虛擬實驗在職教教學中的創設研究

【摘要】根據職業學校實驗實訓存在的一些問題，提出采用虛擬實驗緩解職校實驗實訓教學的壓力，對虛擬實驗及其實現方式做一研究，并舉例說明虛擬實驗在具體學科的應用。

【關鍵詞】虛擬實驗；實現方式；反思

一、目前職業學校實驗實訓存在的問題

隨著職業教育的快速發展，以及企業對具有創新意識、競爭意識等技能人才的需要，實驗教學作為職業教育的重要環節，會越來越受到重視。職業學校以培養學生操作技能為主，而實踐技能的獲得就需要實驗設備的支持，相較于普教學校，職業學校無論是在資金投入還是政策支持方面都力度不大。傳統實驗室通常存在建設周期較長，儀器種類受專業要求限制，實驗實訓材料費用昂貴，采購數量受資金控制等問題，還有很多危險性大的實訓環節，如化工流程。運載工具的駕駛等都需要有替代品。根據新一代中職生的思維特點，傳統的“一支粉筆加一本書加一張嘴巴”的教學方式學生早已不適應，需要教師改變教學方式方法，充分利用現代教育教學資源，在教學理念上創新，盡最大可能使學生樂學，以提升實驗教學質量。

要緩解職業學校實驗實訓的壓力，開發虛擬實驗，創設虛擬實驗環境便顯得非常有必要。

二、虛擬實驗

1.虛擬實驗

新技術的迅猛發展為虛擬實驗提供了廣闊平臺，如使用VRML（虛擬現實建模語言）和Java（程序設計語言）等計算機語言制作出虛擬實驗環境，進行立體物體、三維空間等的展示。比如虛擬故宮，法國盧浮宮的虛擬參觀，最近的虛擬游上海世博會等都使人們足不出戶，便可在虛擬現實世界從各個角度感受建筑魅力和欣賞藝術瑰寶。虛擬實驗主要是借助多媒體、仿真和虛擬現實等技術手段的支持，在計算機系統中營造出可輔助實驗教學、模擬實驗情境甚至部分代替或全部代替傳統實驗過程和操作環節的相關軟硬件環境及實驗操作平臺。實驗者可以像在真實環境中一樣完成各種預定的實驗項目，所取得的學習或訓練效果類似于甚至可能優于真實環境中所取得的實驗效果。

2.虛擬實驗的實現方式

虛擬實驗建立在一個虛擬的仿真實驗平臺之上，它注重的是實驗操作的交互性以及實驗過程和實驗效果的仿真性，其實現方式主要有三大類。

（1）使用VRML 和Java等計算機語言制作出虛擬實驗環境

VRML是一種適合網絡化三維形體和交互環境的虛擬現實建模語言，具有交互性和平臺無關性等優點；Java作為主流的Web編程語言工具，具有面向對象、安全可靠、跨平臺和可移植等特點。基于Java與VRML的交互技術，可以實現復雜運算、邏輯處理、網絡通信和精確控制場景等設計功能，從而有效彌補VRML本身的不足，并能增強VRML的動畫效果和交互能力。曲阜師范大學制作的“攝影仿真實驗室”便是基于VRML的虛擬實驗系統，彌補真實攝影時存在的諸多問題，創設逼真的實驗情境調動學習興趣，并能提供有效的信息資源與技術支持，學生可以自主控制完成實驗項目。對于一線教師最理想的狀態就是利用語言編寫出環境，但限于職業教育現狀，應盡量在虛擬現實類課程開發方面實現共建共享。

（2）借助已有的教學軟件

教學軟件不僅能使一些概念、關系、原理等抽象問題具體化，還能模擬常規教學手段難以完成的演示、操作技術、技巧，使復雜問題簡單化，有利于學生理解、記憶和形成熟練的操作技能。如使用3DMAX、UG、CAXA等三維造型軟件設計的復雜場景造型、三維實體建模在很多專業領域都得到了很好的應用。

3.企業開發的仿真實驗軟件

有些企業為其實訓平臺開發的實驗實訓軟件，不但依靠實訓平臺（硬件）建立虛擬實驗環境，而且能夠根據學生特點，模擬實驗環節，實現真實環境與虛擬環境的有效結合。如華中數控系統，亞龍PLC仿真系統等。

三、虛擬實驗助力職業教育發展

針對各職業學校的特點，選用適合的虛擬實驗環境應用于教學將有效提高教學質量。職業教育的大發展，使得虛擬實驗的應用越來越廣，在不同學科創設虛擬實驗環境已經成為共識，這里介紹一些課程的虛擬實驗實訓環境，旨在拋磚引玉，使更多的一線教師參與到虛擬實驗的創設中。

1.旅游專業虛擬實驗

虛擬實驗在旅游專業的應用前景廣闊，比如參照盧浮宮的虛擬參觀，可以使用虛擬現實建模語言制作出滿足教學和實訓需要的虛擬實驗環境，將旅游景點的建筑特色、風光和環境真實地展示在學生面前，使學生足不出戶就可以在景點中參觀、培訓。這樣不僅改善了教學環境、增加辦學效益、提高教學效率，還能激發學生學習興趣，提高綜合實踐能力，使評價方式多樣化。

2.單片機課程虛擬實驗

單片機是電類專業一門重要課程，所涉及的實驗和實踐環節所占的比重大，單純的課堂講解很難引起學生的共鳴，這主要是缺乏有效的演示方法。而其虛擬實驗環境使用英國Labcenter公司開發的Proteus軟件和Keil C51軟件即可構建。在教學中采用Keil與Proteus的離線聯合仿真方法，建立虛擬實驗環境，所謂離線聯合是指兩者互相獨立工作，先通過Keil編輯、修改、編譯源程序，并生成HEX等單片機能識別的文件，然后再運行Proteus，將HEX文件與原理圖中的單片機進行綁定即可，這樣的話，在虛擬環境中將程序編寫好便可燒錄到硬件中。

3.影視制作專業虛擬實驗

利用虛擬實驗不但可以制作出富有創造性的影視節目，也可以使實踐教學直觀形象，充滿創意。前期制作中，由于影視實驗設備少，學生輪流操作時間延長，影響教學進度，況且觀看作品效果滯后，影響評價方式。這時制作虛擬演播室，包括布光、攝像機的拍攝位置、曝光調節等主體功能模塊，學生拍攝完成后可點擊相應模塊參看拍攝效果。后期制作，以前是單純的在錄播一體機中完成編輯制作，現在完全可以利用非線編軟件如Adobe premiere、aftereffect完成后期編輯，像風云雷電的出現、粒子爆炸，摳像等技術在軟件中可以很好呈現，像一些危險鏡頭，在后期軟件中也可制作，不必親自拍攝，這樣也使得影視技術人員的工作方式發生了改變。

四、反思

虛擬實驗在職業教育教學中起到了積極的作用，它符合職校生特點，容易吸引學生注意力，提高教學效率。但對于學生而言，虛擬實驗一般都是桌面虛擬環境，主要是在計算機中使用，教師應注意根據學生的實際情況，設置一系列能做出來的實驗，切不可盲目任由學生自由發揮，無法駕馭課堂。同時虛擬實驗不能完全代替真實實驗，在實際應用中會出現新問題，教師在教學中要恰當靈活的使用運用虛擬實驗，使新技術盡可能展示其有利的一面。

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作者簡介：張洪靜（1983—），女，黑龍江望奎人，在職碩士，浙江省衢州市技師學院二級實習指導教師，研究方向：信息技術與課程整合。