中職信息技術課程開放式虛擬仿真教學系統構建研究

李 圓

（惠州商貿旅游高級職業技術學校，廣東 惠州 516001）

中職信息技術課程開放式虛擬仿真教學系統構建研究

李 圓

（惠州商貿旅游高級職業技術學校，廣東 惠州 516001）

當前中職院校信息技術課程教學面臨著實訓設備更新升級資金短缺、實訓教學系統不統一等教學困境，文章提出在信息技術類課程實踐教學平臺的搭建中，融入虛擬仿真技術以破解上述教學難題，介紹虛擬仿真技術的特性和優勢，分析在實訓課程中開展虛擬仿真教學的意義。

虛擬仿真；開放式；教學系統構建；信息技術專業

1 虛擬仿真技術的概念及特性

虛擬仿真技術（也稱為模擬技術），就是在計算機中構建出一個形象逼真的模型系統來模擬另外一個真實系統的現代化技術，可以在這個虛擬的模型系統所創設的情景中進行交互，學習者如同身臨其境，獲得真實體驗。

虛擬仿真技術有以下4點特性：（1）沉浸性（Immersion），通過計算機圖形構建出一個模擬真實環境的逼真的虛擬情景，給學習者強烈的感官沖擊，讓學習者沉浸到計算機系統所創建的虛擬環境中，成為虛擬系統的一部分，獲得身臨其境的體驗；（2）交互性（Interaction），虛擬仿真技術創設的是一個開放的、動態的、交互的仿真環境，學習者可憑借視覺、聽覺及觸覺等傳感器如同身臨其境般與虛擬仿真環境中的對象發生交互關系；（3）虛幻性（Imagination），虛擬仿真技術模擬的現實環境，是模擬、演練媒體，更是重要的設計工具，學習者能從虛擬環境中得到感性和理性的認識，進而深化概念、產生新的創造理念和思想；（4）逼真性（Reality），對設計方案的真實“再現”的虛擬環境，是基于真實數據、運用虛擬仿真軟件、利用數字模型形成逼真三維場景構建而成的。

2 虛擬仿真技術運用于職業教育信息技術課程實訓課堂的意義

在信息技術高速發展的環境下，職業院校面臨兼顧控制技術設備成本和實驗設備更新升級的困境。尤其是以實驗實操為主的信息技術類課程，教師在實訓課需要通過講解現場演示相結合，才能使課程更直觀形象，讓學生掌握操作技巧；同時，學生也必須在實訓室中親自動手實操，才能真正理解并消化老師所授的知識。然而搭建專門的網絡實訓室需要大量資金支持，而且要同時滿足眾多學生共同實操，存在很大壓力，虛擬仿真技術在其中的應用很大程度緩解了實驗實操教學壓力。

在信息技術實訓課程中運用虛擬仿真技術，降低實訓成本的同時，在提高實訓教學的安全性方面也發揮了重要作用。在傳統的實訓教學中，由于學生對實際的實操環境欠缺把握和了解，導致實訓事故頻發；而今在實訓教學中讓學生在虛擬仿真系統真實體驗實踐操作環境，可以讓學生預先了解實訓內容的大概流程和實操環境，從而有效改變實訓教學過程中事故頻發的狀況。

另外，在課堂教學中增加虛擬仿真技術，能夠促進學生學習的積極性和主動性，更有效地激發學生的學習熱情。虛擬仿真教學為學生構建了一個沉浸式、交互式的、生動形象且集音樂、色彩、圖片于一體多樣化的虛擬仿真環境模式，在這樣的實訓場景中實施教學能更有效地激發學生探索知識的欲望，從而讓學生更積極主動地投入到學習中，例如在“計算機網絡基礎”課程中進行網絡拓撲結構設計實驗中，構建基于真實情況的虛擬化網絡拓撲結構時，通過Packet Tracer網絡仿真軟件來搭建系統，再運用于實驗中，學生可以在課堂中利用Packet Tracer提供的可視化的仿真平臺構建虛擬網絡拓撲結構，可以在虛擬化網絡環境中對網絡設備及各個實體的參數進行靈活的配置和設置，還可以進行大中型計算機網絡的虛擬組建。學生在網絡模擬環境中設計網絡拓撲結構，對其進行配置，觀察網絡協議的工作過程及協議數據單元（Protocol Data Unit，PDU）在網絡中的傳送過程，查看交換機的交換表及路由器的路由表的轉發情況，實時跟蹤PDU在網絡各節點的詳細處理過程[1]。虛擬的網絡教學平臺還可以為學生提供網絡地理標識，學生可在其中以實際的企業和單位的需求為基礎，進行總體規劃和網絡布局，構建城市、樓宇、辦公室、配線間等虛擬設置，達到了與真實環境的統一，提高學生的學習興趣和信心。

3 當前虛擬仿真系統在教學中的局限性

目前大多數的職業院校都有針對某一課程使用虛擬實驗系統，通用性和集成性方面的研究相對比較少，但由于每個專業或課程的情況不同，所購入使用的虛擬系統都是基于不同的工作環境、編程語言、體系結構開發而成，各實驗平臺本身的兼容性、擴展性、交互性等方面都比較差。導致校內各專業的實訓教學建設大都自成體系，各自為政，很難在統一的平臺中進行整合，形成了“信息孤島”[2]。當前虛擬仿真系統在教學中的局限性主要有以下幾類：（1）各課程的虛擬仿真系統采購成品比較多，缺乏二次開發的接口和權限。教師無法進入到核心虛擬仿真課件二次開發領域，對提升專業水平不利；（2）各廠家提供的虛擬仿真教學軟件，由于各自開發方法不同而無法對接；（3）購置的虛擬仿真軟件對課程的支持和實驗的擴展差強人意，可擴展性較差；（4）各種虛擬仿真系統之間，多數情況下并沒有進行統一身份認證處理，學生和教師需要使用不同的賬號登錄不同的系統；（5）計算機專業的虛擬仿真教學系統，因為點數的限制，通常只能給校內提供服務，無法服務社會，無法將優質的教學資源提供給社會有需要的受眾。因此，建立開放式的計算機專業虛擬仿真教學資源是當前中職學校面臨的重要課題。

4 構建開放式的計算機專業虛擬仿真系統的必要性

構建共享式的信息技術類專業虛擬仿真系統，如圖1所示。

圖1 共享式的信息技術類專業虛擬仿真系統

共享式的信息技術類專業虛擬仿真系統可以解決如下幾個問題：（1）實現本校與外校或更大范圍內的信息技術類特色優質教學資源的及時披露和共享；（2）實現統一身份管理，使學校購置的各種實驗軟件能夠實現統一接入，通過促進系統間的耦合度，讓學生能夠在統一平臺進行實驗，解決“信息孤島”的問題；（3）實現兼容性，學校通過部署系統平臺，有效實施第三方的虛擬仿真實驗教學軟件；（4）實現教學過程管理，包括教學實訓的教學安排、實訓配套的理論學習、常見的實訓維護、實訓教學過程的智能指導及在線答疑、對實操作業的自動批改、實操成績統計查詢、實訓教學效果評估等功能，同時該平臺可擴展集成第三方的虛擬實驗課程資源或自建課程資源；（5）發揮服務社會的功能，將優質的虛擬仿真教學資源推送給廣大市民，讓有需要的人群在線使用實驗實訓資源。

中職學校構建計算機專業虛擬仿真系統主要需要關注如下幾個問題：（1）做好計算機專業相關課程的崗位分析；（2）結合學校人才培養方案，形成“計算機專業”課程的典型工作任務，根據典型工作任務，設計計算機專業虛擬仿真的實訓實驗情景；（3）選擇平臺軟件，根據專業和學科的具體要求進行配置，搭建功能完善的開發式虛擬仿真平臺；（4）結合學校的教學管理工作要求，制定計算機虛擬仿真系統的的功能模塊需求，包括實訓課配套的理論學習模塊、實訓排課管理模塊、典型實驗庫的維護模塊、實訓智能指導及答疑模塊、實驗結果的自動批改模塊、實驗成績統計查詢模塊、數字化資源管理模塊、師生互動交流模塊和管理模塊；（5）虛擬仿真教學必須以專業素質精良、技術能力精湛的專業教師隊伍為基礎，建立虛擬仿真系統課件開發團隊，不斷推送優質的虛擬仿真教學資源；（6）搭建統一身份認證平臺；（7）實現校內師生和校外企業單位服務共享。

5 結語

開放式虛擬仿真教學系統有效地解決了“信息技術”課程教學過程中遇到的難題，兼備沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性特點的虛擬化仿真平臺，為學生提供了多樣化的實踐手段和實驗環境，為傳統實訓教學給予了良好的、必要的補充，吸引學生自主學習和探索、主動進行實操和研究，提高學生實訓效果，有效提升教學質量。

[1]蔡群英，黃鎮建.搭建網絡實驗環境的探索與實踐[J].計算機與數字工程，2009（6）：195-197．

[2]周英飚，馮玉才.分布式虛擬環境設計[J].小型微型計算機系統，1999（4）：287-291.

Study on the construction of open virtual simulation teaching system of information technology course in secondary vocational school

Li Yuan
（Huizhou College of Business, Huizhou 516001, China）

At present, the teaching of information technology course in secondary vocational colleges is facing the shortage of training equipment updating and upgrading funds and the training teaching system is not uni fi ed. The paper puts forward that in the construction of the teaching platform in information technology courses, it should integrate the virtual simulation technology to solve the above-mentioned problems, introduce the characteristics and advantages of virtual simulation technology, and analyze the signi fi cance of virtual simulation teaching in practical training courses.

virtual simulation; open type; construction of teaching system; information technology specialty

李圓（1984— ），女，廣東河源。