開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用探究

李倩，張寧仙，李文昌

開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用探究

李倩，張寧仙，李文昌

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 710004）

隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展和普及，高職院校紛紛利用虛擬仿真技術(shù)輔助高職教學(xué)，解決了實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備短缺的問(wèn)題，同時(shí)也加強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

虛擬仿真；實(shí)踐教學(xué)；實(shí)驗(yàn)室；實(shí)訓(xùn)設(shè)備

1 虛擬仿真技術(shù)發(fā)展概述

多媒體、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等科技的迅速發(fā)展，ARVR成為熱門(mén)詞匯，因此，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合形成了一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。習(xí)主席在主旨演講中也明確指出：“虛擬現(xiàn)實(shí)等新經(jīng)濟(jì)日新月異，虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，將給人們的生產(chǎn)方式和生活方式帶來(lái)革命性變化?！蓖恢軆?nèi)，國(guó)家發(fā)改委更是提出專(zhuān)項(xiàng)建設(shè)虛擬仿真技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室。我們能夠明確看出虛擬仿真技術(shù)的推動(dòng)和應(yīng)用，將會(huì)逐步深入到經(jīng)濟(jì)、文化、行業(yè)，甚至生活的每一個(gè)領(lǐng)域。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室本質(zhì)是一個(gè)平臺(tái)，它為使用者提供一種特別的、分布式的解決問(wèn)題環(huán)境。它的理論基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)虛擬原型，并在此基礎(chǔ)之上用全新的手段和形式進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，創(chuàng)造出一個(gè)能交互的虛擬環(huán)境，這就是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。近幾年來(lái)，隨著虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的日漸成熟和日益廣泛的應(yīng)用，在教育領(lǐng)域，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在高校的科研工作、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)方面都具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如利用率比較高、容易維護(hù)等。近年來(lái)，根據(jù)自身的科研發(fā)展和教學(xué)需求，國(guó)內(nèi)的很多高校也都建立了自己的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。

2 傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中存在的不足

高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)即是培養(yǎng)一大批“高素質(zhì)、技能型的人才”，主要強(qiáng)調(diào)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。而實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)是職業(yè)教育教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，對(duì)高等職教育來(lái)講，實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的高低，在很大程度上決定了學(xué)生的實(shí)踐能力和職業(yè)能力。

隨著教學(xué)改革的發(fā)展，職業(yè)教育中逐漸以項(xiàng)目教學(xué)”“理實(shí)”一體化等教學(xué)模式替代了之前的教師主講學(xué)生主聽(tīng)的傳統(tǒng)的教學(xué)模式。在這幾種新的教學(xué)模式下，一般采用兩種技能訓(xùn)練方式：第一種是實(shí)驗(yàn)箱提供幾個(gè)固定的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需要做的就是按圖和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)連好線，然后輸入固定程序即可完成，學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)較少，無(wú)法真正地參與實(shí)驗(yàn)中，領(lǐng)會(huì)精髓；第二種則是制作部分實(shí)驗(yàn)或?qū)嵨?，進(jìn)行安裝、試驗(yàn)、調(diào)試等，極大地提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，但在實(shí)際的操作過(guò)程中受到設(shè)備的數(shù)量和品種等方面的限制，并且耗時(shí)大，占用課時(shí)多，耗材消耗量也大，成本較高。在高職教學(xué)中，動(dòng)手能力的培養(yǎng)是關(guān)鍵。但很多實(shí)訓(xùn)設(shè)備的采購(gòu)花費(fèi)往往少則幾千幾萬(wàn)，多則幾十上百萬(wàn)，對(duì)學(xué)校和地方財(cái)政來(lái)說(shuō)壓力較大，在一些經(jīng)濟(jì)稍欠發(fā)達(dá)地區(qū)，實(shí)訓(xùn)設(shè)備由于資金限制而無(wú)法投入教學(xué)中或投入有限，以至于教學(xué)效果大打折扣，學(xué)生的動(dòng)手能力無(wú)法得到訓(xùn)練和提高。

3 開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，開(kāi)放式虛擬世界慢慢成熟起來(lái)，國(guó)內(nèi)外的很多研究機(jī)構(gòu)也更關(guān)注虛擬仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。很多公開(kāi)運(yùn)營(yíng)的虛擬仿真技術(shù)通過(guò)一臺(tái)可以聯(lián)網(wǎng)的電腦就可以提供多樣性和動(dòng)態(tài)性的感觀體驗(yàn)，大多數(shù)的虛擬仿真技術(shù)都集成了基于文本和音頻的即時(shí)通訊功能，用戶的交流更方便，開(kāi)展了各層次的教育研究項(xiàng)目。

目前，國(guó)外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有名的有麻省理工學(xué)院的微電子在線實(shí)驗(yàn)室和休斯頓大學(xué)的虛擬物理實(shí)驗(yàn)室，喬治梅森大學(xué)的動(dòng)態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實(shí)時(shí)虛擬系統(tǒng)以及北卡羅來(lái)納大學(xué)的虛擬物理實(shí)驗(yàn)室LAAP。在國(guó)內(nèi)，也出現(xiàn)了很多優(yōu)秀的開(kāi)放式虛擬仿真技術(shù)的教育支持系統(tǒng)。很多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也紛紛利用虛擬仿真技術(shù)建立起虛擬的場(chǎng)景進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)與研究。中國(guó)科技大學(xué)開(kāi)發(fā)出了基于虛擬仿真的教學(xué)儀器系統(tǒng)——用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司以北京郵電大學(xué)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)、通訊、電子三門(mén)學(xué)科為基礎(chǔ)，為了解決高校越來(lái)越緊張的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地等實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題，由北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)研究所組織精英力量，經(jīng)過(guò)研究，開(kāi)發(fā)出配套的可在校園網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)展的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室和這些具體的實(shí)訓(xùn)設(shè)備相比價(jià)格更低，更容易實(shí)現(xiàn)，所以近年來(lái)很多高職院校紛紛利用虛擬仿真技術(shù)輔助高職教學(xué)，可以解決實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備短缺的問(wèn)題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室雖然開(kāi)發(fā)成本略高，但真正運(yùn)用起來(lái)成本偏低，基于VR在可視化方面的優(yōu)勢(shì)和可以交互的虛擬物體的功能，虛擬仿真技術(shù)減少了部分實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的耗材，極大降低了在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的成本。

但是，目前大多數(shù)高職院校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)依托專(zhuān)業(yè)的軟件公司設(shè)計(jì)維護(hù)，多偏重在網(wǎng)絡(luò)上軟、硬件資源的共享，而忽略了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本身；另一方面，虛擬實(shí)驗(yàn)資源的建設(shè)過(guò)程中缺乏規(guī)范化，很多高校的教研室、教師具有很好的教學(xué)資源，卻只在自己的平臺(tái)上使用，高職院校之間的共享機(jī)制還不完善成熟，造成資源的極大浪費(fèi)。

4 開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的對(duì)比

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》以及《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》等文件精神為指導(dǎo)，基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，按照高等職業(yè)教育工學(xué)結(jié)合課程改革的基本要求，以就業(yè)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用性專(zhuān)門(mén)人才為根本任務(wù)，以適應(yīng)社會(huì)需要為目標(biāo)，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主線來(lái)實(shí)施。

本次實(shí)驗(yàn)以我校汽車(chē)檢測(cè)與維修專(zhuān)業(yè)的學(xué)生為實(shí)踐應(yīng)用研究對(duì)象，結(jié)合汽車(chē)仿真實(shí)訓(xùn)室的條件，根據(jù)高職院校學(xué)生特點(diǎn)以及專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，現(xiàn)將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在實(shí)踐教學(xué)中的作用與傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)對(duì)比，以及整個(gè)專(zhuān)業(yè)在今后的教學(xué)中的設(shè)想總結(jié)如下：①打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)的新模式。在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)和課堂理論兩種教學(xué)相輔相成，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)主要對(duì)該課程的理論進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證或是展開(kāi)演繹，從而使學(xué)生加深對(duì)理論認(rèn)識(shí)的理解，同時(shí)達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)的目的。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中，既耗時(shí)耗力又耗材，由于受資金、時(shí)間、地點(diǎn)等的束縛，學(xué)生無(wú)法多次實(shí)驗(yàn)以達(dá)到熟練的效果。虛擬仿真技術(shù)彌補(bǔ)了這方面的不足，學(xué)生可以不用再受時(shí)間地點(diǎn)的限制去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，也可以反復(fù)進(jìn)行，熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)探索精神，在這個(gè)過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行擴(kuò)展研究。在今后的教學(xué)中，針對(duì)不同的專(zhuān)業(yè)課程，制訂出不同的具體教學(xué)方案，逐步應(yīng)用在以后的教學(xué)實(shí)踐中，探索出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在專(zhuān)業(yè)課程中的最佳應(yīng)用辦法。②虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中，大多都以驗(yàn)證性為主，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容比較單一，學(xué)生沒(méi)有思考環(huán)節(jié)，只需要按照實(shí)驗(yàn)的步驟完成，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，學(xué)生的自我設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)條件下，各種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以靈活增加，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)方案，檢測(cè)結(jié)果，實(shí)時(shí)進(jìn)行分析。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，更鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)能力，更有利于培養(yǎng)出社會(huì)需要的具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才。③以學(xué)習(xí)者特征和企業(yè)人才需求為基礎(chǔ)，構(gòu)建適合企業(yè)需求的虛擬教學(xué)環(huán)境推進(jìn)教學(xué)改革。在前期通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和訪談的方式對(duì)學(xué)生的學(xué)情、學(xué)習(xí)需求進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的調(diào)查、分析，更加深入地了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、年齡特征和學(xué)習(xí)需求。高職學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，高中期間的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差、學(xué)習(xí)習(xí)慣不好成為了他們?cè)诖髮W(xué)期間聽(tīng)不懂、學(xué)不會(huì)的原因；學(xué)生存在“及格萬(wàn)歲”的心理，他們來(lái)到大學(xué)就是混日子等著拿畢業(yè)證，戀愛(ài)、玩游戲、睡覺(jué)成為生活中的主要事項(xiàng)，沒(méi)有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，沒(méi)有清晰的發(fā)展定位；學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力比較差，應(yīng)試教育模式使他們習(xí)慣被動(dòng)接受知識(shí)，習(xí)慣了教師在課堂上主要講授、學(xué)生聽(tīng)、記筆記的死板的教學(xué)方式，習(xí)慣于臨陣磨刀、死記硬背的方式；對(duì)學(xué)習(xí)沒(méi)有興趣，目前的學(xué)生基本都是00后，他們身上有著明顯的時(shí)代特點(diǎn)，朝氣蓬勃，對(duì)新鮮東西和事物充滿好奇，興趣較大而且接受能力較強(qiáng)。基于以上高職學(xué)生的特點(diǎn)，教師在在組織教學(xué)內(nèi)容、開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，帶入本專(zhuān)業(yè)的行業(yè)最新技術(shù)、來(lái)自一線的工程案例和企業(yè)真正需求，借助于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建出接近現(xiàn)實(shí)工作場(chǎng)景的教學(xué)情境，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，提高課堂教學(xué)的效果。④開(kāi)放式虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。學(xué)生如果僅掌握理論知識(shí)，而無(wú)法應(yīng)用于實(shí)踐，則無(wú)法滿足今后的工作需求。開(kāi)放式虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作和創(chuàng)新提供了極大的便利和可能，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；通過(guò)指導(dǎo)教師的引導(dǎo)來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“興趣是最好的教師。”學(xué)生對(duì)知識(shí)有了興趣才會(huì)主動(dòng)地去探索、去求知、去學(xué)習(xí)。在開(kāi)放式虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，學(xué)生可以根據(jù)自己的需求自主選擇適合自己的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)進(jìn)度，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，和傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，更有利于達(dá)到實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)的高效率、低成本、豐富的內(nèi)容、良好的互動(dòng)、多樣式的情境等優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多地應(yīng)用和推廣，但由于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)自我約束力還較差，放任學(xué)生自己去實(shí)踐顯然不切合實(shí)際，所以，需要教師精心設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生一步步去學(xué)習(xí)，將“項(xiàng)目教學(xué)”“理實(shí)”一體化和虛擬仿真教學(xué)的方法結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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2095－6835（2020）24－0153－02

G434

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.058

李倩（1981—），女，陜西咸陽(yáng)人，研究生，教師，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)。

〔編輯：張思楠〕