虛擬仿真實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)中的應(yīng)用與探索
——以“電工電子技術(shù)”課程為例＊

伍玲密，周蘇潔，鄭 偉，蘇志賢

（浙江安防職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 溫州325016）

在信息化時代到來之前，中國高校的教育主要以傳統(tǒng)的教科書教學(xué)為主，較多依賴實體設(shè)備，實驗室建設(shè)投入較大，教學(xué)內(nèi)容和實體設(shè)備更新?lián)Q代較為緩慢。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，解決了以上問題，使得教學(xué)資源朝多樣化的趨勢發(fā)展。本文從虛擬仿真實驗教學(xué)出發(fā)，以“電工電子技術(shù)”課程為例，淺析虛擬仿真實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)中的相關(guān)情況。

1 虛擬仿真實驗教學(xué)現(xiàn)狀

為了深入貫徹習(xí)總書記關(guān)于高校人才培養(yǎng)的重要講話精神及根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》和《2020 年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)工作要點》等相關(guān)要求[1]，為了深入推進現(xiàn)代信息化技術(shù)與高等教育教學(xué)的深度融合，不斷加強教育教學(xué)中資源的優(yōu)化與應(yīng)用，不斷與時俱進地探索新一代實驗教學(xué)的改革，各大高校深入開展虛擬仿真實驗教學(xué)并建立各類虛擬仿真實驗教學(xué)平臺[2]，同時積極推動線上與線下教學(xué)的融合化，兼顧個性化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)新模式，形成教學(xué)內(nèi)容布置合理、教學(xué)效果優(yōu)良、教學(xué)方式深受學(xué)生喜愛且具有開放共享特征的信息化教學(xué)新體系[3]。

經(jīng)過多年建設(shè)，虛擬仿真實驗教學(xué)模式已經(jīng)成為學(xué)生喜聞樂見的教學(xué)方式，成為教師新時代的得力教學(xué)助手，為進一步深度化提升學(xué)生實踐教學(xué)效果提供了一種嶄新的教學(xué)模式[4-6]。

2 虛擬仿真實驗教學(xué)存在的問題

虛擬仿真實驗教學(xué)在深入推進中出現(xiàn)了諸如過于依賴虛擬仿真技術(shù)，虛擬教學(xué)內(nèi)容選擇不當(dāng)，虛擬教學(xué)考核模式與現(xiàn)有考核模式有沖突，師資隊伍建設(shè)難以滿足現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展，尤其體現(xiàn)在如何提升虛擬仿真教育生命力等各類問題[7]。

3 虛擬仿真實驗教學(xué)的構(gòu)建

針對上述問題，本文主要從五大方面探索了虛擬仿真實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)中所體現(xiàn)的內(nèi)涵實質(zhì)，主要從多種角度上提升其內(nèi)涵與外聯(lián)。首先，虛擬仿真實驗的教育理念上，應(yīng)始終遵循“以學(xué)生為中心”的重大原則，該種教育方式的最終受益者為學(xué)生；其次，虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容的選擇上不僅僅體現(xiàn)在服務(wù)課程，更應(yīng)該體現(xiàn)在服務(wù)實踐教學(xué)體系；第三，虛擬仿真實驗的師資團隊建設(shè)應(yīng)體現(xiàn)出多元化特色，師資隊伍的建設(shè)更加應(yīng)該體現(xiàn)在信息技術(shù)與專業(yè)教育之間的融合；第四，虛擬仿真實驗需要將虛擬仿真教育的內(nèi)涵進行擴充，其內(nèi)涵不僅僅是體現(xiàn)在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和擴大學(xué)生的受益面，而更加應(yīng)該體現(xiàn)在虛擬仿真教育與專業(yè)教育和人才培養(yǎng)的融合，特別是體現(xiàn)在如何更好地體現(xiàn)在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中，讓這種內(nèi)涵的擴充使虛擬仿真教育的“生命力”得到提升；第五，加強對虛擬仿真實驗教學(xué)的教育以及技術(shù)管理，建立健全適用于基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的實驗成績考核指標(biāo)體系是虛擬仿真實驗教育實施的重要基礎(chǔ)。

3.1 強調(diào)教學(xué)理念必須圍繞“以學(xué)生為中心”是虛擬仿真教育實施的根本原則

采用虛擬仿真實驗教學(xué)模式進行實驗或?qū)嵺`教學(xué)，所面對的對象始終是所培養(yǎng)的學(xué)生，所教學(xué)的目的都是調(diào)動學(xué)生參與實驗或?qū)嵺`教學(xué)的積極性和主動性，最大可能地激發(fā)學(xué)生對于知識的渴求和學(xué)習(xí)的潛能。無論采用何種方式的虛擬仿真教育，其最終落腳點都應(yīng)放在如何提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果和掌握知識的程度，這是虛擬仿真實驗教學(xué)的根本建設(shè)原則。虛擬仿真教育的服務(wù)對象是學(xué)生，最大受益面也應(yīng)是面向?qū)W生。在建設(shè)虛擬仿真教育平臺時需要時刻思考學(xué)生如何學(xué)習(xí)才最便捷有效[8-9]，如何從技術(shù)的角度上保證學(xué)生端學(xué)習(xí)的流暢性和有效性，如何從基于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下思考怎樣更加良好地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和考核效果。

3.2 準(zhǔn)確且適當(dāng)?shù)匕盐战虒W(xué)內(nèi)容是虛擬仿真實驗教學(xué)良好實施的把控重點

虛擬仿真教育歸根結(jié)底還是教育，還是通過實踐教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生獲得知識。所有教學(xué)內(nèi)容的確定，一是離不開理論的支撐和鋪墊，二是離不開與行業(yè)發(fā)展和崗位需求的實踐條件的結(jié)合。以“電工電子技術(shù)”課程為例，準(zhǔn)確合適把握虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容，需以課程理論為基礎(chǔ)，以崗位需求和學(xué)生興趣為導(dǎo)向，針對學(xué)生需掌握的知識和技能進行合理分析，構(gòu)建虛擬仿真趣味實驗資源庫，如圖1 所示。

并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合當(dāng)作虛擬仿真教育的教學(xué)內(nèi)容。虛擬仿真實驗的教學(xué)內(nèi)容主要由兩大類組成：第一類是傳統(tǒng)實驗中難以實現(xiàn)，或者消耗過高，或者存在諸多危險性的實驗。重點解決真實實驗項目條件不具備或?qū)嶋H運行困難，涉及高危或極端環(huán)境，高成本、高消耗、不可逆操作、難以觀測、大型綜合訓(xùn)練等問題。此類實驗教學(xué)內(nèi)容如采用虛擬仿真教育模式則可以十分有效地規(guī)避上述問題，雖然與教學(xué)內(nèi)容實際化上還存在一定的差距，但從教學(xué)效益上充分體現(xiàn)了虛擬仿真教育的優(yōu)勢。比如在“電工電子技術(shù)”課程的實驗教學(xué)項目的選擇過程中，可將傳統(tǒng)實驗難以實現(xiàn)或危險性較高的內(nèi)容設(shè)置為虛擬仿真實驗，如表1 所示。

圖1 以崗位需求和學(xué)生興趣為導(dǎo)向的虛擬仿真實驗建設(shè)

表1 “電工電子技術(shù)”課程中可用虛擬仿真替代的傳統(tǒng)實驗舉例

第二類應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生十分感興趣的內(nèi)容以及部分教學(xué)重點或難點。學(xué)生采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式進行學(xué)習(xí)時，受監(jiān)管力度難以與課堂上的學(xué)習(xí)比量，因此需要通過一定的手段鼓勵或督促學(xué)生進行線上學(xué)習(xí)。比如在“電工電子技術(shù)”課程的實驗項目選擇上，可將電工電子技術(shù)知識點與實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用結(jié)合起來，即重點從學(xué)生興趣模式下開展，重點從問題導(dǎo)向、需求導(dǎo)向兩個角度實施，研發(fā)原理準(zhǔn)確、內(nèi)容緊湊、時長合理、難度適宜的虛擬仿真趣味實驗教學(xué)項目，并鼓勵學(xué)生進行實物制作，推動實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化，如表2 所示。

表2 “電工電子技術(shù)”虛擬仿真趣味實驗教學(xué)項目舉例

教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)性，主要體現(xiàn)在技術(shù)適當(dāng)性、共享適當(dāng)性以及交互適當(dāng)性三個方面。技術(shù)適當(dāng)性即虛擬仿真實驗教育注重通過文字、圖片、視頻等各種媒介促進教學(xué)準(zhǔn)備、線上討論、線下交流，但并不意味著所有教學(xué)內(nèi)容均通過最為復(fù)雜的多媒體技術(shù)實現(xiàn)，而是以客戶端以及網(wǎng)絡(luò)傳輸最佳的方式實現(xiàn)即可，這樣不會增加研發(fā)量以及網(wǎng)絡(luò)承載量。共享適當(dāng)性主要體現(xiàn)在學(xué)生受益人員應(yīng)體現(xiàn)在固定范圍或受限范圍內(nèi)，重點需要體現(xiàn)在考慮不同區(qū)域、不同層次、不同類型的學(xué)生接入實驗教學(xué)項目的運行需求，這主要是源于提升虛擬仿真教育的“生命力”，如實施無差別化的共享，則勢必造成網(wǎng)絡(luò)訪問量的劇增以及網(wǎng)絡(luò)安全化的嚴(yán)峻考驗，同樣對于互動化師資的要求也較高，這反過來又會限制虛擬仿真教育的發(fā)展和應(yīng)用。交互適當(dāng)性重點體現(xiàn)在在“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下的師生交流，教師不可能完全在每時每刻都能及時回答所對應(yīng)學(xué)生的各類問題；但另一方面，對于某些主觀性題目來說，并不適合設(shè)置一些自動回答或者自動批改類的程序，因此虛擬仿真教育中應(yīng)針對客觀類題目（例如判斷和選擇題）設(shè)置自動批改，而對于一些問答類等主觀題目，則應(yīng)該設(shè)置成教師來批改，同時為鼓勵更多的學(xué)生參加到虛擬仿真教育平臺中，也可以設(shè)置成部分學(xué)生成為互動教師，協(xié)助教師批改網(wǎng)絡(luò)上大量的互動內(nèi)容。

3.3 建立多元化的師資隊伍是實施虛擬仿真實驗教育的重要前提

實施一項教育教學(xué)改革必須以師資隊伍的支撐為前提，虛擬仿真實驗教育模式的改革也不例外，沒有師資隊伍的支撐，虛擬仿真實驗教育無法良好地實施。虛擬仿真實驗教育的特點決定著其師資隊伍與傳統(tǒng)實驗教學(xué)師資隊伍有著差異化，其具體體現(xiàn)為師資隊伍構(gòu)成多元化。不僅有傳統(tǒng)授課教師，還應(yīng)有虛擬仿真軟件工程師、網(wǎng)絡(luò)工程師等，其目的是最優(yōu)化地服務(wù)于這種基于軟件和網(wǎng)絡(luò)的教育。傳統(tǒng)教育模式中，絕大部分是由教師作為主體，其他類人員很少參與，原因在于教育的實施更多的是基于教師的工作量，而虛擬仿真實驗教育的實施，不僅僅是教育內(nèi)容的推廣，還包括了教學(xué)內(nèi)容的虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化等，使得這種教育方式的推廣成為一種復(fù)合體，這就決定著師資隊伍的構(gòu)成不再局限于專任教師。授課教師重點負(fù)責(zé)教學(xué)內(nèi)容的篩選以及教案的制作，軟件工程師重點突破教學(xué)內(nèi)容的虛擬化實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)工程師重點實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、師生互動以及三維展示的網(wǎng)絡(luò)化。

建立健全完善虛擬仿真實驗教學(xué)隊伍還包括考核、獎勵師資團隊，建立恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)督機制，鼓勵和支持團隊教師積極采用虛擬仿真實驗教學(xué)軟件或平臺進行項目研發(fā)和教學(xué)實踐。

3.4 虛擬仿真實驗教育突出示范作用是其發(fā)展的最終方向

虛擬仿真實驗教育的示范作用，傳統(tǒng)方面來說主要指擴大學(xué)生受益面，加深教學(xué)內(nèi)容的仿真化，擴大網(wǎng)絡(luò)試用范圍，這也突出體現(xiàn)了虛擬仿真實驗教育的示范作用，其最終目標(biāo)是要讓更多學(xué)生受益，最終進一步提升教學(xué)效果。但深一步挖掘發(fā)現(xiàn)，虛擬仿真實驗教育的示范作用還應(yīng)朝向教師和學(xué)生兩大類。對于教師，這種示范作用體現(xiàn)在虛擬仿真實驗教育與教師的教學(xué)和教改進行融合，讓更加良好的教學(xué)內(nèi)容或教改成果通過虛擬仿真的模式展現(xiàn)出來，而不簡單是教師抽屜里的“成果”。當(dāng)然，這種結(jié)合也體現(xiàn)在了與教師科研成果的融合，傳統(tǒng)方式下教師科研成果更多的是在政府類網(wǎng)站或者科技成果轉(zhuǎn)化類網(wǎng)站上的體現(xiàn)，而此類網(wǎng)站學(xué)生訪問率較低，但通過虛擬仿真實驗教育模式將教師科研成果進行展現(xiàn)，最大化地方便學(xué)生了解教師的科研方向，掌握科研動態(tài)，吸引學(xué)生參與到教師科研創(chuàng)作中，推動學(xué)生雙創(chuàng)活動的開展。針對學(xué)生的示范作用，則重點體現(xiàn)在學(xué)生訪問人數(shù)以及層次的擴張，體現(xiàn)在參與到虛擬仿真實驗教育建設(shè)中的學(xué)生數(shù)越來越多。

總體來說，虛擬仿真實驗教育的示范作用狹義上是在各個方面擴大學(xué)生的受益面和受益層次，廣義上講則重點在于與在線課程、翻轉(zhuǎn)課堂、慕課以及多種先進教育方式的融合[10-12]，與教師科研進行融合，讓虛擬仿真實驗教育不僅僅是在傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的仿真化上發(fā)揮影響，更重要的是在多種先進的教學(xué)模式下體現(xiàn)其優(yōu)越的教學(xué)輔助作用。通過虛擬仿真實驗教育中的信息化建設(shè)以及專業(yè)教育的融合，最大限度地提升虛擬仿真教育的示范引領(lǐng)作用，最大限度地服務(wù)于教師科研，服務(wù)于社會，形成教育、科研、社會等三者之間的生態(tài)化互補，才能讓虛擬仿真教育的示范性突出顯示。

3.5 建立具有虛擬仿真實驗教育特色的評價系統(tǒng)是其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點

虛擬仿真實驗教育的推廣以及大范圍實施，就必須有恰當(dāng)?shù)膸熒u價機制，后續(xù)建設(shè)根據(jù)評價結(jié)果進行完善，才能保證該種教育方式的生命力。傳統(tǒng)教學(xué)方式下的師生評價模式在虛擬仿真實驗教育模式下，某些部分顯得適用性不足。例如部分教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)從傳統(tǒng)課堂搬到網(wǎng)上，教學(xué)模式已經(jīng)由教師們的“百花齊放”演變成網(wǎng)絡(luò)單一模式，因此對于教師的評價不免受到軟件操作以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響，即在某些程度上學(xué)生評價教師變成了學(xué)生評價軟件或網(wǎng)絡(luò)平臺，例如學(xué)生通過微視頻模式學(xué)習(xí)時，視頻中的教師教育方式“千篇一律”，不會因為自己是具體哪個班級而改變，即出現(xiàn)教師教學(xué)單一化。同樣教師在評價學(xué)生時，也出現(xiàn)了不適應(yīng)性，例如傳統(tǒng)課堂上評價學(xué)生對實驗教學(xué)內(nèi)容的預(yù)習(xí)效果可通過課堂提問實現(xiàn)，虛擬仿真模式下雖可通過軟件進行批量批改，第一時間獲取學(xué)生預(yù)習(xí)效果的大數(shù)據(jù)，但與學(xué)生一對一的交流不如傳統(tǒng)課堂高效直觀。

4 結(jié)束語

正如上述所言，傳統(tǒng)教學(xué)模式下的評價系統(tǒng)在使用虛擬仿真實驗教育手段后顯出一定的不適應(yīng)性，因此迫切需要建立能適應(yīng)虛擬仿真實驗教育模式下的評價系統(tǒng)，該特色下的評價系統(tǒng)的建立與完善必將成為虛擬仿真教育模式在人才培養(yǎng)中最大化發(fā)揮其作用的關(guān)鍵節(jié)點。對于虛擬仿真實驗教育的評價，需要體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件展示、操作適應(yīng)性、教學(xué)內(nèi)容以及互動交流等方面的評價，同時還應(yīng)注重對于學(xué)生在虛擬仿真實驗過程中的個性化操作的記錄，方便教師了解和掌握學(xué)生知識掌握的具體情況。