高等職業(yè)學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與運(yùn)行機(jī)制的研究與實(shí)踐

◎趙建峰 婁松濤

一、研究背景與意義

目前，教育部發(fā)布了職教二十條來指導(dǎo)職業(yè)教育的發(fā)展，表明職業(yè)教育目前的重要性。職業(yè)教育尤其是高等職業(yè)教育已經(jīng)成為我國高等教育的重要組成部分。高職教育有其特別的教育目標(biāo)，主要是培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能，讓學(xué)生很快適應(yīng)社會(huì)的職業(yè)崗位的技能要求。技能水平要高，同時(shí)也要保證持續(xù)性發(fā)展的需要。所有的這些培養(yǎng)目標(biāo)，要求有先進(jìn)、實(shí)用、高效的虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)來加強(qiáng)職業(yè)技能培養(yǎng)。因此，研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與運(yùn)行機(jī)制保證實(shí)訓(xùn)的高效實(shí)行非常有意義。

二、存在問題及原因分析

目前，各職業(yè)學(xué)院都已經(jīng)建設(shè)了自己的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，基地的功能也逐步完善。但基本上不對(duì)外開放，不能和其它院校共享。部分院校建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，但共享差、利用低效。其原因有多方面，一方面是因?yàn)椴荒芾卯?dāng)前的最新信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息資源共享交流，另一方面虛擬仿真系統(tǒng)真實(shí)感、交互感不強(qiáng)，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容不完善。部分虛擬仿真系統(tǒng)只虛不實(shí)，不能和真實(shí)實(shí)訓(xùn)有機(jī)結(jié)合。沒有達(dá)到信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合。此外，由于沒有建設(shè)完善的制度、合理的運(yùn)行機(jī)制保證虛擬實(shí)驗(yàn)中心高效運(yùn)行，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)效果不理想，達(dá)不到預(yù)期效果。

三、虛擬仿真中心建設(shè)思考與建議

1.仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)原則。

目前，一些虛擬實(shí)驗(yàn)室三維仿真系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求高，可移植性差，不能廣泛應(yīng)用推廣。因此，系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求盡量要降底，通用性強(qiáng)。按照這一思想，在軟件設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循以下原則：

系統(tǒng)完整性：虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)三維仿真系統(tǒng)是由各子系統(tǒng)組成的整體，具有系統(tǒng)的整體性特征。必須從虛擬仿真系統(tǒng)總體出發(fā)，各虛擬仿真的子系統(tǒng)的功能要結(jié)合總體保證統(tǒng)一規(guī)范，語言描述要一致，信息資源要能共享。

虛擬場(chǎng)景逼真最優(yōu)化：虛擬實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景和硬件逼真是吸引用戶的一個(gè)前提條件，另外要保證系統(tǒng)比較流暢，要求場(chǎng)景在保證逼真的同時(shí)盡量所占的存儲(chǔ)空間小。整個(gè)系統(tǒng)也就小，在網(wǎng)上運(yùn)行速度會(huì)更加流暢。

操作簡(jiǎn)單：因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)是面向廣大的人群，他們的計(jì)算機(jī)水平參差不齊，這就要求系統(tǒng)簡(jiǎn)單易于操作，有很完善的幫助功能。

適用性：虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)三維仿真系統(tǒng)要適用于不同人群的學(xué)習(xí)，這就要求系統(tǒng)功能模塊完善全面，能適用大多數(shù)人員使用，也就是有很好的適用性。

可靠易于維護(hù)性：系統(tǒng)一定要穩(wěn)定可靠，這是獲得用戶使用的前提，沒有任何用戶喜歡不穩(wěn)定的系統(tǒng)。

2.虛擬仿真中心項(xiàng)目建設(shè)要求。

（1）使用要方便、設(shè)計(jì)要科學(xué)合理。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)要能夠?yàn)楦呗氃盒Ｌ峁┝讼冗M(jìn)的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)資料，節(jié)約各個(gè)高職院校采購儀器設(shè)備的大量資金。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生首先能通過仿真實(shí)驗(yàn)獲得初步的操作經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)出錯(cuò)的問題有初步的認(rèn)識(shí)。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)有效防止真實(shí)儀器損壞的機(jī)率，能有效降低了真實(shí)實(shí)驗(yàn)成本。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)該能通過互聯(lián)網(wǎng)在需要的時(shí)間進(jìn)行操作來進(jìn)行操作。系統(tǒng)要提供在線交流平臺(tái)，這樣學(xué)生可以和學(xué)生、教師進(jìn)行在線交流，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)深度和效率。這樣可以極大地?cái)U(kuò)展了學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)空范圍，節(jié)約了學(xué)生的學(xué)習(xí)成本。

（2）設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容要真實(shí)，交互感強(qiáng)，能極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與實(shí)戰(zhàn)效果。

在制作實(shí)訓(xùn)內(nèi)容時(shí)，虛擬場(chǎng)景和虛擬試驗(yàn)設(shè)備要做的逼真，如可以利用學(xué)校培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的組裝實(shí)驗(yàn)室布局為模板，來制作虛擬實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境，硬件設(shè)備也選擇當(dāng)前最新的設(shè)備為模板來制作。實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景、硬件各組成部分逼真度要高，系統(tǒng)功能要完善，要改變現(xiàn)存的軟件的功能單一，交互性不強(qiáng)。

3.建設(shè)內(nèi)容及方法。

虛擬仿真中心建設(shè)重點(diǎn)是如何建設(shè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、共享、虛實(shí)結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，如何建立科學(xué)高效的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行機(jī)制等。

（1）如何設(shè)計(jì)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)資源共享交流平臺(tái)。

首先,要對(duì)當(dāng)前流行的交流平臺(tái)進(jìn)行調(diào)研考查,然后對(duì)平臺(tái)進(jìn)行遴選、論證、分析。不斷吸取當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)+、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)，最后要利用先進(jìn)程序設(shè)計(jì)軟件如利用 java、sqlsever、unity3D 等設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在線交互交流平臺(tái)。

（2）如何設(shè)計(jì)創(chuàng)建逼真的企業(yè)級(jí)虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

首先，對(duì)要實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目企業(yè)軟硬件環(huán)境進(jìn)行調(diào)研考查，對(duì)優(yōu)秀的企業(yè)軟硬件環(huán)境素材進(jìn)行收集。然后，利用三維建模軟件如 maya、Nuke、SP、Photoshop 構(gòu)建逼真的軟硬件環(huán)境模型。最后利用unity3D構(gòu)建真實(shí)的企業(yè)級(jí)軟硬虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

（3）如何設(shè)計(jì)體現(xiàn)專業(yè)特色、優(yōu)勢(shì)，滿足教學(xué)要求實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

首先，要深入調(diào)研每個(gè)專業(yè)的特色、優(yōu)勢(shì)，遴選優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行合理規(guī)劃設(shè)計(jì)。然后利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究構(gòu)建實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目。將虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)體實(shí)驗(yàn)兩者充分結(jié)合起來，做到互為補(bǔ)充，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，完成"虛擬"與"實(shí)體"的有機(jī)整合。完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)管理服務(wù)，提高虛擬實(shí)驗(yàn)效果。

（4）如何構(gòu)建科學(xué)高效的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)行機(jī)制。

首先，要對(duì)現(xiàn)存的規(guī)章制度進(jìn)行充分的調(diào)研，可以從人員職責(zé)、中心運(yùn)營、試驗(yàn)設(shè)備使用保管、實(shí)驗(yàn)室安全、平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)管理與權(quán)限管理等方面下手，對(duì)現(xiàn)存的制度進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的分析、討論，總結(jié)原有制度優(yōu)勢(shì)和不足。然后，重新制定相關(guān)制度并實(shí)踐運(yùn)行。最后，要根據(jù)運(yùn)行效果不斷的更新完善。制定更全面、更嚴(yán)格的管理制度和規(guī)章規(guī)范，保證實(shí)驗(yàn)中心運(yùn)行的高效性和穩(wěn)定性。

四、結(jié)語

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)可以提高學(xué)生的實(shí)踐技能，節(jié)約高職院校資金提高經(jīng)濟(jì)效益。為高職學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量的提高提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證，為高職院校的持續(xù)發(fā)展提供保證。對(duì)于虛擬仿真中建設(shè)和運(yùn)行機(jī)制的研究?jī)?nèi)容還需要進(jìn)一步深入，加強(qiáng)實(shí)踐進(jìn)步的完善。