虚拟仿真技术在高职教学中的应用

周 鹏， 潘 燕

（江苏农牧科技职业学院， 江苏 泰州 225300）

伴随着社会经济的飞速发展，国内各行各业对技术过硬的一线生产工人的需求日益增加。众多岗位不仅要求工人具有基本的专业知识，而且注重员工的实际操作技能。然而近年来生源的数量和质量都在下降，针对当前的实际情况有必要对传统的教学模式进行必要的改革，探索高效可行的实践教学模式。高职院校应当强调实践教育，而实践教育的重要理论基础是行动导向教学体系，即要求学生在实践中进行学习。当前高职学生的各种实践操作基本是在真实的物理环境中进行，部分院校受条件的限制存在削减学生实践学习的课时。采用虚拟仿真技术部分或完全替代实操的教学模式，融合了前沿信息技术与教学研究成果，一定程度上缓解了对真实物理环境的依赖。借助于虚拟技术，生成一种虚拟环境模拟现实世界，使用户沉浸到该环境中进行相关技能的学习。采用先进的虚拟现实技术可以激发学生学习的兴趣，培养学生独立思考和自主学习的能力，同时还弥补了高职院校实训设备少、旧、简陋等问题[1-3]。

一、当前高职教育中普遍存在的问题

（一）随着高等教育的普及化，学生的质量呈普遍下降趋势，这一特点在高职院校中尤为明显，主要体现在学生的学习兴趣、学习动力和学习能力等方面。加上传统的教学方法偏重教师讲而忽视学生的主动性、独立性和合作性，这样的教学模式显然不能适应目前的新形势。

（二）国家的各项经费支出中对教育的倾斜已不明显，受经费的制约高职院校购买的实验设备数量不足，技术跟外面的企业相比较低落伍，设备更新换代的速度已跟不上企业发展的需求。那么在这样的实训条件下培养出来的学生必然没有得到充足的学习时间和接近实战的锻炼机会。

（三）学校建设实训室的规模和开放时间均有限制，不能全天候为学生开放，往往只能在上相应课程时学生才能使用设备。受时间和空间上的限制，教师只能布置少量且简单的任务让学生练习，有时学生还是以小组的形式完成教师布置的任务。这些客观情况不利于学生动手能力和创新能力的提高，极大影响了教学效果。

（四）各种设备一方面由于长期超负荷使用，另一方面由于学生缺乏经验而经常损坏。这不仅使得管理实训室的教师工作负担加重而且对学校的财政也造成一定的压力[4]。

二、虚拟仿真技术的特色及应用于高职教育的可行性

虚拟仿真实验教学以信息技术为支撑，以学生为中心，以实践为中心，以学生的技能培养为中心。与传统的实验教学模式相比，虚拟仿真实验教学具有自主性、开放性、低成本及高效率等特色[5]。

将虚拟仿真技术融入到现代高职教育中是未来发展的趋势，是适应社会发展需求的举措[6]。2013年教育部高教司发布了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函〔2013〕94号），通知公布了在国内建设100所高校的虚拟仿真实验教学中心。在《高职虚拟仿真实训系统使用需求调查分析》文章的调查显示：近90%的教师提出让学生实际操作前最好能先进行仿真实验，80%的教师倾向在课上进行实验演示，50%的教师倾向于学生实训操作的考核，甚至有30%的教师期望用仿真直接代替实操。那么进行虚拟仿真实验教学是否科学可行，本文进行了以下几点分析：

（一）节能环保、使用安全。对于能耗较大的实验设备来说，如果使用虚拟仿真设备进行替代将起到节省能源、保护环境的作用。某些机械电气设备，在实际操作中存在一定的安全隐患，学生在使用过程中可能由于缺乏实际经验错误使用而酿成悲剧。所以先采用虚拟设备让学生进行模拟练习，待学生能够熟练操作虚拟设备后已经对真实的设备有了较多的了解，从而大大降低了引发事故的风险。

（二）提高学生的学习兴趣。当前在高职院校中存在学生学习兴趣不浓厚的问题，那么如果我们把学习变得和游戏一样有趣生动，是不是会吸引学生更多的注意从而提高学生的学习兴趣了？虚拟现实技术在这方面有着实操所不具备的优势。可以将课程所需要的实操练习通过虚拟仿真技术转变成让学生在电脑上模拟完成，把学习的任务设计成游戏的模式，这在技术层面上是可以实现的。另外虚拟仿真技术能随意设计出各种教学实验过程，激发学生的好奇心，增强学生主动学习的意识。在模拟实验中学生不仅能学到知识，还能训练学生的创新思维。

（三）解决实训室提供服务的开放性受时间和空间限制的问题。虚拟仿真系统不受时间上的限制多人可同时使用，也不受空间上的限制，可在图书馆、教室或学生宿舍使用。

（四）为学校节省开支甚至创收。许多高职院校的实训设备技术落后，更换新的实验设备又缺少资金。建立虚拟实训室则可以减少投入，重复利用资源，减少实验耗材，降低设备维修维护的费用。当引进虚拟仿真系统后甚至可以服务社会，将虚拟仿真系统提供给企业员工或其他人员使用，可为学校带来一定的经济效益[7-8]。

三、虚拟仿真教学改革的思考

高职教育的核心目标是培养会动手、善动手的能服务于一线生产岗位的技术人才，那么学校中实训这一教学环节就显得尤为重要。如何设计能让学生有兴趣的实训课程，如何提高学生实训练习的实际效果，在学校所练的是否能满足学生今后工作的需要是我们高职教育工作者应当思考的问题。当前实践教学在各个高职院校中都得到了相当的重视，因为通过让学生在具体的实操中学习技能是满足上述学生及企业需求的有效途径。虽然实践教学已成为众多高职院校推广的教学方式，然而如何高效合理的用好这样一种教学模式在行业内还存在很多争论与探讨，在文中已进行了部分阐述。为缓解相关矛盾，可以对新技术新思路进行大胆尝试，而采用虚拟仿真技术构建虚拟仿真系统为学生提供不同于传统方式的实操模式便是其中一种改革思路。

采用虚拟仿真系统进行教学时，首先要把工厂工作中的技能需求进行适当分解。在教学实施过程中应把技能点与每一节课的每一个知识点进行充分的融合。要敢于打破传统教学中过多的条条框框，以电影、游戏的形式去导演和设计情节，在形式上要有足够的吸引力。在教学内容上应突出共性、强调个性，以虚拟仿真技术为工具，强化工程意识，遵循从基本思想到具体实现方法的循序渐进方式，力求再现认识论的规律性[9-10]。

四、虚拟仿真建设思路

许多专业的国家教学资源库建设项目中都要求包含虚拟仿真资源的建设，那么如何建设好虚拟仿真资源还处于尝试和探索阶段，以下是在物联网专业课程资源库项目中建设虚拟仿真资源的思路与总结，以虚拟仿真养猪企业的养殖、屠宰、销售及追溯为例：

首先到真实的企业中对猪的养殖、屠宰、销售及追溯工作流程进行详细的调研，分析物联网技术可以给予该类型的企业哪些支持，以提高养猪企业的市场竞争力。

其次根据上面工作中得到的信息，整理出拟将融合到虚拟仿真系统中的物联网专业相关课程的知识点。确定好目标，设计出的虚拟仿真系统将服务于哪些课程。通过该系统的学习可以为学生今后从事哪些工作提供帮助。明确以上几点后，可以进行虚拟仿真系统的基础素材的收集及脚本编写等工作。

最后与公司沟通，提出功能需求，根据提出的功能需求及前面编写的脚本进行虚拟仿真系统的设计。筛选具体的公司进行对接时，应尽量联系做过同类型产品的公司，因为公司有过类似的设计相对会多一些设计该类产品的经验。

开展该项工作主要存在两方面的难点：

（一）虚拟仿真系统的交互性拟达到何种级别，是设计一款只提供学生进行简单操作的系统还是提供能让学生做一些编程练习的系统。在前文所讲的养猪企业虚拟仿真系统方案规划时，如果规划为仅提供简单操作的系统，可以设计让学生自行选择所需设备并正确连线与使用等实验环节。而定位成复杂的可提供学生做编程练习的系统时，可以在前者的基础上增加为设备编程，让设备变得更加智能的功能。后者的设计难度显然远高于前者，而且设计的经费也较高，但教学效果要优于前者，故而设计前要做好定位并合理取舍。

（二）虚拟仿真系统的学生操作成绩评价子系统及数据保存子系统的设计。虚拟仿真系统除可以给学生提供仿真练习外，还应当对学生练习的效果给予评价并能对学生每次操作的成绩、出错的记录等信息进行统计与保存，这两方面功能的实现均有一定的难度。

五、结论

虚拟仿真实验教学是应当提倡和推广的教学方法，是实现教学资源共享的重要方式。通过在虚拟的情境中进行逼真的训练，可以让学生快速成长，大大缩短了学生从学校到工厂的适应时间。在高职院校推广虚拟仿真的教学手段可以激发学生的学习热情、降低教学成本和提高教学效果，为企业输送更多更好的高技能人才。

[1]陈 萍，周会超，等.构建虚拟仿真实验平台，探索创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2011，（3）.

[2]程思宁，耿 强.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，（7）.

[3]林徐润，段 虎.虚拟仿真技术在高职实训教学中的应用[J].深圳信息职业技术学院学报，2012，（2）.

[4]郭志雄.电工电子实践教学改革的探索与实践[J].教育与职业，2013，（2）.

[5]董海东.高职模具专业仿真与实操一体化实践教学模式的研究[J].南京工业职业技术学院学报，2013，（2）.

[6]王记昌，尹社会.高职电工电子课“理实一体化”教学改革的探索与实践[J].九江职业技术学院学报，2015，（2）.

[7]王 旭.地方性本科高校虚拟仿真实验教学模式研究[J].教育观察，2015，（6）.

[8]王海英.高职机电教学中虚拟仿真技术的应用[J].品牌，2015，（6）.

[9]苏 欣.高职院校虚拟仿真教学应用初探[J].工业和信息化教育，2015，（2）.

[10]田亚强，李俊国，等.轧制过程虚拟仿真实验教学培养创新型人才的必要性[J].科技创新导报，2015，（13）.