計算機仿真實驗系統在高職理工科實踐教學中的應用研究*

◆關成立　楊岳

計算機仿真實驗系統在高職理工科實踐教學中的應用研究*

◆關成立楊岳

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.013

針對高職理工科類專業實踐教學質量問題，分析職業教育領域中計算機仿真實踐教學的建設與應用現狀。基于實踐經驗及現代教育技術的相關理論，闡述計算機仿真實驗教學在高職教育中應用的必要性，總結其在國內外教育領域的應用現狀。在此基礎上，分析計算機仿真實驗教學的應用建議。

高職教育；計算機仿真；實踐教學

1　前言

高職理工科類專業具有應用性廣、實踐性強等特點，實驗教學是其專業教學的重要組成部分，有利于激發學生學習興趣，強化學生基礎理論知識，提高學生分析解決實踐問題的能力，培養學生的創新思維。而目前，高職理工科類專業的教學模式仍然比較重視理論教學，實踐教學也普遍采用實驗指導書加教師講解的傳統常規實驗教學手段，無法引領學生主動學習，實現工學結合［1-2］。

計算機仿真實驗是近年來一種新型的基于現代教育技

術的實踐教學模式，利用實物或電腦設計多種虛擬環境來仿效真實環境，并在虛擬環境中根據預設的實際情況完成實踐設計、操作運行等的教學方式，具有使用便捷、操作簡單、交互性好、成本低廉、激發學生學習興趣等優點，已在我國高等教育實驗教學中得到一定應用［3-4］。為實現工學結合，解決高職實踐教學中存在的問題，高職實踐教學也應加強計算機仿真實驗與傳統實驗的結合，促進實踐教學水平的提高。

2　計算機仿真實驗教學的必要性

2014年5月，習近平總書記指出我國經濟發展進入“新常態”，經濟增速變緩，企業面臨多種挑戰，更蘊含多種機遇，賦予企業更多創新的空間。為滿足產業升級和社會發展的需要，高素質技能人才資源是發展的基礎性條件。用人單位對高等職業教育的需求愈來愈大，所需人才素質越來越高，而高職教育也面臨發展中的“新常態”。

以廣東省為例，2011年，廣東省共有獨立設置高職院校80所，占全省134所普通高校的60%，高職在校生超過65萬人，高職教育在廣東省高等教育中占據半壁江山。但隨著廣東省人口紅利現象的弱化，高等教育招生規模的逐年擴大，以及新建各類高等院校的增加，高等教育學校尤其是高職院校遲早將面臨生源競爭激烈的局面。另一方面，90后學生已成為高職院校的主角，表現出諸如“個體思想觀念的獨立性加強，群體的思想統一度降低，對現代信息技術如互聯網的依賴性急劇上升”等群體特點。且高職兩類生源——普通高中畢業生和“三校生”（職高、中專、技校畢業生）在文化知識、學習能力、技術技能、綜合素質等方面都存在差異，傳統的教學手段難以滿足社會需求和用人單位對高職學生素質、能力等人才規格的要求。

基于以上分析，對照政府和社會加快教學改革、提高高職教育質量的迫切希望，以及國務院印發的《關于加快發展現代職業教育的決定》中的要求［5-6］，高職院系應逐步統一實驗教學改革的戰略重要性，認識到實踐應用能力是高職人才培養及高職院校生命力的核心。以基于現代教育技術的計算機仿真實驗教學為手段，通過教學模式、教學條件、教學內容、教學組織、教學方法等的改進與創新，從根本上提高實踐教學的質量，從而不斷提高學生的實踐應用能力。

3　計算機仿真實驗教學的應用現狀

在教育教學領域，計算機仿真軟件的應用始于1972年的美國加州大學伯克利分校，其推出的著名的電路模擬軟件SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit）經過多年的完善和改進，現已發展成為最成熟的電路仿真軟件。且現在流行的各類電路仿真軟件，如PROTEL、EWB等都是基于SPICE平臺而開發的［7-9］。

國內計算機仿真實驗教學出現于20世紀80年代中期，我國部分高等院校的教師開始致力于該方面的研究。這些研究者首先嘗試可控硅整流電路的波形在個人計算機上的仿真效果，而受當時計算機硬件和軟件水平的限制，研究結果并不理想［7］。隨著計算機硬件水平的大幅提高，軟件開發主流向面向對象編程趨近。

目前，高職理工科類各專業可使用的仿真教學和應用設計軟件比較多，如電子電力類專業可應用Electronics Workbench（EWB）、Multisim 2001等電子仿真軟件，自動控制類專業可應用Control Build等自動軟件設計工具，化工類專業可應用東方仿真實驗系統，食品類專業可應用食品工程原理仿真系統，市政類專業可應用給排水工程仿真系統，財經類專業可應用仿真股票交易、仿真期貨交易等仿真軟件。并且，隨著計算機行業的快速發展、軟件水平的不斷提高以及各類仿真軟件的更新換代，更多高智能、高模擬性及高實踐性的計算機仿真軟件將廣泛被應用于高職教育的各類專業，進一步促進高職實踐教學水平的提升及改善實踐教學效果。

另一方面，雖然上述所列仿真軟件在較大程度上有利于實踐教學，尤其針對存在因實訓經費緊張、實訓場所受限等因素造成的實驗儀器設備短缺這一普遍現象的高職院校，起到較為突出的正面作用。但是由于這些仿真軟件的開發者及研究者的專業領域的限制，以及與一線教師在教學理念及思路上的差異，部分教師反映在教學過程中這些仿真軟件的某些程序及設計的內容與課堂教學的實際內容有出入，更有甚者存在不能滿足實踐教學要求的情況。因此，為更好地接近教學實際，更大幅度地增強教學效果，強化學生建立“理論—實踐—理論”的學習模式，有很多教師也開始嘗試自主研發或改善計算機仿真教學軟件或課件。

教師自己開發仿真軟件或課件，可以綜合使用多種電腦軟硬件技術，比如Authorware這樣的軟件平臺，進行規劃和結構化的工作，利用Authorware所具有的動態連接功能，把任何一種語言創建的程序或其他成果導入Authorware程序之中；可以利用Visual C++、Delphi、Visual Basic等編程語言設計出小型仿真模擬程序，并將其編譯成可執行文件，作為仿真軟件或課件直接使用或是被其他的頁面鏈接［10］；可以使用Flash等軟件制作動畫；可以使用Adobe公司的PhotoShop等圖形軟件處理各種圖形材料；可以使用DreamWave、Frontpage等網頁軟件來制作仿真頁面。

4　計算機仿真實驗教學的應用建議

在高職教育中應用基于現代教育技術的計算機仿真實驗教學軟件的總體目標是培養學生的實踐應用能力及創新能力，全面提高高職理工科類各專業的實踐教學質量。為達到該總體目標，筆者建議緊緊圍繞高職院校高素質技能應用型人才培養目標，堅持“仿真實驗教學協同實物實驗、實物實習教學”的實驗教學理念，依托校內及校外實驗平臺，優化實踐教學課程體系，構建“教、學、做、創”實驗教學模式，著力培養學生的實踐應用及創新能力。

1）踐行一個核心的實踐教學理念。針對實踐教學中存在的重理論輕實踐、重課內輕課外、重知識輕能力的問題，著力實現實驗教學的四個轉變：教學主體由教師向學生轉變，教學方式由實物實驗向實物與虛擬融合轉變，教學途徑由單一倚重課堂教學向課堂教學及課外實踐并重轉變，教學功能由傳授知識為主向培養能力為主轉變。提出“計算機仿真實驗教學協同實物實驗教學、實物實習教學”的實踐教學理念。

2）優化實踐課程體系。由于部分計算機仿真實驗軟件綜合多個相關學科功能于一身，可同時適用于多個學科，根據該軟件“適用面廣，設備利用效率高”等特點，圍繞實踐教學理念，制定各專業實踐教學體系。改變以往傳統的專業實踐課程設置依附于理論課體系的橫向模式，超越單門課程的范圍，建立實踐課程之間的系統聯系，在原有實踐課程的基礎上設立相對獨立的縱向聯系的課程，形成縱橫交叉的網狀專業實踐課課程體系，實現專業實踐課程之間的縱向聯系和貫通。

如FloTHERM軟件采用先進的有限體積法求解器，可以在三維結構模型中全面分析電子系統的熱輻射、熱傳導、熱對流以及流體溫度、流體壓力、流體速度和運動矢量等［11］。FloTHERM軟件可以應用在通信、計算機、半導體、集成電路、元器件、航空航天、國防電子、電力與能源、汽車電子、儀器儀表、消費電子等行業［12］。

3）創新“教、學、做、創”實踐教學模式。對實踐教學內容改革，按“基礎性、綜合性、設計性”三層次設置實驗項目：基礎性實驗項目結合學科前沿進行更新，綜合性實驗結合學科交叉與教師科研進行設置，設計性實驗結合教師科研與校外企業運行實況進行設置。以校內協同校外實驗教學平臺為基礎，通過計算機仿真實驗教學協同實物實驗教學、實物實習教學，逐步實現綜合性、設計性、研究性實驗由無到有、由少到多、由淺入深、由簡單到復雜逐步推進的過程。并通過一定的激勵措施，倡導教師積極將自己最新的研究成果加以設計，轉化為綜合性、創新性實踐項目，充分利用計算機仿真實驗的情境性及靈活性等優點，將研究的相關內容引入實踐教學過程中，讓學生在實踐過程中學、做，并建立初步的創新思維及精神。

5　結語

當前，計算機仿真實驗教學的建設和應用是高職教育信息化現代化建設的有效載體，也是高職理工科類專業實現工學結合、培養高素質技能應用型人才、提高高職實踐教學水平的必然要求。而目前計算機仿真實驗教學普及率并不是很高，各類仿真軟件的情境性及真實性還有待進一步完善。隨著計算機及軟件技術水平的發展以及仿真實驗教學的推廣及經驗積累，相信計算機仿真實驗教學將成為推動高職教育發展的強有力工具，為社會培養更多高素質創新性的實踐應用型人才。

［1］李秀瀅，彭靜，王建新.淺析應用型人才培養模式下開放性實踐教學體系建設［J］.實驗技術與管理，2010，27（3）：209-211.

［2］何深知，崔純瑩，段薇，等.在設計性實驗中培養學生的綜合能力［J］.實驗技術與管理，2009，29（6）：134-136.

［3］孫愛娟.職教領域虛擬仿真教學資源建設與應用探析［J］.中國電化教育，2012（11）：109-112.

［4］夏煒.微機接口教學實驗系統仿真研究［D］.武漢：華中科技大學，2009.

［5］關于加快發展現代職業教育的決定（國發〔2014〕19號）［EB/OL］.［2014-06-22］.www.gov.cn.

［6］關于加強高職高專教育人才培養工作的意見（教高〔2000〕2號）.［EB/OL］.www.moe.edu.cn.

［7］李鵬.仿真教學在高等職業教育中應用研究［D］.濟南：山東師范大學，2008.

［8］蔣東興，宓詠，郭清順.高校信息化發展現狀與政策建議［J］.中國教育信息化，2009（15）：16.

［9］童孟良，舒均杰，劉絢艷.基于職教新干線的化工仿真教學平臺的研究與實踐［J］.當代職業教育，2013（6）：30-32.

［10］鄒祝英，彭文武，羅清海，等.仿真教學在工程教育中的應用分析［J］.衡陽師范學院學報，2012，33（1）：146-149.

［11］鄧時秋.熱交換系統在電子設備熱設計中的應用研究［D］.武漢：武漢理工大學，2006.

［12］呼波.電子設備電磁兼容與熱設計的協同設計［D］.西安：西安電子科技大學，2009.

Application Research on Computer Simulation Experiment System for Higher Vocational Practice Teaching in Science and Technology

//GUAN Chengli， YANG Yue

In view of the practical teaching quality problems in the higher vocational practice teaching in science and technology， the construction and application status of the computer simulation experiment system are put forward. Based on practical experience and the related theory of modern education technology， this paper expounds the necessity of the application with the computer simulation experiment teaching in higher vocational education. And its application status in the fi eld of education at home and abroad is summarized. In addition， application suggestions of the computer simulation experiment system are analyzed.

higher vocational education； computer simulation experiment system； practice teaching

TP391.9

B

1671-489X（2016）16-0013-03

*項目來源：廣東省教育廳資助課題（基金編號：201401270）；廣東省高職教育教學指導委員會資助課題（基金編號：HG201534）。

作者：關成立、楊岳，陽江職業技術學院講師，研究方向為系統控制及教育技術與教育裝備（529500）。