(shí)踐中的具體應(yīng)用。

一、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑電氣工程技術(shù)專業(yè)、建筑智能化工程技術(shù)專業(yè)的一門(mén)專業(yè)核心課程，課程任務(wù)是使學(xué)生認(rèn)識(shí)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的基本概念、基本構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，掌握照明、空調(diào)、給排水等監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成、監(jiān)控對(duì)象、監(jiān)控信息點(diǎn)，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生能制作照明、空調(diào)、給排水等監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)表，能根據(jù)監(jiān)控信息點(diǎn)表繪制接線圖，能根據(jù)接線圖完成系統(tǒng)的安裝、接線、組網(wǎng)及調(diào)試。目前廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建設(shè)完成1間樓宇智能化系統(tǒng)3D仿真實(shí)訓(xùn)室，共48個(gè)實(shí)訓(xùn)工位，建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)課程對(duì)應(yīng)仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包括控制系統(tǒng)電氣安裝檢測(cè)、照明監(jiān)控系統(tǒng)安裝調(diào)試、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)安裝調(diào)試、空調(diào)水系統(tǒng)安裝調(diào)試、給排水系統(tǒng)安裝調(diào)試。筆者在2017級(jí)建筑電氣工程技術(shù)專業(yè)的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)教學(xué)中開(kāi)始使用該仿真實(shí)訓(xùn)室開(kāi)展課程的仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，實(shí)訓(xùn)結(jié)束發(fā)現(xiàn)效果不盡人意，還存在如下方面的問(wèn)題：

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不持久，實(shí)訓(xùn)變成應(yīng)付式

由于實(shí)訓(xùn)室的樓宇智能化3D仿真軟件是以一棟綜合性智能大廈的3D虛擬場(chǎng)景為載體，大廈包含地下一層（設(shè)置有停車場(chǎng)等）、一層（設(shè)置有大廳、控制室等）、二層（設(shè)置有辦公室等），軟件將場(chǎng)景進(jìn)行三維可視化模擬仿真，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程可以通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等工具實(shí)現(xiàn)在虛擬場(chǎng)景中快速切換場(chǎng)景、自主行走、全方位任意交互漫游，實(shí)訓(xùn)猶如游戲。實(shí)訓(xùn)開(kāi)始的確激起了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，但是隨著實(shí)訓(xùn)的進(jìn)行，學(xué)生發(fā)現(xiàn)仿真實(shí)訓(xùn)不等同于游戲，需要相關(guān)的理論知識(shí)支撐，還需要了解枯燥的規(guī)范條件。此外，學(xué)生發(fā)現(xiàn)仿真實(shí)訓(xùn)操作點(diǎn)就是捕捉設(shè)備附近某個(gè)區(qū)域，有時(shí)隨意點(diǎn)擊一通鼠標(biāo)無(wú)須理解相關(guān)知識(shí)便能完成操作，有時(shí)明明很簡(jiǎn)單的一步操作卻因捕捉區(qū)域小、難找到而長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法完成操作，便會(huì)失去學(xué)習(xí)興趣，后期的實(shí)訓(xùn)變成應(yīng)付式，實(shí)訓(xùn)效果不理想。

（二）仿真實(shí)訓(xùn)操作簡(jiǎn)單化，實(shí)訓(xùn)結(jié)果理想化

設(shè)備安裝、管線敷設(shè)、系統(tǒng)調(diào)試、工藝流程及操作步驟都比較簡(jiǎn)單，和實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)以及操作相去甚遠(yuǎn)。例如，系統(tǒng)接線，實(shí)際建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的接線應(yīng)包括以下幾個(gè)步驟：（1）簡(jiǎn)單制作I/O分配表，確定設(shè)備的監(jiān)控信息點(diǎn)、信息點(diǎn)的類型、合理配置DDC（或其他控制器）的I/O端口;（2）仔細(xì)閱讀設(shè)備、DDC接線端子圖，繪制接線圖（根據(jù)實(shí)際情況確定是否需要繪制）;（3）根據(jù)I/O分配表（或接線圖）完成接線;（4）接線過(guò)程注意布線工藝、撥線工藝、接線工藝;（5）通電前線路短路檢測(cè)。仿真實(shí)訓(xùn)只有設(shè)備接線這一個(gè)步驟，無(wú)須制作I/O分配表，則學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中即使不知設(shè)備類型、無(wú)法區(qū)分信息點(diǎn)類型、不必查閱設(shè)備及DDC接線端子圖、不必關(guān)注操作過(guò)程的各種失誤及故障、不必考慮材料的節(jié)約問(wèn)題也能根據(jù)給出圖紙完成接線任務(wù)，實(shí)訓(xùn)與理論脫節(jié)，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，無(wú)法訓(xùn)練學(xué)生故障檢測(cè)排除的能力，不利于培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、安全、節(jié)約的工作意識(shí)。

（三）考核評(píng)價(jià)欠客觀，不能反映學(xué)生真實(shí)水平

仿真實(shí)訓(xùn)是在電腦上操作，使用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)便可開(kāi)展實(shí)訓(xùn)。大部分仿真實(shí)訓(xùn)軟件能開(kāi)展模擬訓(xùn)練、模擬考核，前者在實(shí)訓(xùn)時(shí)每個(gè)操作系統(tǒng)均會(huì)給出一些提示信息以便幫助學(xué)生順利完成，后者則無(wú)提示信息，教師一般是通過(guò)模擬考核或在仿真考核平臺(tái)上重新組題來(lái)實(shí)施仿真實(shí)訓(xùn)考核。不管采用哪種考核評(píng)價(jià)方式，仿真實(shí)訓(xùn)考核評(píng)價(jià)方式都比較單一，與仿真實(shí)訓(xùn)操作存在相同的問(wèn)題：學(xué)生在不懂任何相關(guān)理論知識(shí)、操作規(guī)范、工藝流程的情形下，也能順利通過(guò)考核，并且能獲得不錯(cuò)的成績(jī)，甚至有些仿真實(shí)訓(xùn)軟件，可以同時(shí)進(jìn)行模擬訓(xùn)練與模擬考試。這也意味著，學(xué)生在進(jìn)行模擬考試時(shí)，打開(kāi)模擬訓(xùn)練界面，根據(jù)模擬訓(xùn)練界面的提示信息，就可以一步步完成另一個(gè)界面的模擬考試，即仿真實(shí)訓(xùn)教材容易實(shí)施“作弊”，考核形同虛設(shè)，考核成績(jī)根本無(wú)法反映學(xué)生真實(shí)水平。

二、提升虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的對(duì)策

（一）校企合作，共同更新開(kāi)發(fā)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件

企業(yè)與學(xué)校各有所長(zhǎng)，仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件應(yīng)由雙方聯(lián)合更新/開(kāi)發(fā)，企業(yè)主要負(fù)責(zé)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目更新開(kāi)發(fā)，力求仿真實(shí)訓(xùn)操作步驟、操作工藝、操作流程與實(shí)際相符;校方根據(jù)更新開(kāi)發(fā)后的仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，建設(shè)與仿真實(shí)訓(xùn)相關(guān)的知識(shí)題庫(kù)，同時(shí)精心設(shè)計(jì)仿真實(shí)訓(xùn)任務(wù)單（作業(yè)），促使學(xué)生在訓(xùn)練過(guò)程中必須掌握相關(guān)的理論知識(shí)、操作步驟。

（二）揚(yáng)長(zhǎng)避短，虛擬仿真與實(shí)操訓(xùn)練交替進(jìn)行

虛擬仿真、實(shí)操訓(xùn)練各有所長(zhǎng)，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)能有效節(jié)約教學(xué)成本，容易實(shí)施長(zhǎng)久反復(fù)訓(xùn)練，能形象、立體呈現(xiàn)龐大、復(fù)雜的實(shí)際工程，能進(jìn)行像管線敷設(shè)等不好開(kāi)展實(shí)操訓(xùn)練的隱蔽工程實(shí)訓(xùn);而實(shí)操訓(xùn)練則能彌補(bǔ)仿真實(shí)訓(xùn)的不足，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的安全、認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)裙ぷ饕庾R(shí)，能更好地培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題等能力。因此，應(yīng)虛擬仿真與實(shí)操訓(xùn)練相結(jié)合，以更好地提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

（三）多方評(píng)價(jià)，同時(shí)開(kāi)展理論與實(shí)訓(xùn)考核

實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量通過(guò)考核評(píng)價(jià)衡量，合理有效地考核評(píng)價(jià)方式至關(guān)重要，仿真實(shí)訓(xùn)與實(shí)操訓(xùn)練相輔相成，實(shí)踐教學(xué)離不開(kāi)理論支撐，所以實(shí)踐教學(xué)的考核應(yīng)分多次進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)考核、理論考核、實(shí)操訓(xùn)練考核、理論考核。

三、“一中心三平臺(tái)三結(jié)合”教學(xué)新模式的構(gòu)建與實(shí)踐

（一）“一中心三平臺(tái)三結(jié)合”教學(xué)新模式的構(gòu)建

在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，仿真實(shí)訓(xùn)雖然解決了實(shí)操實(shí)訓(xùn)許多難以突破的難題，贏得各大高校的青睞，但其存在的不足同樣不可忽略。筆者認(rèn)為不管是利用實(shí)操訓(xùn)練平臺(tái)開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，還是利用仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，其目的都是為了鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作技能，而實(shí)踐操作技能并非一朝一夕便能練就，與真實(shí)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、長(zhǎng)久的反復(fù)訓(xùn)練、必要的理論知識(shí)、有效的考核評(píng)價(jià)方式等因素密切相關(guān)。

根據(jù)廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑電氣工程技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題，綜合現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)條件，結(jié)合筆者多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者構(gòu)建了“一中心三平臺(tái)三結(jié)合”教學(xué)新模式?！耙恢行娜脚_(tái)三結(jié)合”就是圍繞鍛煉學(xué)生實(shí)踐操作技能為中心，依托仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、實(shí)操訓(xùn)練平臺(tái)、學(xué)校的THEOL在線綜合平臺(tái)，開(kāi)展理實(shí)結(jié)合、虛擬仿真與實(shí)際操作結(jié)合、線上線下結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)，如圖1所示。

（二）“一中心三平臺(tái)三結(jié)合”教學(xué)新模式的實(shí)踐

1.選取對(duì)象

為了驗(yàn)證上述教學(xué)新模式的有效性，筆者在廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑電氣工程技術(shù)專業(yè)2018級(jí)的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)課程進(jìn)行了改革試點(diǎn)。該課程采用理實(shí)一體化教學(xué)，共60個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)20學(xué)時(shí)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)40學(xué)時(shí)，針對(duì)學(xué)時(shí)較少的情況，主要完成照明監(jiān)控系統(tǒng)、中央空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，其中仿真實(shí)訓(xùn)24個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)操實(shí)訓(xùn)16個(gè)學(xué)時(shí)，仿真實(shí)訓(xùn)主要包括：系統(tǒng)認(rèn)知、主要設(shè)備安裝、系統(tǒng)接線、系統(tǒng)組網(wǎng)調(diào)試。實(shí)操實(shí)訓(xùn)主要包括系統(tǒng)設(shè)備安裝、接線、系統(tǒng)組網(wǎng)調(diào)試。

2.實(shí)施改革

第一階段，校企合作，更新現(xiàn)有樓宇智能化3D仿真軟件。一是企業(yè)根據(jù)校方教師學(xué)生使用反饋意見(jiàn)，結(jié)合工程建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)工程實(shí)際，細(xì)化并規(guī)范了系統(tǒng)接線的實(shí)訓(xùn)操作流程，增加了系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備布置圖、監(jiān)控原理圖等圖紙識(shí)讀實(shí)訓(xùn)任務(wù)，縮短了系統(tǒng)設(shè)備安裝過(guò)程設(shè)備固定時(shí)間，更新后的仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目更加貼近實(shí)際工程施工流程，更加符合學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，例如，系統(tǒng)接線實(shí)訓(xùn)任務(wù)包含：制作IO分配表→查閱設(shè)備接線端子圖，制作I/O分配表→系統(tǒng)接線→通電前的系統(tǒng)檢測(cè)。二是教師根據(jù)企業(yè)更新后的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，在學(xué)校的THEOL在線綜合平臺(tái)建設(shè)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的教學(xué)資源及題庫(kù)，教學(xué)資源包括實(shí)操/仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的操作視頻、操作流程、教學(xué)課件等，題庫(kù)包括理論知識(shí)題庫(kù)、仿真實(shí)訓(xùn)相關(guān)知識(shí)題庫(kù)、實(shí)操訓(xùn)練相關(guān)知識(shí)題庫(kù)。

第二階段，精心設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)單。針對(duì)2018年建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)出現(xiàn)的“學(xué)習(xí)興趣不持久、實(shí)訓(xùn)變成應(yīng)付”等問(wèn)題，2019年開(kāi)課前，筆者精心設(shè)計(jì)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)任務(wù)單，把仿真訓(xùn)練過(guò)程需要掌握的設(shè)備識(shí)別、操作步驟、操作規(guī)范、管線敷設(shè)等知識(shí)點(diǎn)以圖紙識(shí)讀、填空題、選擇題或簡(jiǎn)答題等形式列出，并要求完成相關(guān)任務(wù)的模擬測(cè)試。

第三階段，改進(jìn)考核評(píng)價(jià)方式。針對(duì)改革前出現(xiàn)的考核評(píng)價(jià)方式單一、理論與實(shí)踐脫節(jié)、考核不能反映學(xué)生真實(shí)水平等問(wèn)題，改進(jìn)考核評(píng)價(jià)方式：基礎(chǔ)知識(shí)理論考核—仿真模擬測(cè)試—仿真理論知識(shí)考核—實(shí)操考核—課程綜合理論考核，實(shí)訓(xùn)考核結(jié)合理論考核，共同評(píng)定學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果。

第四階段，實(shí)施教學(xué)。第一步：利用20個(gè)學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的基本知識(shí)，包括建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的基本概念、系統(tǒng)構(gòu)成、組網(wǎng)形式、DDC的接口類型及照明監(jiān)控系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)的安裝調(diào)試的基本組成、監(jiān)控對(duì)象、監(jiān)控信息點(diǎn)。第二步：利用24個(gè)學(xué)時(shí)開(kāi)展控制系統(tǒng)電氣安裝檢測(cè)、照明監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)及空調(diào)水系統(tǒng)的安裝調(diào)試的仿真實(shí)訓(xùn)。學(xué)生登錄課程網(wǎng)站觀看相關(guān)操作視頻—根據(jù)教師下發(fā)實(shí)訓(xùn)任務(wù)單認(rèn)真完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)—任務(wù)單上傳課程網(wǎng)站—仿真模擬考試—在課程網(wǎng)站完成相關(guān)仿真理論測(cè)試。第三步：利用16個(gè)學(xué)時(shí)開(kāi)展照明監(jiān)控系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)的安裝調(diào)試的仿真實(shí)訓(xùn)。學(xué)生登錄課程網(wǎng)站觀看相關(guān)操作視頻—根據(jù)教師下發(fā)實(shí)訓(xùn)任務(wù)單認(rèn)真完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)—教師考核評(píng)分—在課程網(wǎng)站完成課程理論測(cè)試。

3.實(shí)施效果

提取改革前后學(xué)生平均仿真實(shí)訓(xùn)時(shí)間（以照明監(jiān)控系統(tǒng)接線為例）、仿真考核成績(jī)、實(shí)操訓(xùn)練時(shí)間（以照明監(jiān)控系統(tǒng)接線為例）、實(shí)操考核成績(jī)、課程考核成績(jī)做比較，結(jié)果如圖2所示。

由圖可見(jiàn)，改革后學(xué)生平均仿真訓(xùn)練的時(shí)間增加了1倍，但實(shí)操訓(xùn)練的時(shí)間則減少了三分之一;仿真考核成績(jī)沒(méi)有太多的變化，但實(shí)操考核成績(jī)提高了18%，課程總體考核成績(jī)提高了50%，即改革后課程的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量明顯增強(qiáng)。

仿真實(shí)訓(xùn)和實(shí)操實(shí)訓(xùn)各有利弊，理論知識(shí)與實(shí)踐操作相輔相成，完善的課程網(wǎng)站資源能為師生提供便利學(xué)習(xí)考核平臺(tái)，理論與實(shí)際結(jié)合、虛擬仿真與實(shí)際操作結(jié)合、線上與線下結(jié)合，依托仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)、實(shí)操訓(xùn)練、THEOL在線綜合三平臺(tái)開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，能有效提升學(xué)生的實(shí)踐操作技能。

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【基金項(xiàng)目】廣西壯族自治區(qū)職業(yè)教育示范特色專業(yè)及實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)項(xiàng)目“廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑電氣工程技術(shù)示范特色專業(yè)及實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)”（2017Q104）

【作者簡(jiǎn)介】陸 茵（1978— ），女，廣西岑溪人，碩士，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：自動(dòng)化、建筑電氣工程技術(shù)。

（責(zé)編 何田田）