“虛擬仿真”背景下多維度實驗課程的建設方法研究

弓 馨 徐 婷 張麗英

（長春人文學院理工學院 吉林·長春 130117）

0 引言

課程建設是提高教學水平和人才培養質量的重要保證，而實驗、實訓課程的建設對于工科學生的實踐能力提高更是重中之重。加強高校實踐環節建設是培養能為本地區經濟發展服務、創新能力強、實踐能力強的應用技術型人才的最有效途徑。虛擬仿真技術可以讓學生在交互、開放、共享的虛擬環境中進行實驗、實訓，將虛擬仿真技術應用于實踐環節的教學中，不僅順應了現今高等教育信息化的發展趨勢，也符合汽車專業實踐教學改革的實際需要。建立多層次、立體化、虛實結合的實驗教學，是培養汽車產業轉型發展時期創新應用型人才的重要保障。

本文的研究旨在建立以“虛擬仿真”為基礎的多維度實驗課程方案。擬采用傳統實驗設備實操教學手段與現代虛擬仿真教學手段相融合，學生自主討論、操作與教師講解、答疑相結合，課內實踐與校外實踐相結合的方法，建立多維度的實驗教學體系。該方法基于我校應用型本科的辦學定位，以就業為導向，按照企業需求的專業能力，不斷提高學生的動手實踐能力和創新應用能力，同時也為社會和企業培養懂技術、擅實操的應用技術型專業人才。

1 虛擬仿真實驗

傳統的線下實驗教學有著不可替代的優勢和地位，仍然是現今實驗教學的主體形式。然而，線下實驗教學在時間、空間、設備、安全性等方面的現實局限，使很多新型實驗技術和內容難以引入到實驗教學中。虛擬仿真技術為解決以上難題提供了有效途徑，實現了虛擬現實模擬、多媒體交叉、人機互動的高度融合，對實驗教學形式的拓展和質量提升起到了強有力的推動作用。基于虛擬仿真的實驗在以下三方面教學效果可以實現明顯的改進：

（1）提高學生參與度：傳統實車實驗由于設備價格高、占用場地大等問題，教學過程中，往往會出現4-5個人甚至更多人圍繞在一臺設備前進行實驗的情況，通過每人一臺電腦先進行虛擬仿真操作，再到實操對比，可明顯改善傳統教學方式的不足。

（2）效率高：傳統實車實驗過程中可能會由于學生對實驗內容不熟悉、對工具使用不當等原因，造成對實驗設備的損壞，從而導致實驗中斷。利用虛擬仿真設備進行實驗時，有效規避了傳統時間中由于人為原因導致無法正常實驗的問題。

（3）學習不受時間、空間的限制：通過開設網絡課堂，解決傳統實驗課程定時、定場地進行的限制。學生對某些內容理解的不夠深刻或者對某些工具使用及拆裝方法不夠熟練，可以在課下利用網絡平臺進行學習，提升學習效果。

然而，如何能將虛擬仿真技術與專業能力的培養更為有機的融合，真正做到“以虛補實、虛實結合”，并為高校的實驗課程建設解決實際問題還需要進一步的探索與實踐。

2 多維度實驗教學模式

本項目擬采用的實驗課程建設方法如圖1所示。

圖1：多維度實驗教學方案

（1）教學流程：整體教學流程從傳統的課堂教學向課下的學生自主學習延伸，不僅包含了課前的自主預習、課堂的集中學習還有課后的自主學習內容。教學方法上采用教師講解、虛擬仿真、硬件在環實驗平臺和實車實驗相結合的方式。教師通過虛擬結構展示臺結合實車進行講解，學生利用虛擬拆裝車+VR實驗系統進行獨立實驗，最終通過硬件在環實驗平臺或者實車進行集體實驗。實驗設備采用了目前最為先進的VR虛擬仿真試驗相關設備，這種實驗方案即可保證學生操作安全性，又可以隨時進行實驗，節約成本、降低消耗又便于管理。

（2）評價方式：采用20%教師提問+60%實驗過程表現（仿真實驗+實操實驗）+20%實驗報告的加權評定方式。這種評價方式既能考查學生對于理論知識的掌握情況，又能考查學生對知識的應用能力，并且通過每名同學的仿真實驗在線考核中也能解決傳統實驗中“渾水摸魚、大幫混”等現象。

3 新能源汽車實驗課程建設分析

本文就新能源汽車實驗課程建設進行闡述，通過該應用實例，驗證本文提出的虛擬仿真教學方案的有效性，并提出課程開發的注意事項。

3.1 新能源汽車實驗教學實例

以新能源汽車實驗教學項目“新能源汽車動力系統認知與運行工況觀察”為例，說明學生如何利用虛擬仿真教學平臺進行學習，如圖2所示。

圖2：新能源汽車實驗學生在線學習交互流程

3.2 課程建設分析

通過新能源汽車實驗教學實例的分析可知，該多維度實驗教學方案，可實現傳統教學的延伸與拓展，通過虛擬仿真技術可以解決傳統實驗設備數量少、所有學生不能完全參與到實驗中、在實驗過程中容易損壞設備部件以及重復實驗準備時間較長等問題。但在今后的建設中還應注意以下幾點：

（1）改進完善實驗教學計劃與教學大綱。有效地與虛擬仿真方法相結合，使實驗教學方案體現出一流的水平和鮮明的特色。

（2）加強實驗室建設，特別是線上實驗平臺的開發與管理。通過線上教學和輔導，積累素材，不斷提高課程質量，并加強電子資源的制作，使電子資源的數量和質量得到提高。不斷加強與國內外同行的教學交流和研討，加強線上實驗平臺推廣和交流，使課程具有示范和輻射作用。

（3）改革教學評價方式，建立有效的教學質量評價體系、教學過程監控體系，通過對實驗方案的實踐總結為今后課程的改進更新提供數據基礎。

（4）走出去，請進來，加強與公司、研究所、高等院校的聯系，了解社會需求，進行課程建設與改革。

4 結語

通過該多維度實驗教學方法，不僅可以為汽車服務工程專業的實驗課程建設提供思路，也可以此為基礎開發其它課程的虛擬仿真實驗，為校內相近專業服務，同時也可供其它高校參觀及共享實驗，有效促進校際間的交流與信息共享。通過校企合作，可進行聯合課程開發，使學生學到的知識切實有用，并且也為學生的就業提供方向和機會。