虛擬仿真實訓在電子專業(yè)教學中的應用

遼寧建筑職業(yè)學院自動控制系 楊中興

虛擬仿真實訓在電子專業(yè)教學中的應用

遼寧建筑職業(yè)學院自動控制系 楊中興

虛擬仿真實訓教學是教育信息化領域的前沿研究方向，也是一種重要的輔助教學工具。以我校自主設計的虛擬仿真實訓系統(tǒng) “虛擬電子科技有限公司”為例，介紹虛擬仿真在實訓教學中典型應用案例。從理論層面，探究虛擬仿真實訓教學的必要性和可行性。

虛擬仿真；實訓教學；資源貢獻

1.引言

在職業(yè)教育中，實訓教學的好壞對學生職業(yè)素質(zhì)具有重要作用。實訓教學在激發(fā)學生自主性和能動性的同時，可以鍛煉學生的動手能力、思維能力和團隊合作意識。但是傳統(tǒng)的實體型實訓教學往往存在著實訓設備不足、理論教學與實踐教學脫節(jié)、課程內(nèi)容滯后、實訓師資缺乏等具體問題。虛擬仿真實訓教學則通過模擬一個逼真的虛擬學習和訓練環(huán)境，調(diào)動學生的視覺、聽覺、觸覺等感官接收和處理學習內(nèi)容。將虛擬仿真系統(tǒng)引入高職教學，可以改善學習條件，提高學習效率，降低教師工作量，促進教育的信息化。隨著虛擬仿真技術的逐步成熟，虛擬仿真教學在高職院校實訓教學中得到了廣泛的推廣和應用。本文以應用電子技術專業(yè)為例，探討我校自主設計的虛擬仿真實訓系統(tǒng)在電子技術專業(yè)實訓教學中的應用過程。

2.虛擬仿真實訓

虛擬仿真是一種新型的教學形式，它利用虛擬現(xiàn)實技術仿真或虛構情境，供學生觀察、操作、建構其中的對象，使他們獲得類似真實的體驗，激發(fā)學習興趣，從而更牢固地掌握知識理論體系或者獲得某種技能的資源。虛擬仿真教學系統(tǒng)可基于真3D或者偽3D構建，具有“沉浸性”和“交互性”，并具有“泛在學習”特點。

我校自主設計開發(fā)了一套服務于電子信息技術專業(yè)大類的虛擬仿真實訓系統(tǒng)。所有教學和實訓點以“虛擬電子科技有限公司”為載體，以典型電子產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)為主線，涵蓋了技術部、規(guī)劃部、生產(chǎn)部、質(zhì)檢部、設備維護部、元器件庫、儀器儀表庫、學習島八大模塊。其中，前五個模塊為功能模塊，每個模塊下有對應的崗位和任務，并覆蓋相應的教學點和實訓點；后三個模塊為教學輔助模塊，學生可以在使用過程中隨時調(diào)取并學習相應的知識點。實訓過程的情節(jié)驅(qū)動以典型電子產(chǎn)品為線索，向?qū)W生完整展現(xiàn)一款電子產(chǎn)品從原理設計、工藝設計、產(chǎn)前準備、生產(chǎn)加工、質(zhì)量檢測，到電子生產(chǎn)線大型生產(chǎn)設備維護的全過程。讓學生在虛擬仿真實訓系統(tǒng)下，完成真實環(huán)境難以實現(xiàn)的認知和實踐過程，從而提高學生對知識的深入理解和綜合運用程度[1]。

3.教學應用

下面以應用電子專業(yè)生產(chǎn)型實訓為例，對虛擬仿真實訓系統(tǒng)在教學中的應用作介紹和分析。

在貼片機設備教學中，虛擬仿真實訓所覆蓋的教學點包括操作步驟演示、操作方法演示、偶發(fā)事件演示、錯誤操作結果演示等。例如，錯誤操作結果演示，這種演示具有強烈的刺激作用，可使學生產(chǎn)生深刻的記憶。演示功能可實現(xiàn)如下教學效果：使操作者熟悉操作程序；使操作者了解操作過程邏輯關系；使操作者高度重視安全操作與安全生產(chǎn)；使操作者牢記現(xiàn)場誤操作所帶來的嚴重后果[2]。圖1所展示的是虛擬貼片機操作界面截圖。

互動操作功能是虛擬仿真實訓中最重要的一種應用方式，其目的是讓受訓者按照某種操作規(guī)范學習、掌握規(guī)定的操作技能，達到可以上崗操作的目的。以“虛擬電子科技有限公司”質(zhì)檢崗為例，本崗位完全依據(jù)真實電子生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)檢崗設計，以典型電子產(chǎn)品重錘料位計的出廠前質(zhì)量檢驗為線索設計教學點和實訓點，在本崗位可學習和操作通用的質(zhì)量檢測方法和行業(yè)標準文件，學生完成所有任務和考核內(nèi)容即可基本具備質(zhì)檢崗位上崗資格。

圖1 虛擬貼片機操作界面

圖2 虛擬仿真的質(zhì)檢崗截圖

傳統(tǒng)的實體實訓場所學生人數(shù)多、實訓設備有限、實訓過程難以讓每個學生反復操練、重要故障問題難以再現(xiàn)，以及實訓所需設備成本高、操作不當易損壞等問題，在引入虛擬仿真實訓系統(tǒng)后得到了很好的解決。

4.教學效果分析

通過課堂觀察發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)實訓課相比，在虛擬仿真教學中，學生的注意力明顯集中，表現(xiàn)出更大的學習興趣，也能提出更多有針對性的問題。虛擬仿真系統(tǒng)提供逼真實訓環(huán)境，寓教于樂，富有趣味性，可實現(xiàn)自主學習，反復練習，泛在學習。

5.結語

虛擬演示、虛擬操作、虛擬體驗、虛擬考核，是虛擬仿真實訓系統(tǒng)的四大特點。當前，教育信息化和現(xiàn)代化已是大勢所趨，虛擬仿真教學的廣泛普及是職業(yè)教育信息化的必然要求。虛擬仿真系統(tǒng)的設計、開發(fā)與應用，都應該以學生為中心，為教學服務，才能達到教學過程的最優(yōu)化，即在一定的教學條件下尋求合理的教學方案，使師生花最少的時間和精力獲得最好的教學效果[3]。

[1]吳涓,孫岳民,雷威等.東南大學機電綜合虛擬仿真實驗教學中心建設規(guī)劃思路與進展[J].實驗技術與管理,2014,10(31):5-9.

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

[3][蘇]巴班斯基.教學過程最優(yōu)化——一般教學論方面[M].人民教育出版社,2007.

中國建設教育協(xié)會“職稱委”“遼寧建設職業(yè)教育集團”專項2016年度重點課題“虛擬仿真實訓基地建設與研究”（課題編號：ZJX2016JT02ZD）。

楊中興（1982－），現(xiàn)供職于遼寧建筑職業(yè)學院自動控制系，專業(yè)方向應用電子技術。