虛擬仿真技術(shù)在理實一體化教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，成為教學(xué)的重要組成部分。虛擬仿真教學(xué)技術(shù)具有多感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點，這些特點有益于教師的課題教學(xué)及學(xué)生專業(yè)核心技能的訓(xùn)練，為解決職業(yè)教育面臨的實訓(xùn)難等問題開辟了一條新思路。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;理實一體化;教學(xué)改革;實訓(xùn)

職業(yè)教育的特色是技能訓(xùn)練，技能訓(xùn)練的投入是職業(yè)院校實訓(xùn)教學(xué)成本的“大頭”，尤其是機電類的技能訓(xùn)練需要投入大量的實訓(xùn)設(shè)備、材料。而大多數(shù)實訓(xùn)材料屬于純消耗實訓(xùn)，實訓(xùn)成本高昂，如何降低實訓(xùn)成本、提高實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量是職業(yè)教育創(chuàng)新的一個重要課題。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在職業(yè)教育中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，成為教學(xué)的重要組成部分。虛擬仿真技術(shù)是將多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息技術(shù)進行集成，構(gòu)建一個與現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬教學(xué)環(huán)境，并通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實體，構(gòu)成一個虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。

虛擬仿真教學(xué)技術(shù)具有多感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點，這些特點有益于教師的課題教學(xué)及學(xué)生專業(yè)核心技能的訓(xùn)練，為解決職業(yè)教育面臨的實訓(xùn)難等問題開辟了一條新思路。目前我校機電一體化技術(shù)專業(yè)有多門課程使用虛擬仿真技術(shù)。例如《C51單片機技術(shù)》采用keil+protues聯(lián)合仿真實例教學(xué);《電工電子技術(shù)》采用multisim仿真電路圖設(shè)計;《電氣控制與plc技術(shù)》采用宇龍?zhí)摂M仿真軟件等。

虛擬仿真技術(shù)源于國外，在國外已經(jīng)取得廣泛的應(yīng)用。近年來，國內(nèi)高職院校也在大力發(fā)展虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)，并取得了一定的進展，很多高職院校都建立了虛擬仿真實訓(xùn)室。現(xiàn)階段國內(nèi)虛擬仿真技術(shù)在實訓(xùn)教學(xué)方面取得了一定的成績，不過與國外目前的發(fā)展?fàn)顩r比較仍處在發(fā)展的初級階段，存在諸多需要完善的地方，如虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的建設(shè)和發(fā)展沒有貼近區(qū)域經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件開發(fā)過程，缺乏統(tǒng)一的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，部分高職院校對虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的認(rèn)識不夠充分，對虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的人才隊伍建設(shè)方面投入不夠等。

虛擬仿真技術(shù)作為一種優(yōu)秀的輔助教學(xué)工具，可以用于情景創(chuàng)設(shè)、協(xié)作交流等教學(xué)活動。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境創(chuàng)設(shè)多種情景，采用三維動畫模型，添加豐富的色彩和音樂，使得虛擬仿真的教學(xué)環(huán)境更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于其具有形象生動、交互性強、反饋實時等明顯的優(yōu)勢，能夠?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進行虛擬，同時通過虛擬系統(tǒng)可以直接觀察到假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)有利于學(xué)生提前熟悉實訓(xùn)的真實環(huán)境，熟練掌握職業(yè)技能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

相對于快速發(fā)展的信息技術(shù)，學(xué)校教育中傳統(tǒng)的教學(xué)媒介通常存在滯后性?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，其傳播也需要一定的條件，比如硬件資源和師資條件的配備等。隨著技術(shù)進步進程的加快，作為硬件教學(xué)資源和實訓(xùn)教學(xué)媒介的儀器設(shè)備等沒用多久就可能因技術(shù)上的變革而面臨淘汰，而升級改造一般都存在困難，只能通過購買新設(shè)備的方式來進行解決。這種狀況既造成有限教學(xué)資源的浪費，又極易使教學(xué)過程因缺乏必要的設(shè)備而陷入停滯不前的狀態(tài)。采用虛擬仿真技術(shù)建設(shè)的實訓(xùn)室或?qū)嵱?xùn)基地則可以重復(fù)利用，其改進和升級在很大程度上取決于軟件的改進與升級，無需將硬件資源全部進行替換。虛擬仿真系統(tǒng)的最大特點是無需消耗任何材料，且可以多次重復(fù)實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容。虛擬仿真實訓(xùn)具有先進性、共享性、易擴充性和易于改進等特點，減少了設(shè)備投入經(jīng)費，使教學(xué)內(nèi)容在虛擬的環(huán)境中不斷更新，實訓(xùn)教學(xué)及時跟上技術(shù)的發(fā)展，滿足不斷變化的教學(xué)需求。

教學(xué)過程是一個教師和學(xué)生全員參與的過程，在這個過程中有交流、有探討、有共同經(jīng)歷更有情感的加深。因此教學(xué)過程的實施不能完全依賴于一種教學(xué)手段，傳統(tǒng)教學(xué)和信息化教學(xué)都有自己的優(yōu)缺點，在實際教學(xué)中，我們更應(yīng)該采用多種方式教學(xué)手段相互結(jié)合，充分利用各種教學(xué)手段在教學(xué)理念、教學(xué)方式、教學(xué)過程方面的優(yōu)越性更好地為完成教學(xué)任務(wù)。

從傳統(tǒng)的課堂教學(xué)到三維虛擬仿真的實訓(xùn)室進行理實一體化教學(xué)，在這個轉(zhuǎn)化中不僅學(xué)生能看懂課本知識，對學(xué)生的計算機操作能力和對各種新技術(shù)設(shè)備的操作能力都提出了更好地要求。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，我們還要鼓勵學(xué)生利用三維虛擬仿真實訓(xùn)室進行創(chuàng)造能力的開發(fā)。與此同時，教師在采用三維虛擬仿真實訓(xùn)室進行教學(xué)時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。扎實的專業(yè)知識和技能幫助教師更好地發(fā)揮所長，但信息化教學(xué)還需要教師能夠協(xié)助實訓(xùn)室建設(shè)過程完成三維模型創(chuàng)建，各種素材的采集，軟件的進一步開發(fā)。這都對教師的計算機水平和對新事物的接受能力學(xué)習(xí)能力提出了新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

加強虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。高職院校越來越注重虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的發(fā)展，大力著手開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)軟件。然而，虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的建設(shè)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無法確保實訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)要朝著質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)化、操作流程化的方向發(fā)展;軟件設(shè)計和代碼編寫要規(guī)范化，編寫的軟件要考慮其擴展性和安全性，并且要預(yù)留統(tǒng)一的擴展接口。將虛擬仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)有機結(jié)合，把握不同虛擬仿真技術(shù)的特點，從而選擇有效的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)工具，提高虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量和效果。

采用虛實結(jié)合的教學(xué)理念。虛擬仿真技術(shù)有助于學(xué)生理解實訓(xùn)內(nèi)容，并在一定程度上提高學(xué)生的動手能力。但是虛擬仿真只是模擬真實的實訓(xùn)教學(xué)，實訓(xùn)過程缺少“實物感”，并不能完全代替實物實訓(xùn)。因此，應(yīng)該認(rèn)識到虛擬仿真與實操實訓(xùn)各自的特點，二者優(yōu)勢互補，不可相互取代。如在電氣元件實訓(xùn)教學(xué)項目中，用到的電氣元件，包括接觸器、繼電器等種類、型號很多。采用虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件，學(xué)生雖然也能使用到這些設(shè)備，但仿真設(shè)備與實物還是有一定的區(qū)別，到真正的實操實訓(xùn)中可能會無從下手。因此，應(yīng)該注重將虛擬仿真與實物實訓(xùn)結(jié)合起來。在進行虛擬仿真實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，安排一些實訓(xùn)內(nèi)容在真實環(huán)境中操作，這樣學(xué)生會對實訓(xùn)的設(shè)備有親身的體會，能加深實訓(xùn)的印象，提高實訓(xùn)的效果和質(zhì)量。

4.3加強人才隊伍的建設(shè)。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，離不開高素質(zhì)的教師團隊。如何造就一支素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、專兼結(jié)合、業(yè)務(wù)精湛的虛擬仿真系統(tǒng)建設(shè)和教學(xué)的優(yōu)秀師資隊伍是當(dāng)務(wù)之急。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)科學(xué)合理設(shè)計和有效使用，需要教師在教學(xué)理念和教學(xué)能力上都達到一定的水平。高職院?？梢砸劳鞋F(xiàn)有信息管理中心，培養(yǎng)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)隊伍。與此同時，還可考慮與企業(yè)合作進行虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)人才隊伍的建設(shè)，聯(lián)合培養(yǎng)虛擬仿真教學(xué)軟件開發(fā)和設(shè)計人才。

總之，實訓(xùn)教學(xué)過程對于學(xué)生的動手操作能力、工程實踐能力、工匠精神和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)都具有非常重要的影響和作用。在教育信息化和現(xiàn)代化的大背景下，虛擬仿真教學(xué)已成為傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)的重要支撐和必要補充。無論是虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計者，亦或是在教學(xué)過程中引入、嘗試、應(yīng)用虛擬仿真教學(xué)方式的一線教師，都應(yīng)該堅持以下理念：在一定教學(xué)條件下（包括技術(shù)條件，如信息化教學(xué)手段），一切教學(xué)都應(yīng)以提高學(xué)習(xí)效果為出發(fā)點和歸宿點，使師生花最少的時間和精力獲得最好的教學(xué)效果。

對于虛擬仿真系統(tǒng)，其設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用都應(yīng)該以學(xué)生為本，為學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)服務(wù)，唯有如此才能達到系統(tǒng)設(shè)計的最優(yōu)化和教學(xué)過程的最優(yōu)化。

李學(xué)榮，1991-2，男，漢族，湖北漢川人，上海東海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教職稱，教師，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，研究方向：主要從事機電研究。