虛擬仿真實訓教學存在的問題及對策

陸茵

【摘 要】本文以廣西電力職業技術學院建筑設備自動化系統課程的教學為例，針對仿真實訓教學中存在的學生學習興趣不持久，實訓變成應付式，仿真實訓操作簡單化，實訓結果理想化，考核評價欠客觀，不能反映學生真實水平等問題，提出校企合作，共同更新開發仿真實訓教學軟件，揚長避短，虛擬仿真與實操訓練交替進行，多方評價，同時開展理論與實訓考核等應對對策，并在實踐中進行“一中心三平臺三結合”的具體應用。

【關鍵詞】虛擬仿真 ?一中心三平臺三結合 ?實踐教學質量

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）06C-0187-03

虛擬仿真（Virtual Simulation）技術，亦稱虛擬現實技術，伴隨著信息技術、計算機技術、人工智能技術、圖形圖像技術而興起，是一種可創建和體驗虛擬世界（Virtual World）的計算機系統，它是以仿真的方式給用戶創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界。近年來，我國教育部門相繼出臺《關于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》《關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》等政策，推動了高職院校虛擬仿真實驗室的建設。在這種情形下，高職院校虛擬仿真實驗室建設和仿真實訓教學工作取得了較大的進展，但是，在仿真實訓教學過程中還存在諸多問題，需要在教學實踐中不斷加以改進。本文試以廣西電力職業技術學院建筑設備自動化系統課程的教學為例，分析總結仿真實訓教學中存在的問題，提出“一中心三平臺三結合”的應對對策，并探討其在實踐中的具體應用。

一、虛擬仿真實訓教學中存在的問題

建筑設備自動化系統是廣西電力職業技術學院建筑電氣工程技術專業、建筑智能化工程技術專業的一門專業核心課程，課程任務是使學生認識建筑設備自動化系統的基本概念、基本構成、網絡結構，掌握照明、空調、給排水等監控系統的基本組成、監控對象、監控信息點，通過該課程的學習和實訓，使學生能制作照明、空調、給排水等監控系統的監控點表，能根據監控信息點表繪制接線圖，能根據接線圖完成系統的安裝、接線、組網及調試。目前廣西電力職業技術學院建設完成1間樓宇智能化系統3D仿真實訓室，共48個實訓工位，建筑設備自動化系統課程對應仿真實訓項目包括控制系統電氣安裝檢測、照明監控系統安裝調試、空調風系統安裝調試、空調水系統安裝調試、給排水系統安裝調試。筆者在2017級建筑電氣工程技術專業的建筑設備自動化系統教學中開始使用該仿真實訓室開展課程的仿真實訓教學，實訓結束發現效果不盡人意，還存在如下方面的問題：

（一）學生學習興趣不持久，實訓變成應付式

由于實訓室的樓宇智能化3D仿真軟件是以一棟綜合性智能大廈的3D虛擬場景為載體，大廈包含地下一層（設置有停車場等）、一層（設置有大廳、控制室等）、二層（設置有辦公室等），軟件將場景進行三維可視化模擬仿真，學生在實訓過程可以通過鍵盤、鼠標等工具實現在虛擬場景中快速切換場景、自主行走、全方位任意交互漫游，實訓猶如游戲。實訓開始的確激起了學生濃厚的學習興趣，但是隨著實訓的進行，學生發現仿真實訓不等同于游戲，需要相關的理論知識支撐，還需要了解枯燥的規范條件。此外，學生發現仿真實訓操作點就是捕捉設備附近某個區域，有時隨意點擊一通鼠標無須理解相關知識便能完成操作，有時明明很簡單的一步操作卻因捕捉區域小、難找到而長時間無法完成操作，便會失去學習興趣，后期的實訓變成應付式，實訓效果不理想。

（二）仿真實訓操作簡單化，實訓結果理想化

設備安裝、管線敷設、系統調試、工藝流程及操作步驟都比較簡單，和實際生產現場以及操作相去甚遠。例如，系統接線，實際建筑設備自動化系統的接線應包括以下幾個步驟：（1）簡單制作I/O分配表，確定設備的監控信息點、信息點的類型、合理配置DDC（或其他控制器）的I/O端口;（2）仔細閱讀設備、DDC接線端子圖，繪制接線圖（根據實際情況確定是否需要繪制）;（3）根據I/O分配表（或接線圖）完成接線;（4）接線過程注意布線工藝、撥線工藝、接線工藝;（5）通電前線路短路檢測。仿真實訓只有設備接線這一個步驟，無須制作I/O分配表，則學生在實訓過程中即使不知設備類型、無法區分信息點類型、不必查閱設備及DDC接線端子圖、不必關注操作過程的各種失誤及故障、不必考慮材料的節約問題也能根據給出圖紙完成接線任務，實訓與理論脫節，無法培養學生分析問題、解決問題的能力，無法訓練學生故障檢測排除的能力，不利于培養學生認真、嚴謹、安全、節約的工作意識。

（三）考核評價欠客觀，不能反映學生真實水平

仿真實訓是在電腦上操作，使用鍵盤、鼠標便可開展實訓。大部分仿真實訓軟件能開展模擬訓練、模擬考核，前者在實訓時每個操作系統均會給出一些提示信息以便幫助學生順利完成，后者則無提示信息，教師一般是通過模擬考核或在仿真考核平臺上重新組題來實施仿真實訓考核。不管采用哪種考核評價方式，仿真實訓考核評價方式都比較單一，與仿真實訓操作存在相同的問題：學生在不懂任何相關理論知識、操作規范、工藝流程的情形下，也能順利通過考核，并且能獲得不錯的成績，甚至有些仿真實訓軟件，可以同時進行模擬訓練與模擬考試。這也意味著，學生在進行模擬考試時，打開模擬訓練界面，根據模擬訓練界面的提示信息，就可以一步步完成另一個界面的模擬考試，即仿真實訓教材容易實施“作弊”，考核形同虛設，考核成績根本無法反映學生真實水平。

二、提升虛擬仿真實踐教學質量的對策

（一）校企合作，共同更新開發仿真實訓教學軟件

企業與學校各有所長，仿真實訓教學軟件應由雙方聯合更新/開發，企業主要負責實訓項目更新開發，力求仿真實訓操作步驟、操作工藝、操作流程與實際相符;校方根據更新開發后的仿真實訓項目，建設與仿真實訓相關的知識題庫，同時精心設計仿真實訓任務單（作業），促使學生在訓練過程中必須掌握相關的理論知識、操作步驟。

（二）揚長避短，虛擬仿真與實操訓練交替進行

虛擬仿真、實操訓練各有所長，虛擬仿真實訓能有效節約教學成本，容易實施長久反復訓練，能形象、立體呈現龐大、復雜的實際工程，能進行像管線敷設等不好開展實操訓練的隱蔽工程實訓;而實操訓練則能彌補仿真實訓的不足，能更好地培養學生的安全、認真、嚴謹等工作意識，能更好地培養學生團隊合作、分析問題、解決問題等能力。因此，應虛擬仿真與實操訓練相結合，以更好地提升實踐教學質量。

（三）多方評價，同時開展理論與實訓考核

實踐教學質量通過考核評價衡量，合理有效地考核評價方式至關重要，仿真實訓與實操訓練相輔相成，實踐教學離不開理論支撐，所以實踐教學的考核應分多次進行仿真實訓考核、理論考核、實操訓練考核、理論考核。

三、“一中心三平臺三結合”教學新模式的構建與實踐

（一）“一中心三平臺三結合”教學新模式的構建

在實踐教學過程中，仿真實訓雖然解決了實操實訓許多難以突破的難題，贏得各大高校的青睞，但其存在的不足同樣不可忽略。筆者認為不管是利用實操訓練平臺開展實訓教學，還是利用仿真實訓教學平臺開展實訓教學，其目的都是為了鍛煉學生的實踐操作技能，而實踐操作技能并非一朝一夕便能練就，與真實的實訓項目、長久的反復訓練、必要的理論知識、有效的考核評價方式等因素密切相關。

根據廣西電力職業技術學院建筑電氣工程技術專業實踐教學存在的問題，綜合現有的實踐教學條件，結合筆者多年的實踐教學經驗，筆者構建了“一中心三平臺三結合”教學新模式。“一中心三平臺三結合”就是圍繞鍛煉學生實踐操作技能為中心，依托仿真實訓平臺、實操訓練平臺、學校的THEOL在線綜合平臺，開展理實結合、虛擬仿真與實際操作結合、線上線下結合的實踐教學，如圖1所示。

（二）“一中心三平臺三結合”教學新模式的實踐

1.選取對象

為了驗證上述教學新模式的有效性，筆者在廣西電力職業技術學院建筑電氣工程技術專業2018級的建筑設備自動化系統課程進行了改革試點。該課程采用理實一體化教學，共60個學時，其中理論教學20學時，實訓教學40學時，針對學時較少的情況，主要完成照明監控系統、中央空調監控系統的學習，其中仿真實訓24個學時，實操實訓16個學時，仿真實訓主要包括：系統認知、主要設備安裝、系統接線、系統組網調試。實操實訓主要包括系統設備安裝、接線、系統組網調試。

2.實施改革

第一階段，校企合作，更新現有樓宇智能化3D仿真軟件。一是企業根據校方教師學生使用反饋意見，結合工程建筑設備自動化系統工程實際，細化并規范了系統接線的實訓操作流程，增加了系統監控設備布置圖、監控原理圖等圖紙識讀實訓任務，縮短了系統設備安裝過程設備固定時間，更新后的仿真實訓項目更加貼近實際工程施工流程，更加符合學生學習認知規律，例如，系統接線實訓任務包含：制作IO分配表→查閱設備接線端子圖，制作I/O分配表→系統接線→通電前的系統檢測。二是教師根據企業更新后的實訓項目，在學校的THEOL在線綜合平臺建設建筑設備自動化系統的教學資源及題庫，教學資源包括實操/仿真實訓項目的操作視頻、操作流程、教學課件等，題庫包括理論知識題庫、仿真實訓相關知識題庫、實操訓練相關知識題庫。

第二階段，精心設計實訓任務單。針對2018年建筑設備自動化系統仿真實訓出現的“學習興趣不持久、實訓變成應付”等問題，2019年開課前，筆者精心設計建筑設備自動化系統仿真實訓任務單，把仿真訓練過程需要掌握的設備識別、操作步驟、操作規范、管線敷設等知識點以圖紙識讀、填空題、選擇題或簡答題等形式列出，并要求完成相關任務的模擬測試。

第三階段，改進考核評價方式。針對改革前出現的考核評價方式單一、理論與實踐脫節、考核不能反映學生真實水平等問題，改進考核評價方式：基礎知識理論考核—仿真模擬測試—仿真理論知識考核—實操考核—課程綜合理論考核，實訓考核結合理論考核，共同評定學生課程學習效果。

第四階段，實施教學。第一步：利用20個學時學習建筑設備自動化系統的基本知識，包括建筑設備自動化系統的基本概念、系統構成、組網形式、DDC的接口類型及照明監控系統、中央空調系統的安裝調試的基本組成、監控對象、監控信息點。第二步：利用24個學時開展控制系統電氣安裝檢測、照明監控系統、空調風系統及空調水系統的安裝調試的仿真實訓。學生登錄課程網站觀看相關操作視頻—根據教師下發實訓任務單認真完成實訓任務—任務單上傳課程網站—仿真模擬考試—在課程網站完成相關仿真理論測試。第三步：利用16個學時開展照明監控系統、中央空調系統的安裝調試的仿真實訓。學生登錄課程網站觀看相關操作視頻—根據教師下發實訓任務單認真完成實訓任務—教師考核評分—在課程網站完成課程理論測試。

3.實施效果

提取改革前后學生平均仿真實訓時間（以照明監控系統接線為例）、仿真考核成績、實操訓練時間（以照明監控系統接線為例）、實操考核成績、課程考核成績做比較，結果如圖2所示。

由圖可見，改革后學生平均仿真訓練的時間增加了1倍，但實操訓練的時間則減少了三分之一;仿真考核成績沒有太多的變化，但實操考核成績提高了18%，課程總體考核成績提高了50%，即改革后課程的實踐教學質量明顯增強。

仿真實訓和實操實訓各有利弊，理論知識與實踐操作相輔相成，完善的課程網站資源能為師生提供便利學習考核平臺，理論與實際結合、虛擬仿真與實際操作結合、線上與線下結合，依托仿真實訓教學、實操訓練、THEOL在線綜合三平臺開展實踐教學，能有效提升學生的實踐操作技能。

【參考文獻】

[1]陳劼人.社會媒體注意力欺騙行為研究[D].杭州：浙江工業大學，2016.

[2]周麗楠.卓越工程師背景下過控專業化工仿真實訓的探索與實踐[C].第十三屆全國高等學校過程裝備與控制工程專業教學與科研校際交流會論文集，2013.

【基金項目】廣西壯族自治區職業教育示范特色專業及實訓基地建設項目“廣西電力職業技術學院建筑電氣工程技術示范特色專業及實訓基地建設”（2017Q104）

【作者簡介】陸 茵（1978— ），女，廣西岑溪人，碩士，廣西電力職業技術學院講師，研究方向：自動化、建筑電氣工程技術。

（責編 何田田）