高職院?；谔摂M仿真的實驗教改與實踐研究

姚曉榮 葉蘭洲

摘?要：?作者針對目前實踐教學(xué)存在的課時受限、實訓(xùn)場地和設(shè)備數(shù)量受限、實訓(xùn)項目存在安全隱患等問題，提出將虛擬仿真實訓(xùn)項目引入教學(xué)過程和混合式教學(xué)模式，形成較完整的實踐教學(xué)課程體系，為相關(guān)課程的改革提供參考，為實現(xiàn)人才培養(yǎng)的信息化、智能化和現(xiàn)代化提供支撐。

關(guān)鍵詞：高職；虛擬仿真；實驗教學(xué)；改革與實踐

中圖分類號：TB?????文獻標(biāo)識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.04.088

0?引言

培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和工程實踐能力是道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)的根本目的。虛擬仿真平臺因其虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化的特點，在實踐教學(xué)改革中扮演了重要角色。虛擬仿真實驗作為傳統(tǒng)的實驗教學(xué)的必要補充，課堂教學(xué)應(yīng)強調(diào)學(xué)生的主體地位，將前期所學(xué)的理論知識與仿真操作相結(jié)合。道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)群主要包括道路與橋梁工程技術(shù)、實驗檢測技術(shù)、工程測量技術(shù)、市政工程技術(shù)、養(yǎng)護工程技術(shù)等五個專業(yè)，這些專業(yè)均對學(xué)生的動手能力要求極高。為了提升學(xué)生的動手能力、實踐水平，我院在進行人才培養(yǎng)方案過程中，已對學(xué)生的實習(xí)實訓(xùn)等實踐課程加大側(cè)重。然而，當(dāng)前的課程體系在實踐教學(xué)方面距離人才培養(yǎng)的要求還有一定的差距。面對職業(yè)教育所要求的“崗、課、賽、證”融通的大環(huán)境，亟需引入虛擬仿真技術(shù)以改善實踐教學(xué)所面臨的困難，形成“虛實”結(jié)合的實踐教學(xué)運行體系。

國內(nèi)許多學(xué)者和專家在虛擬仿真實驗促進課程改革和實踐方面進行了大量的研究。臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院的柯中爐等以生化制藥技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)為例，闡述了傳統(tǒng)實踐教學(xué)存在的問題，并對虛擬仿真技術(shù)提升高職實踐教學(xué)有效性進行了探討。河北工業(yè)大學(xué)的梁李敏等闡述了實驗教學(xué)改革的方向和虛擬仿真實驗教學(xué)需要建設(shè)的內(nèi)容，充分利用虛擬仿真技術(shù)，堅持“虛實結(jié)合，互為補充，能實不虛”的原則促進創(chuàng)新型專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)。吉林大學(xué)的谷艷華教授進行了混合教學(xué)模式下虛擬仿真教學(xué)的探索，教學(xué)實踐表明虛擬仿真教學(xué)有利于混合教學(xué)模式下的探究性學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實踐，有利于提高教學(xué)效果。

1?實驗教學(xué)現(xiàn)狀與問題

1.1?課程學(xué)時受限

職業(yè)教育的特點決定了實踐環(huán)節(jié)的重要性，人才培養(yǎng)方案的實踐學(xué)時不斷增加，但是課程總學(xué)時需與人才培養(yǎng)方案總學(xué)分相適應(yīng)，學(xué)生每學(xué)年的總學(xué)分需要控制，只能開出常規(guī)性簡單的實驗實訓(xùn)項目，而有些耗時長的實驗或?qū)嵱?xùn)課程無法開出，如道路建筑材料課程中的馬歇爾實驗、車轍實驗，公路工程檢測技術(shù)中的CBR實驗等無法在課程中讓學(xué)生動手實操，實驗環(huán)節(jié)變成了教師對著設(shè)備向同學(xué)介紹實驗步驟和數(shù)據(jù)處理，學(xué)生對于知識的認(rèn)知和理解以及動手能力均得不到提高。

1.2?實訓(xùn)場地和設(shè)備數(shù)量受限

工程實踐類課程中所需實驗設(shè)備大多體積較大、占地面積大且具有操作困難等特點，教師在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生操作時，存在很多學(xué)生圍著一臺儀器設(shè)備觀看教師操作的問題，即使學(xué)生可以進行操作，也不能夠滿足所有學(xué)生均能動手，在實訓(xùn)場地和設(shè)備臺套數(shù)等教學(xué)資源有限的條件下，上課分組率達不到要求，學(xué)生動手率得不到保障，教學(xué)效果不理想。多數(shù)職業(yè)院校因占地面積小，導(dǎo)致實訓(xùn)難實施、受限制，不能滿足復(fù)雜環(huán)境下的實訓(xùn)要求以及學(xué)生安全要求。

1.3?實驗項目存在安全隱患

工程類的實驗課程大多要求學(xué)生動手實操，對于較大型的設(shè)備，在40多人的教學(xué)班里很難保證學(xué)生的安全。對于鋼筋的拉伸實驗，鋼筋的固定尤為重要，如固定不牢，很有可能出現(xiàn)鋼筋被甩出，對相對狹小空間里學(xué)生的人身安全造成威脅。

2?基于虛擬仿真技術(shù)的實驗教學(xué)改革路徑

2.1?優(yōu)化人才培養(yǎng)方案

結(jié)合我院道橋工程技術(shù)專業(yè)群的專業(yè)設(shè)置情況，引入虛擬仿真軟件，形成“虛實結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實踐教學(xué)模式，設(shè)計“崗課賽證”一體化的教學(xué)思路，實現(xiàn)理論課和實踐課的融合，真正實現(xiàn)人才培養(yǎng)方案改革。

在教學(xué)過程中，采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、實現(xiàn)混合式教學(xué)，學(xué)生對于復(fù)雜的、大型的、實驗室難以工程再現(xiàn)的實踐教學(xué)任務(wù)，學(xué)生通過虛擬仿真實驗進行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)理論到實踐的零距離，使學(xué)生順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達到教學(xué)要求。

2.2?對接崗位需求

職業(yè)教育課程要服務(wù)于人的發(fā)展，課程要面向具體的崗位，以崗為課，課程中參照崗位的具體活動來構(gòu)建學(xué)習(xí)過程，通過“學(xué)中做，做中學(xué)”的方式讓學(xué)生體驗崗位的運行流程，從而促進職業(yè)學(xué)習(xí)活動的發(fā)生。道路建筑材料課程對接的主要崗位為公路工程實驗檢測員，對接職業(yè)崗位能力如下表1。

虛擬仿真技術(shù)把短學(xué)時不能實現(xiàn)的、設(shè)備操作具有安全隱患的、實驗場地和設(shè)備臺套數(shù)不能滿足分組要求的實驗教學(xué)任務(wù)變成了現(xiàn)實，如車轍實驗、瀝青抽提實驗、亞甲藍實驗等，學(xué)生通過虛擬仿真技術(shù)完成了學(xué)習(xí)。

2.3?深化課賽融通

在“崗課賽證”融通過程中，職業(yè)技能大賽引領(lǐng)課程改革。虛擬仿真技術(shù)將工程搬到學(xué)生面前，實現(xiàn)了工程和設(shè)備的虛擬化、立體化和結(jié)構(gòu)化，讓技能競賽的進行得以實現(xiàn)。虛擬仿真技術(shù)將理論知識、實踐操作、文本知識、視頻資源融合到一起，在教學(xué)中進行推廣應(yīng)用，讓學(xué)生圍繞賽項任務(wù)優(yōu)化教學(xué)項目，借助賽項評價，推動教學(xué)評價改革。在整個過程中教師的教學(xué)理念得以突破，教學(xué)能力得到提升；學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和動手能力完美結(jié)合，改變了傳統(tǒng)教學(xué)不能實現(xiàn)的尷尬局面，實現(xiàn)“教學(xué)做”一體化，真正做到了課程與賽項的融通。

2.4?增強創(chuàng)新能力

網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗比傳統(tǒng)的實驗更具有開放性，可以打破時間和空間的限制，可以自主地進行實驗內(nèi)容的選擇，實驗結(jié)果的分析評價等。學(xué)生由傳統(tǒng)的被動接受實驗內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥貐⑴c和掌控實驗過程，豐富了實驗教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

學(xué)生參與虛擬仿真實訓(xùn)項目的開發(fā)，與制作方對接實驗環(huán)境要求、實驗設(shè)備、實驗內(nèi)容、操作要點、結(jié)果整理等內(nèi)容，通過虛擬項目的不斷調(diào)試和適用，發(fā)現(xiàn)實驗過程中存在的問題，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力，實現(xiàn)課堂的又一次革命。在使用虛擬仿真軟件過程中，全過程了解工程的各個環(huán)節(jié)，身臨其境地走進工程一線，實現(xiàn)課堂到工程現(xiàn)場的零距離。

3?實驗教學(xué)改革的預(yù)期效果

通過對虛擬仿真實驗教學(xué)的改革，進一步鞏固了前期課程中所學(xué)的理論知識，同時使得實踐教學(xué)課程在以下幾個方面得到改善。

（1）人才培養(yǎng)方案的修訂。以服務(wù)交通產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，學(xué)院與企業(yè)共同制定人才培養(yǎng)方案，主要增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程、交通特色課程，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課時上有保證。

（2）實踐教學(xué)體系的完善。完成了提高學(xué)生工程素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的目標(biāo)，形成虛實結(jié)合的實踐教學(xué)體系。

（3）教學(xué)資源與特色課程的建設(shè)。教師團隊共同開發(fā)道路建筑材料特色課程教材資源，在原有實踐教學(xué)基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新和提高。

（4）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)建設(shè)支持。以虛擬仿真實驗為切入點，學(xué)生參與開發(fā)和研究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師團隊中科院指導(dǎo)教師為學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供支持，并指導(dǎo)參加“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，形成課程的部分特色教學(xué)內(nèi)容?。

4?結(jié)語

虛擬仿真實驗教學(xué)可以綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實和多媒體技術(shù)構(gòu)建仿真的實驗環(huán)境，不再受場地和實驗設(shè)備以及實驗時間等條件的限制，使學(xué)生自主地在開放的虛擬仿真平臺上開展實驗，彌補了傳統(tǒng)實驗不能實現(xiàn)的教學(xué)功能，可以有效地提高實驗教學(xué)的質(zhì)量。

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