虛擬仿真技術與教學相結合的課程培養探索

楊志東 陳書錦 方臣富

摘? 要：本文以焊接技術與工程專業為例，針對其專業課理論與實踐結合緊密的特點，根據學生理論知識與實際工程相結合的要求，探討培養學生對知識的掌握和具體工程應用能力的路徑。針對學生無法直觀與實際應用場景相結合、對實際現場缺乏了解以及專業知識無法快速運用等問題，本文提出虛擬仿真實驗與專業課程相結合的策略，以增強學生對應用場景的了解，讓學生將所學專業知識與現場實際應用相結合，通過案例進行實際操作，優化課程教學方法。

關鍵詞：虛擬仿真技術;工程應用;培養方法

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2020）44-0057-03

焊接技術是工業生產和國民制造中必不可少的環節，廣泛應用于航空、航天、造船、鋼結構、軌道車輛和汽車等各個行業，需求量大，工程化應用顯著，而且尤其注重理論與生產密切結合。焊接專業具有實際操作要求強、授課內容難以理解，較難將理論知識與工程實踐相結合等特點。學者們在授課過程中發現，本科生對工程實際場景的理解薄弱，缺乏一線工作經驗，難以將課堂所講的理論知識與實際場景相結合，在短時間內難以轉化為與工程相結合 [1-2]。如何在短時間內讓學生快速地將自己所學與工程相對應，并激發他們的聽課興趣，是目前焊接專業課面臨的突出問題 [3-4]。

船舶與海洋工程焊接導論作為焊接專業學生的通識教育課，對學生加強對專業知識的理解和興趣具有重要作用。沒有船舶、海洋工程及焊接專業基礎知識，如何將三方面知識合理結合？針對這一問題，本文提出將虛擬仿真的課程與學生無專業基礎和無工程經驗基礎相聯系起來，讓學生能夠直觀、快速地理解，提升理論聯系實際能力，為學生從零基礎向專業理論與工程背景相結合打下基礎 [5]。

一、工程技術綜合應用型人才教學的必要性

（一）工程應用型人才培養的迫切需求

在與多家船舶與海工企業的溝通過程中發現，學生畢業后到工廠工作時，難以快速將所學理論知識和工程應用相融合，需要廠方安排大量時間進行現場實習才能夠熟悉現場的具體需求，如何快速將學生所學和工廠現場融合，是用人單位迫切需要解決的問題。近年來，隨著船舶與海工制造在高附加值產品中的拓展，更加注重生產與理論相融合來切實提高制造效率和焊接質量，對理論與生產實踐相結合的工程應用型人才需求尤為迫切，因此，在課程教學中進一步加強工程實際應用與理論結合也顯得尤為重要。

（二）焊接專業理論課教學過程中的突出問題

1. 工程應用背景缺乏，理解難度大

焊接技術與工程專業具有焊接方法多、專業性強、實踐能力強和應用場景廣等特點，由于課堂教學內容較多，綜合了多學科的特點，難以保證理論學習和特定工程應用背景相結合。在課堂學習過程中理論知識專業性強，且沒有現場實際經驗，學生很容易在學習過程中產生畏難情緒，難以提高學習積極性。同時老師面臨教學開展困難、學生理解難度大的問題，學生在畢業后短時間內難以滿足用人單位的需求。

2. 專業工程應用性強，學生缺乏實際經驗

大多學校以培養學生的專業理論知識為主，在實際工程應用方面較為薄弱，缺乏分析工程背景下的焊接問題的能力。基于上述焊接技術與工程學習過程的突出問題，必須進行課程的優化改革，優化專業課教學，解決學生缺乏工程應用背景、理解難度大等問題，能有效提高學生的主動性、積極性以及參與性，在工程案例的分析過程中，結合理論知識切實提高學生分析和解決問題的能力。

二、虛擬仿真技術與教學相結合的思考

職業教育以崗位需求和職業能力為本位，突出實踐技能的訓練。目前很多學校都購置了大量設備，但仍不能滿足實訓教學的需要，教學僅停留在理論層面，學生從理論學習轉入實際操作缺少中間過渡環節，實訓教學存在“高投入、高危險、難實施、難觀摩”等多種問題。而虛擬仿真技術是利用計算機來模仿真實工作環境和工作過程的技術，可以有效地解決上述問題，是值得提倡和推廣的教學方法。

（一）理論教學與工程虛擬仿真有機結合

工程應用背景在專業課學習中具有重要意義，如何將工程應用背景更加直觀、清晰地呈現給學生有較大的實施難度。通過虛擬仿真將焊接工程應用背景與理論課程教學相結合，可以將場景生動形象地展示給學生，讓學生快速掌握實踐工作應用場景。在此過程中，不僅可以將復雜的工程應用場景更清晰地描述出來，還能增加對場景的其他知識拓展，使學生在學習過程中，明確自己所學的每個環節與實際工程場景應用之間的關聯性。

（二）以應用場景為主線，多知識點耦合

由于學生對實際工程應用場景知識的缺乏，專業課基本是填鴨式教學，在專業課程開始時，學生專業知識薄弱，難以快速掌握純理論教學知識。以應用場景為主線，將知識點圍繞應用場景、使用環境、技術要求以及實際的工程需求進行耦合，有意識地把理論知識嵌入其中，使抽象的理論和應用背景快速融合，不僅可以提高課程的聽課和授課效率，還會為學生在后續的專業課學習、認識實習和生產實習中將知識快速耦合打下基礎。

（三）課堂教學與虛擬仿真相結合，增強工程實踐性

針對焊接技術與工程專業人才培養目標，在做好理論教學的前提下，必須將理論知識與工程實踐相結合。將虛擬的場景應用到課堂中，可以實現理論知識點和工程實踐的融合，尤其適用于才開始學習的學生。既拓展了學生的專業知識面，即了解實際生產制造時的工程結構、現場實際情況和整個制造環節的過程，還可激發學生探索更多新知識，形成較好的學習氛圍和興趣，同時使學生對專業能夠有直觀的認識，改善教學效果，提高學生學習效率。

（四）開展項目化虛擬仿真實踐驗證，縮短理論與工程距離

在構建虛擬仿真平臺時，應針對教學內容，以多個工程背景項目形式加入課后練習中，與實際工程應用需求相結合，著重對知識的綜合應用，并開展項目化虛擬仿真實踐驗證。通過虛擬實驗操作與專業理論知識共同配合開展教學，能增強學生對工程應用的參與度，培養學生的動手能力，實現線上虛擬仿真與線下的理論學習相融合，能縮短理論教學與工程實際應用的距離，為培養具有豐富工程應用經驗的學生奠定基礎。與純理論教學相比，該教學可以加深學生對課程內容的印象，讓學生在實際操作過程中看到參數的變化和焊接過程，讓學生對焊接知識及其應用具有新的認識，提升學生對理論課的興趣。在參與過程中，學生也能發現自己的薄弱點，一方面可以通過對理論知識的回顧明確自己的難點，使被動變為主動;另一方面，學生還能通過文獻或案例去探索新知識，可以有效縮短焊接理論學習與實際工程之間的距離。

（五）以虛擬仿真作為理論與工程的紐帶，激發學生主動思考

在專業知識授課過程中，結合虛擬操作，能提高學生的參與程度，在操作過程中聯系前后知識，對知識點進行回顧和總結，并引發學生對重難點的主動思考。結合虛擬操作可以改變學生被動接受理論知識的困境，改善其對專業知識的抽象理解，從而圍繞這些專業場景和實際案例積極探索其他專業知識，豐富學生的知識儲備，也能讓他們體會到專業知識的實際應用價值，也能讓學生在今后的學習或科研中主動思考，幫助其在今后就業過程中，將自身所學充分應用到實際工作中。

三、結語

焊接是國家制造的基礎，其專業知識教學工作對科研、船舶海洋工程的發展、人才的培養和實際工程應用具有重要作用。將虛擬場景、實際應用背景和理論知識三方面相結合，可以提高學生對專業知識和專業背景的認知。針對專業授課難度大，難以將理論知識與工程實踐相結合等問題，可以將虛擬仿真與實際相結合進行授課，讓學生在虛擬環境中提升對專業場景的認識，激發學生的學習興趣，改善理論知識與工程之間的距離，引發學生積極主動思考，從而實現理論知識與實際應用相聯系的轉變。

參考文獻：

[1] 劉文斐. 基于虛擬仿真的“數字信號處理”課程教學改革探索與實踐[J]. 齊魯師范學院學報，2019，034（01）：34-41.

[2] 肖潔，洪連環，方平. 基于Proteus仿真的《微機原理及應用》實驗教學改革與實踐[J]. 軟件，2019，40（02）：65-68.

[3] 單丹，王寧海. “雙一流”背景下跨學科課程建設與教學模式初探[J]. 現代職業教育，2018（35）：68.

[4] 王淑青，雷桂斌，楊婧靈. 虛擬仿真實驗在海洋儀器使用與維護課堂教學中的應用[J]. 大學教育，2020（02）：84-86.

[5] 余建平，付佳. 虛擬仿真與傳統實驗教學的結合[J]. 新教育時代電子雜志（教師版），2016，000（32）：18-19.

（薦稿人：石銘霄，江蘇科技大學副教授）

（責任編輯：胡甜甜）