高職院校基于虛擬仿真的實驗教改與實踐研究

姚曉榮 葉蘭洲

摘?要：?作者針對目前實踐教學存在的課時受限、實訓場地和設備數量受限、實訓項目存在安全隱患等問題，提出將虛擬仿真實訓項目引入教學過程和混合式教學模式，形成較完整的實踐教學課程體系，為相關課程的改革提供參考，為實現人才培養的信息化、智能化和現代化提供支撐。

關鍵詞：高職；虛擬仿真；實驗教學；改革與實踐

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.04.088

0?引言

培養學生的動手操作能力和工程實踐能力是道路橋梁工程技術專業實驗教學的根本目的。虛擬仿真平臺因其虛擬化、立體化、結構化的特點，在實踐教學改革中扮演了重要角色。虛擬仿真實驗作為傳統的實驗教學的必要補充，課堂教學應強調學生的主體地位，將前期所學的理論知識與仿真操作相結合。道路與橋梁工程技術專業群主要包括道路與橋梁工程技術、實驗檢測技術、工程測量技術、市政工程技術、養護工程技術等五個專業，這些專業均對學生的動手能力要求極高。為了提升學生的動手能力、實踐水平，我院在進行人才培養方案過程中，已對學生的實習實訓等實踐課程加大側重。然而，當前的課程體系在實踐教學方面距離人才培養的要求還有一定的差距。面對職業教育所要求的“崗、課、賽、證”融通的大環境，亟需引入虛擬仿真技術以改善實踐教學所面臨的困難，形成“虛實”結合的實踐教學運行體系。

國內許多學者和專家在虛擬仿真實驗促進課程改革和實踐方面進行了大量的研究。臺州職業技術學院的柯中爐等以生化制藥技術專業實踐教學為例，闡述了傳統實踐教學存在的問題，并對虛擬仿真技術提升高職實踐教學有效性進行了探討。河北工業大學的梁李敏等闡述了實驗教學改革的方向和虛擬仿真實驗教學需要建設的內容，充分利用虛擬仿真技術，堅持“虛實結合，互為補充，能實不虛”的原則促進創新型專業技術人才的培養。吉林大學的谷艷華教授進行了混合教學模式下虛擬仿真教學的探索，教學實踐表明虛擬仿真教學有利于混合教學模式下的探究性學習、自主學習和創新實踐，有利于提高教學效果。

1?實驗教學現狀與問題

1.1?課程學時受限

職業教育的特點決定了實踐環節的重要性，人才培養方案的實踐學時不斷增加，但是課程總學時需與人才培養方案總學分相適應，學生每學年的總學分需要控制，只能開出常規性簡單的實驗實訓項目，而有些耗時長的實驗或實訓課程無法開出，如道路建筑材料課程中的馬歇爾實驗、車轍實驗，公路工程檢測技術中的CBR實驗等無法在課程中讓學生動手實操，實驗環節變成了教師對著設備向同學介紹實驗步驟和數據處理，學生對于知識的認知和理解以及動手能力均得不到提高。

1.2?實訓場地和設備數量受限

工程實踐類課程中所需實驗設備大多體積較大、占地面積大且具有操作困難等特點，教師在教學中指導學生操作時，存在很多學生圍著一臺儀器設備觀看教師操作的問題，即使學生可以進行操作，也不能夠滿足所有學生均能動手，在實訓場地和設備臺套數等教學資源有限的條件下，上課分組率達不到要求，學生動手率得不到保障，教學效果不理想。多數職業院校因占地面積小，導致實訓難實施、受限制，不能滿足復雜環境下的實訓要求以及學生安全要求。

1.3?實驗項目存在安全隱患

工程類的實驗課程大多要求學生動手實操，對于較大型的設備，在40多人的教學班里很難保證學生的安全。對于鋼筋的拉伸實驗，鋼筋的固定尤為重要，如固定不牢，很有可能出現鋼筋被甩出，對相對狹小空間里學生的人身安全造成威脅。

2?基于虛擬仿真技術的實驗教學改革路徑

2.1?優化人才培養方案

結合我院道橋工程技術專業群的專業設置情況，引入虛擬仿真軟件，形成“虛實結合、線上線下協同”的實踐教學模式，設計“崗課賽證”一體化的教學思路，實現理論課和實踐課的融合，真正實現人才培養方案改革。

在教學過程中，采用網絡教學平臺、實現混合式教學，學生對于復雜的、大型的、實驗室難以工程再現的實踐教學任務，學生通過虛擬仿真實驗進行學習，實現理論到實踐的零距離，使學生順利完成學習任務，達到教學要求。

2.2?對接崗位需求

職業教育課程要服務于人的發展，課程要面向具體的崗位，以崗為課，課程中參照崗位的具體活動來構建學習過程，通過“學中做，做中學”的方式讓學生體驗崗位的運行流程，從而促進職業學習活動的發生。道路建筑材料課程對接的主要崗位為公路工程實驗檢測員，對接職業崗位能力如下表1。

虛擬仿真技術把短學時不能實現的、設備操作具有安全隱患的、實驗場地和設備臺套數不能滿足分組要求的實驗教學任務變成了現實，如車轍實驗、瀝青抽提實驗、亞甲藍實驗等，學生通過虛擬仿真技術完成了學習。

2.3?深化課賽融通

在“崗課賽證”融通過程中，職業技能大賽引領課程改革。虛擬仿真技術將工程搬到學生面前，實現了工程和設備的虛擬化、立體化和結構化，讓技能競賽的進行得以實現。虛擬仿真技術將理論知識、實踐操作、文本知識、視頻資源融合到一起，在教學中進行推廣應用，讓學生圍繞賽項任務優化教學項目，借助賽項評價，推動教學評價改革。在整個過程中教師的教學理念得以突破，教學能力得到提升；學生的理論學習和動手能力完美結合，改變了傳統教學不能實現的尷尬局面，實現“教學做”一體化，真正做到了課程與賽項的融通。

2.4?增強創新能力

網絡化的虛擬實驗比傳統的實驗更具有開放性，可以打破時間和空間的限制，可以自主地進行實驗內容的選擇，實驗結果的分析評價等。學生由傳統的被動接受實驗內容轉變為主動地參與和掌控實驗過程，豐富了實驗教學的內容，提高了學生創新能力的培養。

學生參與虛擬仿真實訓項目的開發，與制作方對接實驗環境要求、實驗設備、實驗內容、操作要點、結果整理等內容，通過虛擬項目的不斷調試和適用，發現實驗過程中存在的問題，增強學生的創新能力和動手能力，實現課堂的又一次革命。在使用虛擬仿真軟件過程中，全過程了解工程的各個環節，身臨其境地走進工程一線，實現課堂到工程現場的零距離。

3?實驗教學改革的預期效果

通過對虛擬仿真實驗教學的改革，進一步鞏固了前期課程中所學的理論知識，同時使得實踐教學課程在以下幾個方面得到改善。

（1）人才培養方案的修訂。以服務交通產業培養高素質應用型創新人才為目標，學院與企業共同制定人才培養方案，主要增加創新創業課程、交通特色課程，在實踐教學環節的課時上有保證。

（2）實踐教學體系的完善。完成了提高學生工程素質、培養創新精神和實踐能力的目標，形成虛實結合的實踐教學體系。

（3）教學資源與特色課程的建設。教師團隊共同開發道路建筑材料特色課程教材資源，在原有實踐教學基礎上實現創新和提高。

（4）大學生創新創業建設支持。以虛擬仿真實驗為切入點，學生參與開發和研究，培養學生的創新能力，教師團隊中科院指導教師為學生創新創業提供支持，并指導參加“互聯網+”創新創業大賽，形成課程的部分特色教學內容?。

4?結語

虛擬仿真實驗教學可以綜合應用虛擬現實和多媒體技術構建仿真的實驗環境，不再受場地和實驗設備以及實驗時間等條件的限制，使學生自主地在開放的虛擬仿真平臺上開展實驗，彌補了傳統實驗不能實現的教學功能，可以有效地提高實驗教學的質量。

參考文獻

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