虛擬仿真技術在職業(yè)技術教學中的應用

石蕊 陶紫瓊

摘要：隨著科學信息技術不斷提高，虛擬仿真技術廣泛用于航海航天、建筑、教育等行業(yè)，取得了顯著的成效。在職業(yè)技術教學中引入虛擬仿真技術能夠有效提高教學水平和質量，對職業(yè)技術教學的發(fā)展有著非常重要的理論和現實意義。本文圍繞虛擬仿真技術和職業(yè)技術教育特點進行分析，探究虛擬仿真技術在幾門實訓課程中的具體應用。

關鍵詞：虛擬仿真技術;職業(yè)技術教學;應用研究

隨著職業(yè)技術教育課程改革，職業(yè)教育越來越重視理論教學和實踐教學融通，強調專業(yè)學習和工作實踐學做合一，職業(yè)教育的教學理念、模式、手段等都發(fā)生了較大的變化，其中基于虛擬仿真技術的教學模式教學效果顯著。

虛擬仿真技術利用計算機等信息技術手段對真實世界進行模仿，創(chuàng)造出能夠實時反映實體對象變化與相互作用的虛擬世界。虛擬仿真技術在教育領域應用非常普遍，例如數學軟件MATLAB廣泛應用在實驗和施工環(huán)境、結果的模擬工作中，建筑信息模型軟件BIM建立了虛擬的建筑工程三維模型并提供完整的工程信息庫，VM虛擬機能夠虛擬出若干臺計算機以及各類虛擬仿真實驗室等。

（一）沉浸性

虛擬仿真技術模擬出來的環(huán)境與現實生活極為相似且具有較高的真實性，使用者在虛擬環(huán)境中能夠獲得較高的真實感和代入感。這種感覺與單純的視頻、動畫演示有著極大的不同，它能夠增加使用者的感官體驗，促使虛擬環(huán)境的使用者能夠完全沉浸在虛擬環(huán)境之中。虛擬仿真技術創(chuàng)造出的“現實感”能夠幫助學生聯想到真實的工作環(huán)境，創(chuàng)設學習情境，幫助學生更好地進行理論學習和實際操作。

（二）交互性

在虛擬環(huán)境中，學生可以結合實際情況對虛擬仿真系統(tǒng)進行操作，并直接觀察到操作所產生的結果，這個過程就體現出了虛擬仿真技術的交互性。學生在學習時，可先開展虛擬化操作并得到相應反饋，這樣能降低實際操作過程中的失誤率，有效提高學習效率。

（一）降低教學的成本投入

科學技術的發(fā)展要求實訓室設備不斷更新，部分院校實訓設備存在老化、落后的現象，大量更換實訓設備需要高額的費用，利用虛擬仿真技術開展虛擬實訓，不僅能夠節(jié)約實訓耗材還能降低設備維修費用。虛擬仿真系統(tǒng)更新相對簡單，不斷改進與升級軟件即可，無需將硬件資源全部進行替換實現資源重復利用。不僅如此，虛擬仿真技術還能夠保證每位學生都能夠擁有學習體驗，確保教學資源得到合理分配。

（二）提升教學效率

虛擬仿真技術通過模擬現實場景開展學生的實訓操作，能夠增加學生學習的興趣和主觀能動性，提高動手操作能力。虛擬仿真系統(tǒng)允許多人同時使用，方便學生合作學習，開展討論，為學生提供了一個開放性的、全新的教學環(huán)境和學習場景。

（三）提高實訓操作安全性

在職業(yè)技術教學中經常遇到一些具有一定危險性的實訓內容，例如電路設計、數控、電焊、汽車維修、化學實驗等，采用虛擬仿真技術可以讓學生提前熟悉操作過程和效果，避免危險發(fā)生，使學生在實訓中可以放心地完成項目，從而整體上提高實訓項目任務的學習質量。

本部分詳細分析虛擬仿真技術在各學科中的應用，以計算機類、醫(yī)學教育及汽車檢測維修課程為例結合具體案例展開論述，期望為同類研究提供借鑒。

（一）計算機類課程應用分析

《計算機組裝與維護》是計算機專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎課程，但在教學中往往設備嚴重不足，加上實訓室數量有限，無法讓學生多次重復練習達到熟能生巧的效果?！堆b機模擬器》這款游戲，利用虛擬技術模仿計算機裝機等，每一個設備和過程都有語音提示，出現錯誤系統(tǒng)給予糾正。在保障學生安全的前提下進行虛擬化操作，待學生技術成熟后方可用實物進行操作。不僅如此，學生在游戲中還能夠進行破壞性的實驗操作，如重裝系統(tǒng)、格式化以及磁盤分區(qū)等相關實驗，這些都是機房中不允許開展的實驗。將虛擬仿真技術應用到《計算機組裝與維護》教學之中，不僅鍛煉學生的計算機技術操作能力，還能開展更多的的實驗操作，有助于學生裝機和維修技術水平的提高。

《計算機網絡》教學是計算機專業(yè)課程中的重點和難點，開展網絡實驗需要相應的實驗環(huán)境以及設備。特別是進行局域網的構建，需要多臺計算機與多種設備共同作業(yè)才能完成。將虛擬仿真技術，例如Cisco Packet Trace應用到網絡實驗教學之中可以構建仿真實驗環(huán)境及設備，開展有效的實驗教學。Cisco Packet Trace軟件中提供了設計網絡拓撲結構，配置路由器和交換機，測試和排除網絡故障的仿真環(huán)境，是學生學習組網，進行網絡配置和協(xié)議分析不可或缺的輔助工具。在傳統(tǒng)的教學模式中，因為組網所需的硬件和軟件要求高，價格昂貴，操作稍有不當，便會造成設備的損壞，總體可操作性不強。在Cisco Packet Trace 虛擬仿真環(huán)境中，無須擔心費用及操作不當的問題，讓學生身臨其境地理解網絡知識和操作學習。

（二）醫(yī)學類類課程應用分析

《解剖學》是醫(yī)學專業(yè)必修課，由于教學內容的特殊性，無法每節(jié)課都使用實物進行教學，傳統(tǒng)的教學方式是在各種生物插圖和視頻的基礎上展開講解，許多學生感到枯燥乏味，沒有深刻理解和記憶。虛擬人體系統(tǒng)是計算機合成地三維人體，逼真的器官模型不僅能給予感官上的刺激，使學生更容易理解和掌握解剖結構，學生還能夠對其進行操作，例如實施解剖，觀察肌肉、血管、各種器官等，還可以反復操作，彌補了真實實驗中耗材問題。

（三）汽車維修類課程應用分析

汽車是高度機電一體化產品，內部結構復雜，只有了解汽車結構和工作原理，才能全面掌握汽車維護維修技能。在實訓中，汽車數量有限，汽車拆卸和安裝具備一定的危險性，耗材大，許多內部結構和工作原理無法直接觀察。虛擬汽車教學培訓系統(tǒng)能夠在一定程度上解決這些問題，它以三維動畫互動的方式直觀展現汽車的基本結構和工作原理以及虛擬拆卸與安裝并提供各種故障診斷功能等。學生在教師的引導下，結合實物在系統(tǒng)中不斷的練習，加深知識點記憶和理解，鍛煉操作技能，待成熟后在教師帶領下實物操作可大大提高學習效率。

綜上所述，越來越多的職業(yè)技術學院開始重視虛擬仿真技術的應用，將虛擬仿真技術應用于職業(yè)技術教學能夠有效提高實訓教學水平，一定程度上解決了教學中存在的問題。隨著計算機技術和職業(yè)教育的不斷發(fā)展，今后虛擬仿真技術將會在職業(yè)技術教育中會得到更廣泛的應用，為職業(yè)技術教育水平的提高創(chuàng)造良好條件。

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本文得到安康職業(yè)技術學院科研基金資助項目（No.AZJKY2018032）資助。

石蕊，女，1990年生，碩士研究生，主要研究方向為現代技術教學、計算機教學。陶紫瓊，女，1982年生，研究生，主要研究方向教育信息化、大數據分析。