虛擬仿真技術在“課堂革命”中的應用研究

梅容芳 屈珣 陳陽 康書雅

摘要：為適應新時代、新發展帶來的新要求，高職院校的各個專業需要根據行業、產業的變化確定新的目標，完成新的任務，主動解決自身發展不平衡、不充分等主要矛盾，加快實施新課程建設，通過加強實踐導向，培養學生的職業能力；通過開發育人功能，展示類型教育的特點；通過實施“課堂革命”，以學生為中心，發揮人才培養的主渠道，開展多樣化、個性化的課程教學，培養德技兼修的復合型技術技能人才。虛擬仿真技術作為很多高職學校推行“課堂革命”的重要手段，扮演著越來越重要的角色。

關鍵詞：虛擬仿真；教學；課堂革命

本論文是宜賓職業技術學院院級科研項目《通信技術虛擬仿真實訓室建設方案研究與設計》的課題成果。

一、采用虛擬仿真技術的必要性

當前，職業教育作為一種類型教育，面臨著實訓設備跟新慢、操作風險高、危險系數大、實踐教學模式滯后等諸多問題，要想迅速推進“課堂革命”，實現教學創新，提升教學成效，可以充分利用好虛擬仿真技術這個工具。

虛擬仿真技術教學方式是一種通過教師引導、師生互動、學生探究以及虛實相輔的實踐教學方式，主要是通過計算機多媒體虛擬現實的方式來模擬工作場景，充分發揮多媒體、人工智能、數據庫以及互聯網等信息技術的優勢，提供在線的虛擬仿真環境和交互式體驗的教學服務，解決高職學校實訓成本高、實訓方式機械、實訓內容單調、實訓缺乏系統性、實訓設備更新速度快等問題，通過將實訓設備虛擬化，使教育資源便利化和可持續化。

通過虛擬仿真實訓教學平臺，可以方便教師和學生之間進行互動。老師可以根據教學內容設計和發布虛擬仿真實訓項目和任務，學生可以根據自己的時間預約和在規定時間內完成實訓任務，大大激發了學生自主學習的興趣，調動了學生的積極性和主動性，培養了學生的社會責任感。此外，教師可以對不同層次學生的操作步驟和過程進行實時的評分和針對性指導，并在此基礎上進行信息統計分析，以便于優化實訓內容、改進實訓教學方法、更新考核機制，使實訓教學從原來的驗證型向設計型、綜合型、研究創新型方向發展。

二、虛擬仿真技術的實現過程

以軌道交通類課程為例，在教學中，經常需要對“行車事故再現與分析、列車運營場景切換、列車不同速度等級下的無線信道變換等”現象進行實訓操作，倘若要通過真實設備來訓練存在很大的困難和挑戰，一是這類設備成本高、占地大，沒有辦法在有限的實驗空間和經費條件下，購買和存放多臺套同類實驗教學設備；二是如果采用單臺套多輪次開展實驗，又無法滿足大范圍、多人次、同時段的實訓教學要求。

因此，虛擬仿真技術在教學中運用，主要是通過VR技術在模擬實際設備的同時，去觀察和模擬設備的內部結構，仿真現有設備無法安全實驗或再現的場景，通過設備認知、原理學習、數據交互、故障排除等多個實訓環節，讓教師和學生通過VR頭盔、手柄等載體，模塊化地觀察和操作設備，克服訓練時間緊張、場地緊、成本高和易損壞等限制，學生可以大膽操作結構復雜、危險性系數高的設備，以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互，最大限度地貼近實際操作，大大提高了互動性與參與性，提升了訓練操作能力和處理實際問題的能力。

三、基于虛擬仿真的“課堂革命”

1.虛擬仿真在在線開放教學中的應用

今年，由于疫情的原因，催生了很多在線教學平臺和工具，它作為一種新型教學模式，通過與虛擬仿真教學相結合，解決了學生無法到實訓場地進行線下操作的難題；另一方面推動了教育教學與現代信息技術的深度融合，推進了職業教育在教學理念、教學模式和教學方法等方面的變革，促進了教與學的創新。以騰訊課堂、釘釘、雨課堂等在線開放平臺為例，它們作為“互聯網+教育”的產物，是推進“課堂革命”，改革與創新教學方法和教學手段，實現職業教育高質量發展、特別是人才培養質量“變軌超車”的關鍵一招，要積極探索線上線下教學相結合、虛擬仿真與在線開放教學相結合的個性化、智能化、泛在化實訓教學新模式，努力提高課程的信息化水平和教學質量，培養更多的創新人才。

2.虛擬仿真技術在智慧課堂中的應用

在智慧課堂中應用虛擬仿真教學軟件，基于“以學生為中心”，滿足管理員、老師、學生的多方面使用要求，可以改善理論教學和實訓操作的效果。以通信技術類課程為例，通信系統中傳輸的信號是抽象、看不見、摸不著且隨機的，現網中的真實設備至少上百萬，但通過應用虛擬仿真技術，將信號和流程開放出來，一切變得直觀，這對于學生而言，知識變得可及且可控，大大增加了學生學習的興趣，提升了學生學習的成效。

在智慧課堂中應用虛擬仿真教學軟件，可以改變學生的學習方式，使隨時、隨地地高效學習成為可能，有助于滿足智慧課堂的教學需要。利用虛擬仿真實訓操作平臺，可以以學生個人或團隊合作的方式開展課題設計及技能競賽，自主選擇學習周期，按不同學習進度反復學習，完成學習內容；還可以使學生從以往固定時間做固定實訓的情形，轉換為利用網絡平臺隨時、隨地自主開展多種多樣的實訓項目，平臺將實時記錄學生的不同學習情況，供教師對學生的學習效果作出評價，滿足智慧課程教學需要。

同時，在各個課程網站及終端，教師提前發放項目準備單、項目行動單和項目評估單、實習操作指導書等相關教學材料，供學生提前熟悉與了解每一個項目的目標和任務；此外，通過采用虛擬仿真實訓的模式，開設獨立的實訓課程或操作環節，實時更新相關教學視頻及材料，使學生可以在任何時間自由進入平臺學習及提問，解決各種問題，提升實踐教學的重要性，提高學生的實踐操作能力。

綜上所述，虛擬仿真技術在教育領域具有廣泛應用，是教育信息化的重要組成部分。本文以軌道交通類課程和通信技術類課程為例，圍繞如何充分發揮虛擬仿真技術的優勢，提高課程的信息化水平和教學質量，積極探索了基于虛擬仿真技術的“課堂革命”思路、方法和應用，為創新人才培養奠定了堅實的基礎。

參考文獻

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