基于虛擬仿真技術的開放課程實踐教學模式改革

蔡軍 朱云開

摘? 要 開放教育是為了滿足各類社會背景以及知識結構的學員需求而開展的開放式教學模式。因此，對于開放課程的實踐教學，就必須強化“學員是主體，教師是主導”的實踐教學理念，充分運用工程仿真軟件和虛擬仿真平臺，促進教師對最新教學技術的掌握，促進學員更加形象而又直觀地學習各個復雜知識點，提高學員的學習興趣和職業(yè)素養(yǎng)。

關鍵詞 開放教育;開放課程;虛擬仿真技術;實踐教學;信息化教學;虛擬實驗室

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）02-0105-03

Reform of Practice Teaching Mode of Open Course based on Vir-

tual Simulation Technology//CAI Jun， ZHU Yunkai

Abstract Open education is committed to meet the needs of students

with various social backgrounds and knowledge structures， so as to

realize an open teaching mode. Therefore， for the practical courses， it is necessary to strengthen the practical teaching concept of “stu-

dents are the main body and teachers are the leading ones”. And the

courses should make full use of engineering simulation software and

virtual simulation platform， so as to promote teachers mastery of the

latest teaching technology on the one hand， and help students learn various complex knowledge points more vividly and intuitively on the other hand， which can improve students learning interest and professional quality.

Key words open education; open course; virtual simulation techno-logy; practical teaching; information teaching; virtual laboratory

0 前言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術的快速發(fā)展，最新的信息化教學技術逐步運用到各個領域，對于開放課程的實踐教學而言，更是起到推波助瀾的作用。結合開放學員的自身特點以及開放課程的實踐教學特點，傳統(tǒng)模式的實踐教學已經無法滿足開放課程的實踐教學需求。所以，在實踐教學過程中引進最新的虛擬仿真技術進行教學改革，就顯得尤為重要，可促使課程實踐教學從傳統(tǒng)的知識型教學向技術應用型教學改革，培養(yǎng)開放學員的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

1 開放課程實踐教學的要求

對于傳統(tǒng)的課程實踐教學而言，它是將理論與基本的職業(yè)技能相結合的教學活動。所以，在校生實踐教學一般安排在實驗室或者是實訓基地來完成相關的教學任務。在實施過程中，由教師發(fā)布項目任務，學生采用學與做相結合的模式，同時以學生的自主學習和職業(yè)技能操作為主。開放課程教學更加有別于傳統(tǒng)教學，首先需要構建終身學習的教學體系，其次需要授課對象的多樣式（開放學員一般來自社會的各個群體，即使是同一行業(yè)，也是該行業(yè)的各個工作崗位[1]），最后需要突破時間和空間的限制，大大拓寬實踐教學的傳遞方式。隨著信息化技術的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術等相關技術的發(fā)展也日趨完善。該技術被廣泛運用于開放課程教學中，通過虛擬仿真平臺開展虛擬的實踐教學活動，大大提高了開放課程的實踐教學效率，提高了開放學員的學習興趣，這也對開放的人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新帶來深遠的影響。

2 開放實踐課程教學改革的瓶頸

開放課程實踐教學的單一性? 在開放課程教學體系中，每個專業(yè)的課程一般都有一定的交叉性，尤其是一些理工科課程，這就需要更多的專業(yè)實踐教學。傳統(tǒng)的實踐教學主要采用項目教學法、案例分析法以及學生分組討論和操作等教學模式，但在教學過程中又局限于課程的教學時間以及學員的特點[2]，所以在教學過程中一般都只能采用傳統(tǒng)的講授法，最多讓學生進行一定的分組討論，這樣的教學活動根本就不能調動開放學員的學習積極性。即使在開放課程中也開發(fā)了部分網(wǎng)上學習資源，其中包括項目學習知識點、學習案例和視頻資源等，但只依靠這些資源，學生還是無法積極地參與課程的實踐學習。

開放課程實踐教學技術落后? 傳統(tǒng)的開放課程教學都是采用依靠書本教學，教師一支粉筆走天下的教學方式。近些年，隨著信息化網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，虛擬仿真和人工智能制造等技術的運用為開放課程教學帶來創(chuàng)新的機會，案例化教學、項目化教學以及翻轉課堂等多種教學手段都可以運用于開放課程實踐教學中，甚至是創(chuàng)建基于現(xiàn)代網(wǎng)絡技術的新型實驗室和實訓室。但由于開放教學一般都沒有相對固定的教學時間和教學場所，因此，新建這些最新的實驗室和實訓室就顯得事倍功半，大大阻礙開放課程實踐教學改革前進的步伐。

開放課程實踐教學效果甚微? 對于傳統(tǒng)的開放課程實踐教學基本上還是以面授為主，少數(shù)會采用部分實驗室和實驗室進行現(xiàn)場教學，但又由于學員學情的復雜性，很多時候無法針對大部分的學員運用實驗設備直接進行實踐教學。一些工科類的實踐教學需要系統(tǒng)性的實踐教學，例如機電類專業(yè)的全日制學生進行的電工、車工和鉗工等實訓時，需要進行幾周甚至更長時間的操作訓練。即使是一些簡單的實驗，一般也需要至少半天的時間來集中完成。而開放的學員除了需要上課以外，更需要上班，所以根本不可能進行這種集中實驗和實訓教學，從而大大降低了開放課程的實踐教學效果。

3 虛擬仿真技術對開放課程實踐教學改革的促進作用

隨著信息化技術的快速發(fā)展，越來越多的信息化產物被逐步運用到開放課程教學中，其中虛擬仿真技術就是尤為重要的一項信息化技術。虛擬仿真技術是一種基于計算機系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，利用計算機技術創(chuàng)建模擬環(huán)境，構建虛擬的實驗平臺，將實際的實驗室和實訓室搬到虛擬的課堂中來，從而進行實時交互式教學活動。虛擬仿真實驗平臺的運用，一方面可以增加開放學員的學習體驗感，深化他們對實踐知識點的理解，提高學習興趣;另一方面滿足了開放學員自主學習的需求，大大彌補了學習時間不足的缺陷。

豐富開放課程實踐教學內容，滿足學生的自主學習需求? 傳統(tǒng)的開放課程實踐教學還是局限于“教師—教材—學生”三者之間簡單的聯(lián)系，但是開放學員一般都是社會的工作人員，他們的學習時間和學習習慣都不盡相同。因此，開放課程實踐教學亟待探索新的教學方式和方法，拓展實踐教學內容和教學模式，提高教學質量。在眾多的信息化教學技術中，虛擬仿真技術可以很好地滿足實驗實訓的需要，基于計算機技術建立虛擬實驗實訓平臺，將實踐教學知識點以及重難點用最直觀的方式呈現(xiàn)給學生，提高學生的學習興趣，加強對于知識點的掌握[3]。另一方面，虛擬仿真平臺創(chuàng)建好之后，只要學生有電腦，就可以隨時登錄、操作訓練，不限制時間和地點，從而有效提高開放學員學習的自主性，激發(fā)學習的主動性，大大豐富開放課程實踐教學的教學模式。同時，對于開放學員來說，他們大部分時間需要工作，很難安排統(tǒng)一的課程面授時間。通過虛擬仿真技術的運用，結合教師相關的操作訓練視頻，開放學員可以隨時進行相關練習，從而有效彌補課時不足的缺陷，真正達到終身學習的目的。

創(chuàng)新開放課程教學技術，提高信息化教學水平? 現(xiàn)代網(wǎng)絡技術已經覆蓋全國各地，這也為虛擬仿真技術的發(fā)展提供了契機，為開放資源的共享提供了技術保障。傳統(tǒng)的開放教育雖已采用一定的信息化技術進行遠程教學，但還是以傳統(tǒng)的面授講解為主，學生的操作練習較少，因此很難提高學生的學習興趣。相關學習常常只能靠學生的主觀能動性來完成，實踐教學技術更是嚴重滯后。運用虛擬仿真技術，可以模擬實驗和實訓的整個過程，建立虛擬的實驗實訓過程，在此過程中還可以有效分解實踐操作過程，對于重難點可以反復演示，學生也可以反復操作練習，直到熟練掌握。這種讓學生直觀體驗的方式，既可以提高學習興趣，加強對實驗實訓過程的整體認知，又可以提高對實驗實訓重難點的掌握，提升職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

通過虛擬仿真技術的運用，提高了開放課程實踐教學水平，創(chuàng)新了開放課程實踐教學模式，也增加了開放課程實踐教學過程中教師與學生的互動，彌補了開放學員學習時間不足的缺陷。因此，對于開放學員而言，不管是在哪里，甚至是一些偏遠地區(qū)的學生，只要有電腦和網(wǎng)絡，就可以隨時進行開放課程的實踐操作訓練，從而大大提高學習的自主性，甚至能培養(yǎng)一定的創(chuàng)新精神[4]。

創(chuàng)建虛擬實驗室，彌補實踐教學的不足? 虛擬實驗室的創(chuàng)建不是一朝一夕之事，一方面需要硬件設施的支持，目前國家對于網(wǎng)絡技術的大力推廣為虛擬實驗室的創(chuàng)建帶來契機;另一方面需要大量的財力和物力投入，各地政府應給予經費支持。開放課程教學需要建設大量的實驗室和實訓室，配備足夠的設備，尤其是對于一些工科專業(yè)而言，技術更迭快，實訓設備也需跟上時代步伐，然而這些設備一般都比較昂貴，普通的院校很難有足夠經費。經濟發(fā)達地區(qū)對人才需求多，開放學員也多，因此對先進設備的投入也較多;而經濟欠發(fā)達地區(qū)的相關設備投入就受到很大的限制。同時，如果每個學校都進行相同設備的投入，也容易造成資源浪費?；诰W(wǎng)絡技術創(chuàng)建的虛擬實驗室可實現(xiàn)院校間的資源共享，大大緩解設備的相關問題，從而滿足開放課程的實踐教學需求，這在很大程度上突破了一大部分院校所面臨的困境。

結合地方經濟發(fā)展需求，組織相關高校的教師和企業(yè)師傅組成教學管理團隊，兩者通力合作，在構建虛擬實驗室時，以企業(yè)生產一線的實際需求為教學目標來構建教學任務，從而實現(xiàn)課程教學與企業(yè)生產相互融合，達到工學結合的教學目的，為企業(yè)培養(yǎng)高素質的技能型人才，實現(xiàn)校企合作共贏的良好局面。

4 結語

隨著5G時代的到來，虛擬仿真技術得到快速發(fā)展，為開放課程實踐教學改革帶來巨大的機遇。通過虛擬仿真平臺的創(chuàng)建，彌補了傳統(tǒng)教學的缺陷，大大豐富了開放課程實踐教學內容，提高了實踐教學質量，提高了開放學員的興趣，為他們的學習提供了更加優(yōu)質的服務。

參考文獻

[1]吳淑蘋，蔣國珍，魏順平.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代開放大學云教室建設與應用研究[J].中國開放教育，2017（1）：45-51，80.

[2]丁楠，汪亞珉.虛擬現(xiàn)實在教育中的應用：優(yōu)勢與挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代教育技術，2017（2）：19-25.

[3]蘇宙平，郭穎，張秀梅.物理教學可視化虛擬實驗平臺創(chuàng)建[J].江蘇第二示范學員學報（自然科學），2015（3）：25-26，116，124.

[4]高素美，牟福元，鄭李明.高校虛擬與開放實驗室教學模式探索與實踐[J].中國電力教育，2013（4）：151-152.