開放式虛擬仿真實驗室在高職實踐教學中的應用探究

李倩，張寧仙，李文昌

開放式虛擬仿真實驗室在高職實踐教學中的應用探究

李倩，張寧仙，李文昌

（渭南職業(yè)技術學院，陜西 渭南 710004）

隨著虛擬仿真技術的發(fā)展和普及，高職院校紛紛利用虛擬仿真技術輔助高職教學，解決了實驗、實訓設備短缺的問題，同時也加強了學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

虛擬仿真；實踐教學；實驗室；實訓設備

1 虛擬仿真技術發(fā)展概述

多媒體、仿真技術、虛擬現實等科技的迅速發(fā)展，ARVR成為熱門詞匯，因此，將仿真技術與虛擬現實技術相結合形成了一種更高級的仿真技術。習主席在主旨演講中也明確指出：“虛擬現實等新經濟日新月異，虛擬經濟與實體經濟的結合，將給人們的生產方式和生活方式帶來革命性變化。”同一周內，國家發(fā)改委更是提出專項建設虛擬仿真技術國家工程實驗室。我們能夠明確看出虛擬仿真技術的推動和應用，將會逐步深入到經濟、文化、行業(yè)，甚至生活的每一個領域。虛擬仿真實驗室本質是一個平臺，它為使用者提供一種特別的、分布式的解決問題環(huán)境。它的理論基礎是計算機虛擬原型，并在此基礎之上用全新的手段和形式進行設計研究，創(chuàng)造出一個能交互的虛擬環(huán)境，這就是虛擬仿真實驗室。近幾年來，隨著虛擬仿真實驗技術的日漸成熟和日益廣泛的應用，在教育領域，虛擬仿真實驗室的應用也越來越廣泛，在高校的科研工作、實驗實踐教學方面都具有很多優(yōu)點，比如利用率比較高、容易維護等。近年來，根據自身的科研發(fā)展和教學需求，國內的很多高校也都建立了自己的虛擬仿真實驗室。

2 傳統(tǒng)實踐教學中存在的不足

高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標即是培養(yǎng)一大批“高素質、技能型的人才”，主要強調知識的實際應用。而實踐實訓教學是職業(yè)教育教學過程的重要環(huán)節(jié)，對高等職教育來講，實踐實訓教學質量的高低，在很大程度上決定了學生的實踐能力和職業(yè)能力。

隨著教學改革的發(fā)展，職業(yè)教育中逐漸以項目教學”“理實”一體化等教學模式替代了之前的教師主講學生主聽的傳統(tǒng)的教學模式。在這幾種新的教學模式下，一般采用兩種技能訓練方式：第一種是實驗箱提供幾個固定的實驗，學生只需要做的就是按圖和實驗指導連好線，然后輸入固定程序即可完成，學生的動手機會較少，無法真正地參與實驗中，領會精髓；第二種則是制作部分實驗或實物，進行安裝、試驗、調試等，極大地提高了學生的動手操作能力，但在實際的操作過程中受到設備的數量和品種等方面的限制，并且耗時大，占用課時多，耗材消耗量也大，成本較高。在高職教學中，動手能力的培養(yǎng)是關鍵。但很多實訓設備的采購花費往往少則幾千幾萬，多則幾十上百萬，對學校和地方財政來說壓力較大，在一些經濟稍欠發(fā)達地區(qū)，實訓設備由于資金限制而無法投入教學中或投入有限，以至于教學效果大打折扣，學生的動手能力無法得到訓練和提高。

3 開放式虛擬仿真實驗室在實踐教學中的應用現狀

隨著虛擬仿真技術的不斷發(fā)展，開放式虛擬世界慢慢成熟起來，國內外的很多研究機構也更關注虛擬仿真技術在教育領域的研究和應用。很多公開運營的虛擬仿真技術通過一臺可以聯網的電腦就可以提供多樣性和動態(tài)性的感觀體驗，大多數的虛擬仿真技術都集成了基于文本和音頻的即時通訊功能，用戶的交流更方便，開展了各層次的教育研究項目。

目前，國外虛擬仿真實驗室建設有名的有麻省理工學院的微電子在線實驗室和休斯頓大學的虛擬物理實驗室，喬治梅森大學的動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時虛擬系統(tǒng)以及北卡羅來納大學的虛擬物理實驗室LAAP。在國內，也出現了很多優(yōu)秀的開放式虛擬仿真技術的教育支持系統(tǒng)。很多大學和研究機構也紛紛利用虛擬仿真技術建立起虛擬的場景進行相關領域的教學與研究。中國科技大學開發(fā)出了基于虛擬仿真的教學儀器系統(tǒng)——用虛擬仿真技術進行幾何光學實驗平臺的開發(fā)，北京潤尼爾網絡科技有限公司以北京郵電大學強大的網絡、通訊、電子三門學科為基礎，為了解決高校越來越緊張的實驗設備、實驗場地等實驗教學的問題，由北京郵電大學網絡教育技術研究所組織精英力量，經過研究，開發(fā)出配套的可在校園網絡上開展的虛擬實驗系統(tǒng)。

虛擬仿真實驗室和這些具體的實訓設備相比價格更低，更容易實現，所以近年來很多高職院校紛紛利用虛擬仿真技術輔助高職教學，可以解決實驗、實訓設備短缺的問題。虛擬仿真實驗室雖然開發(fā)成本略高，但真正運用起來成本偏低，基于VR在可視化方面的優(yōu)勢和可以交互的虛擬物體的功能，虛擬仿真技術減少了部分實際實驗中的耗材，極大降低了在實踐實訓過程中的成本。

但是，目前大多數高職院校的虛擬仿真實驗室的建設依托專業(yè)的軟件公司設計維護，多偏重在網絡上軟、硬件資源的共享，而忽略了實驗內容本身；另一方面，虛擬實驗資源的建設過程中缺乏規(guī)范化，很多高校的教研室、教師具有很好的教學資源，卻只在自己的平臺上使用，高職院校之間的共享機制還不完善成熟，造成資源的極大浪費。

4 開放式虛擬仿真實驗平臺與傳統(tǒng)實踐教學的對比

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》以及《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》等文件精神為指導，基于建構主義學習理論，按照高等職業(yè)教育工學結合課程改革的基本要求，以就業(yè)為導向，以培養(yǎng)高等技術應用性專門人才為根本任務，以適應社會需要為目標，以培養(yǎng)技術應用能力為主線來實施。

本次實驗以我校汽車檢測與維修專業(yè)的學生為實踐應用研究對象，結合汽車仿真實訓室的條件，根據高職院校學生特點以及專業(yè)特點，現將虛擬仿真實驗室在實踐教學中的作用與傳統(tǒng)實踐教學對比，以及整個專業(yè)在今后的教學中的設想總結如下：①打破了傳統(tǒng)教學模式的局限，構建虛擬仿真實踐教學的新模式。在傳統(tǒng)的教學過程中，實驗實訓和課堂理論兩種教學相輔相成，實驗實訓教學主要對該課程的理論進行科學驗證或是展開演繹，從而使學生加深對理論認識的理解，同時達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和科學嚴謹作風的目的。在傳統(tǒng)實驗實訓中，既耗時耗力又耗材，由于受資金、時間、地點等的束縛，學生無法多次實驗以達到熟練的效果。虛擬仿真技術彌補了這方面的不足，學生可以不用再受時間地點的限制去進行實驗實訓，也可以反復進行，熟悉實驗過程，進一步提升學生的學習興趣，主動探索精神，在這個過程中，教師可以引導學生對所做實驗進行數值模擬研究，學生主動進行擴展研究。在今后的教學中，針對不同的專業(yè)課程，制訂出不同的具體教學方案，逐步應用在以后的教學實踐中，探索出虛擬仿真實驗室在專業(yè)課程中的最佳應用辦法。②虛擬仿真實驗平臺加強了學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在傳統(tǒng)的實驗實訓教學過程中，大多都以驗證性為主，實驗實訓的內容比較單一，學生沒有思考環(huán)節(jié)，只需要按照實驗的步驟完成，在整個實驗實訓過程中，學生的自我設計能力和創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)。虛擬仿真實驗條件下，各種設計性實驗內容可以靈活增加，學生可以根據實驗實訓要求，獨立設計方案，檢測結果，實時進行分析。因此，虛擬仿真實驗不僅能鍛煉學生的動手能力，更鍛煉了學生的獨立思考和設計能力，更有利于培養(yǎng)出社會需要的具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。③以學習者特征和企業(yè)人才需求為基礎，構建適合企業(yè)需求的虛擬教學環(huán)境推進教學改革。在前期通過問卷調查和訪談的方式對學生的學情、學習需求進行了認真細致的調查、分析，更加深入地了解了學生的學習基礎、年齡特征和學習需求。高職學生的學習基礎較差，高中期間的學習基礎差、學習習慣不好成為了他們在大學期間聽不懂、學不會的原因；學生存在“及格萬歲”的心理，他們來到大學就是混日子等著拿畢業(yè)證，戀愛、玩游戲、睡覺成為生活中的主要事項，沒有明確的學習目標，沒有清晰的發(fā)展定位；學生的主動學習能力比較差，應試教育模式使他們習慣被動接受知識，習慣了教師在課堂上主要講授、學生聽、記筆記的死板的教學方式，習慣于臨陣磨刀、死記硬背的方式；對學習沒有興趣，目前的學生基本都是00后，他們身上有著明顯的時代特點，朝氣蓬勃，對新鮮東西和事物充滿好奇，興趣較大而且接受能力較強。基于以上高職學生的特點，教師在在組織教學內容、開展教學活動時，帶入本專業(yè)的行業(yè)最新技術、來自一線的工程案例和企業(yè)真正需求，借助于虛擬仿真實驗平臺，構建出接近現實工作場景的教學情境，充分發(fā)揮學生的主體作用，引導學生自主探究，提高課堂教學的效果。④開放式虛擬實驗平臺對學生自主學習能力和學習興趣的培養(yǎng)。學生如果僅掌握理論知識，而無法應用于實踐，則無法滿足今后的工作需求。開放式虛擬實驗平臺為學生進行實踐操作和創(chuàng)新提供了極大的便利和可能，提高了學生的自主學習能力；通過指導教師的引導來增強學生的學習興趣。愛因斯坦曾經說過：“興趣是最好的教師。”學生對知識有了興趣才會主動地去探索、去求知、去學習。在開放式虛擬實驗平臺上，學生可以根據自己的需求自主選擇適合自己的學習資源和學習進度，調動學生的學習積極性，和傳統(tǒng)的教學模式相比，更有利于達到實驗實訓的目的。

5 結語

虛擬仿真技術的高效率、低成本、豐富的內容、良好的互動、多樣式的情境等優(yōu)勢被越來越多地應用和推廣，但由于學生的自主學習自我約束力還較差，放任學生自己去實踐顯然不切合實際，所以，需要教師精心設計課程內容，引導學生一步步去學習，將“項目教學”“理實”一體化和虛擬仿真教學的方法結合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，從而達到更好的教學效果。

［1］李元媛.高職院校虛擬仿真實驗教學模式的探討［J］.教育觀察，2017（22）：89-90.

［2］杜玉寶，孫淑強，亓文濤.虛擬仿真實驗教學信息化平臺的建設與思考［J］.中國現代教育裝備，2016（9）：26-28.

［3］李林，陳宇峰，李鳳霞.開放式虛擬實驗教學平臺研究與實踐［J］.技術在線，2017（10）：33-34，39.

［4］詹春娥.開放式計算機基礎虛擬仿真實驗室研究［J］.無線互聯科技，2019（12）：116-117.

2095－6835（2020）24－0153－02

G434

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.058

李倩（1981—），女，陜西咸陽人，研究生，教師，講師，研究方向為計算機應用基礎教學。

〔編輯：張思楠〕