虚拟仿真实训在电子专业教学中的应用

辽宁建筑职业学院自动控制系 杨中兴

虚拟仿真实训在电子专业教学中的应用

辽宁建筑职业学院自动控制系 杨中兴

虚拟仿真实训教学是教育信息化领域的前沿研究方向，也是一种重要的辅助教学工具。以我校自主设计的虚拟仿真实训系统 “虚拟电子科技有限公司”为例，介绍虚拟仿真在实训教学中典型应用案例。从理论层面，探究虚拟仿真实训教学的必要性和可行性。

虚拟仿真；实训教学；资源贡献

1.引言

在职业教育中，实训教学的好坏对学生职业素质具有重要作用。实训教学在激发学生自主性和能动性的同时，可以锻炼学生的动手能力、思维能力和团队合作意识。但是传统的实体型实训教学往往存在着实训设备不足、理论教学与实践教学脱节、课程内容滞后、实训师资缺乏等具体问题。虚拟仿真实训教学则通过模拟一个逼真的虚拟学习和训练环境，调动学生的视觉、听觉、触觉等感官接收和处理学习内容。将虚拟仿真系统引入高职教学，可以改善学习条件，提高学习效率，降低教师工作量，促进教育的信息化。随着虚拟仿真技术的逐步成熟，虚拟仿真教学在高职院校实训教学中得到了广泛的推广和应用。本文以应用电子技术专业为例，探讨我校自主设计的虚拟仿真实训系统在电子技术专业实训教学中的应用过程。

2.虚拟仿真实训

虚拟仿真是一种新型的教学形式，它利用虚拟现实技术仿真或虚构情境，供学生观察、操作、建构其中的对象，使他们获得类似真实的体验，激发学习兴趣，从而更牢固地掌握知识理论体系或者获得某种技能的资源。虚拟仿真教学系统可基于真3D或者伪3D构建，具有“沉浸性”和“交互性”，并具有“泛在学习”特点。

我校自主设计开发了一套服务于电子信息技术专业大类的虚拟仿真实训系统。所有教学和实训点以“虚拟电子科技有限公司”为载体，以典型电子产品的设计和生产为主线，涵盖了技术部、规划部、生产部、质检部、设备维护部、元器件库、仪器仪表库、学习岛八大模块。其中，前五个模块为功能模块，每个模块下有对应的岗位和任务，并覆盖相应的教学点和实训点；后三个模块为教学辅助模块，学生可以在使用过程中随时调取并学习相应的知识点。实训过程的情节驱动以典型电子产品为线索，向学生完整展现一款电子产品从原理设计、工艺设计、产前准备、生产加工、质量检测，到电子生产线大型生产设备维护的全过程。让学生在虚拟仿真实训系统下，完成真实环境难以实现的认知和实践过程，从而提高学生对知识的深入理解和综合运用程度[1]。

3.教学应用

下面以应用电子专业生产型实训为例，对虚拟仿真实训系统在教学中的应用作介绍和分析。

在贴片机设备教学中，虚拟仿真实训所覆盖的教学点包括操作步骤演示、操作方法演示、偶发事件演示、错误操作结果演示等。例如，错误操作结果演示，这种演示具有强烈的刺激作用，可使学生产生深刻的记忆。演示功能可实现如下教学效果：使操作者熟悉操作程序；使操作者了解操作过程逻辑关系；使操作者高度重视安全操作与安全生产；使操作者牢记现场误操作所带来的严重后果[2]。图1所展示的是虚拟贴片机操作界面截图。

互动操作功能是虚拟仿真实训中最重要的一种应用方式，其目的是让受训者按照某种操作规范学习、掌握规定的操作技能，达到可以上岗操作的目的。以“虚拟电子科技有限公司”质检岗为例，本岗位完全依据真实电子生产企业质检岗设计，以典型电子产品重锤料位计的出厂前质量检验为线索设计教学点和实训点，在本岗位可学习和操作通用的质量检测方法和行业标准文件，学生完成所有任务和考核内容即可基本具备质检岗位上岗资格。

图1 虚拟贴片机操作界面

图2 虚拟仿真的质检岗截图

传统的实体实训场所学生人数多、实训设备有限、实训过程难以让每个学生反复操练、重要故障问题难以再现，以及实训所需设备成本高、操作不当易损坏等问题，在引入虚拟仿真实训系统后得到了很好的解决。

4.教学效果分析

通过课堂观察发现，与传统实训课相比，在虚拟仿真教学中，学生的注意力明显集中，表现出更大的学习兴趣，也能提出更多有针对性的问题。虚拟仿真系统提供逼真实训环境，寓教于乐，富有趣味性，可实现自主学习，反复练习，泛在学习。

5.结语

虚拟演示、虚拟操作、虚拟体验、虚拟考核，是虚拟仿真实训系统的四大特点。当前，教育信息化和现代化已是大势所趋，虚拟仿真教学的广泛普及是职业教育信息化的必然要求。虚拟仿真系统的设计、开发与应用，都应该以学生为中心，为教学服务，才能达到教学过程的最优化，即在一定的教学条件下寻求合理的教学方案，使师生花最少的时间和精力获得最好的教学效果[3]。

[1]吴涓,孙岳民,雷威等.东南大学机电综合虚拟仿真实验教学中心建设规划思路与进展[J].实验技术与管理,2014,10(31):5-9.

[2]孙爱娟.职教领域虚拟仿真教学资源建设与应用探讨[J].中国电化教育,2012,11:109-112.

[3][苏]巴班斯基.教学过程最优化——一般教学论方面[M].人民教育出版社,2007.

中国建设教育协会“职称委”“辽宁建设职业教育集团”专项2016年度重点课题“虚拟仿真实训基地建设与研究”（课题编号：ZJX2016JT02ZD）。

杨中兴（1982－），现供职于辽宁建筑职业学院自动控制系，专业方向应用电子技术。