虚拟仿真实训教学存在的问题及对策

陆茵

【摘 要】本文以广西电力职业技术学院建筑设备自动化系统课程的教学为例，针对仿真实训教学中存在的学生学习兴趣不持久，实训变成应付式，仿真实训操作简单化，实训结果理想化，考核评价欠客观，不能反映学生真实水平等问题，提出校企合作，共同更新开发仿真实训教学软件，扬长避短，虚拟仿真与实操训练交替进行，多方评价，同时开展理论与实训考核等应对对策，并在实践中进行“一中心三平台三结合”的具体应用。

【关键词】虚拟仿真  一中心三平台三结合  实践教学质量

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）06C-0187-03

虚拟仿真（Virtual Simulation）技术，亦称虚拟现实技术，伴随着信息技术、计算机技术、人工智能技术、图形图像技术而兴起，是一种可创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统，它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界。近年来，我国教育部门相继出台《关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》等政策，推动了高职院校虚拟仿真实验室的建设。在这种情形下，高职院校虚拟仿真实验室建设和仿真实训教学工作取得了较大的进展，但是，在仿真实训教学过程中还存在诸多问题，需要在教学实践中不断加以改进。本文试以广西电力职业技术学院建筑设备自动化系统课程的教学为例，分析总结仿真实训教学中存在的问题，提出“一中心三平台三结合”的应对对策，并探讨其在实践中的具体应用。

一、虚拟仿真实训教学中存在的问题

建筑设备自动化系统是广西电力职业技术学院建筑电气工程技术专业、建筑智能化工程技术专业的一门专业核心课程，课程任务是使学生认识建筑设备自动化系统的基本概念、基本构成、网络结构，掌握照明、空调、给排水等监控系统的基本组成、监控对象、监控信息点，通过该课程的学习和实训，使学生能制作照明、空调、给排水等监控系统的监控点表，能根据监控信息点表绘制接线图，能根据接线图完成系统的安装、接線、组网及调试。目前广西电力职业技术学院建设完成1间楼宇智能化系统3D仿真实训室，共48个实训工位，建筑设备自动化系统课程对应仿真实训项目包括控制系统电气安装检测、照明监控系统安装调试、空调风系统安装调试、空调水系统安装调试、给排水系统安装调试。笔者在2017级建筑电气工程技术专业的建筑设备自动化系统教学中开始使用该仿真实训室开展课程的仿真实训教学，实训结束发现效果不尽人意，还存在如下方面的问题：

（一）学生学习兴趣不持久，实训变成应付式

由于实训室的楼宇智能化3D仿真软件是以一栋综合性智能大厦的3D虚拟场景为载体，大厦包含地下一层（设置有停车场等）、一层（设置有大厅、控制室等）、二层（设置有办公室等），软件将场景进行三维可视化模拟仿真，学生在实训过程可以通过键盘、鼠标等工具实现在虚拟场景中快速切换场景、自主行走、全方位任意交互漫游，实训犹如游戏。实训开始的确激起了学生浓厚的学习兴趣，但是随着实训的进行，学生发现仿真实训不等同于游戏，需要相关的理论知识支撑，还需要了解枯燥的规范条件。此外，学生发现仿真实训操作点就是捕捉设备附近某个区域，有时随意点击一通鼠标无须理解相关知识便能完成操作，有时明明很简单的一步操作却因捕捉区域小、难找到而长时间无法完成操作，便会失去学习兴趣，后期的实训变成应付式，实训效果不理想。

（二）仿真实训操作简单化，实训结果理想化

设备安装、管线敷设、系统调试、工艺流程及操作步骤都比较简单，和实际生产现场以及操作相去甚远。例如，系统接线，实际建筑设备自动化系统的接线应包括以下几个步骤：（1）简单制作I/O分配表，确定设备的监控信息点、信息点的类型、合理配置DDC（或其他控制器）的I/O端口;（2）仔细阅读设备、DDC接线端子图，绘制接线图（根据实际情况确定是否需要绘制）;（3）根据I/O分配表（或接线图）完成接线;（4）接线过程注意布线工艺、拨线工艺、接线工艺;（5）通电前线路短路检测。仿真实训只有设备接线这一个步骤，无须制作I/O分配表，则学生在实训过程中即使不知设备类型、无法区分信息点类型、不必查阅设备及DDC接线端子图、不必关注操作过程的各种失误及故障、不必考虑材料的节约问题也能根据给出图纸完成接线任务，实训与理论脱节，无法培养学生分析问题、解决问题的能力，无法训练学生故障检测排除的能力，不利于培养学生认真、严谨、安全、节约的工作意识。

（三）考核评价欠客观，不能反映学生真实水平

仿真实训是在电脑上操作，使用键盘、鼠标便可开展实训。大部分仿真实训软件能开展模拟训练、模拟考核，前者在实训时每个操作系统均会给出一些提示信息以便帮助学生顺利完成，后者则无提示信息，教师一般是通过模拟考核或在仿真考核平台上重新组题来实施仿真实训考核。不管采用哪种考核评价方式，仿真实训考核评价方式都比较单一，与仿真实训操作存在相同的问题：学生在不懂任何相关理论知识、操作规范、工艺流程的情形下，也能顺利通过考核，并且能获得不错的成绩，甚至有些仿真实训软件，可以同时进行模拟训练与模拟考试。这也意味着，学生在进行模拟考试时，打开模拟训练界面，根据模拟训练界面的提示信息，就可以一步步完成另一个界面的模拟考试，即仿真实训教材容易实施“作弊”，考核形同虚设，考核成绩根本无法反映学生真实水平。

二、提升虚拟仿真实践教学质量的对策

（一）校企合作，共同更新开发仿真实训教学软件

企业与学校各有所长，仿真实训教学软件应由双方联合更新/开发，企业主要负责实训项目更新开发，力求仿真实训操作步骤、操作工艺、操作流程与实际相符;校方根据更新开发后的仿真实训项目，建设与仿真实训相关的知识题库，同时精心设计仿真实训任务单（作业），促使学生在训练过程中必须掌握相关的理论知识、操作步骤。

（二）扬长避短，虚拟仿真与实操训练交替进行

虚拟仿真、实操训练各有所长，虚拟仿真实训能有效节约教学成本，容易实施长久反复训练，能形象、立体呈现庞大、复杂的实际工程，能进行像管线敷设等不好开展实操训练的隐蔽工程实训;而实操训练则能弥补仿真实训的不足，能更好地培养学生的安全、认真、严谨等工作意识，能更好地培养学生团队合作、分析问题、解决问题等能力。因此，应虚拟仿真与实操训练相结合，以更好地提升实践教学质量。

（三）多方评价，同时开展理论与实训考核

实践教学质量通过考核评价衡量，合理有效地考核评价方式至关重要，仿真实训与实操训练相辅相成，实践教学离不开理论支撑，所以实践教学的考核应分多次进行仿真实训考核、理论考核、实操训练考核、理论考核。

三、“一中心三平台三结合”教学新模式的构建与实践

（一）“一中心三平台三结合”教学新模式的构建

在实践教学过程中，仿真实训虽然解决了实操实训许多难以突破的难题，赢得各大高校的青睐，但其存在的不足同样不可忽略。笔者认为不管是利用实操训练平台开展实训教学，还是利用仿真实训教学平台开展实训教学，其目的都是为了锻炼学生的实践操作技能，而实践操作技能并非一朝一夕便能练就，與真实的实训项目、长久的反复训练、必要的理论知识、有效的考核评价方式等因素密切相关。

根据广西电力职业技术学院建筑电气工程技术专业实践教学存在的问题，综合现有的实践教学条件，结合笔者多年的实践教学经验，笔者构建了“一中心三平台三结合”教学新模式。“一中心三平台三结合”就是围绕锻炼学生实践操作技能为中心，依托仿真实训平台、实操训练平台、学校的THEOL在线综合平台，开展理实结合、虚拟仿真与实际操作结合、线上线下结合的实践教学，如图1所示。

（二）“一中心三平台三结合”教学新模式的实践

1.选取对象

为了验证上述教学新模式的有效性，笔者在广西电力职业技术学院建筑电气工程技术专业2018级的建筑设备自动化系统课程进行了改革试点。该课程采用理实一体化教学，共60个学时，其中理论教学20学时，实训教学40学时，针对学时较少的情况，主要完成照明监控系统、中央空调监控系统的学习，其中仿真实训24个学时，实操实训16个学时，仿真实训主要包括：系统认知、主要设备安装、系统接线、系统组网调试。实操实训主要包括系统设备安装、接线、系统组网调试。

2.实施改革

第一阶段，校企合作，更新现有楼宇智能化3D仿真软件。一是企业根据校方教师学生使用反馈意见，结合工程建筑设备自动化系统工程实际，细化并规范了系统接线的实训操作流程，增加了系统监控设备布置图、监控原理图等图纸识读实训任务，缩短了系统设备安装过程设备固定时间，更新后的仿真实训项目更加贴近实际工程施工流程，更加符合学生学习认知规律，例如，系统接线实训任务包含：制作IO分配表→查阅设备接线端子图，制作I/O分配表→系统接线→通电前的系统检测。二是教师根据企业更新后的实训项目，在学校的THEOL在线综合平台建设建筑设备自动化系统的教学资源及题库，教学资源包括实操/仿真实训项目的操作视频、操作流程、教学课件等，题库包括理论知识题库、仿真实训相关知识题库、实操训练相关知识题库。

第二阶段，精心设计实训任务单。针对2018年建筑设备自动化系统仿真实训出现的“学习兴趣不持久、实训变成应付”等问题，2019年开课前，笔者精心设计建筑设备自动化系统仿真实训任务单，把仿真训练过程需要掌握的设备识别、操作步骤、操作规范、管线敷设等知识点以图纸识读、填空题、选择题或简答题等形式列出，并要求完成相关任务的模拟测试。

第三阶段，改进考核评价方式。针对改革前出现的考核评价方式单一、理论与实践脱节、考核不能反映学生真实水平等问题，改进考核评价方式：基础知识理论考核—仿真模拟测试—仿真理论知识考核—实操考核—课程综合理论考核，实训考核结合理论考核，共同评定学生课程学习效果。

第四阶段，实施教学。第一步：利用20个学时学习建筑设备自动化系统的基本知识，包括建筑设备自动化系统的基本概念、系统构成、组网形式、DDC的接口类型及照明监控系统、中央空调系统的安装调试的基本组成、监控对象、监控信息点。第二步：利用24个学时开展控制系统电气安装检测、照明监控系统、空调风系统及空调水系统的安装调试的仿真实训。学生登录课程网站观看相关操作视频—根据教师下发实训任务单认真完成实训任务—任务单上传课程网站—仿真模拟考试—在课程网站完成相关仿真理论测试。第三步：利用16个学时开展照明监控系统、中央空调系统的安装调试的仿真实训。学生登录课程网站观看相关操作视频—根据教师下发实训任务单认真完成实训任务—教师考核评分—在课程网站完成课程理论测试。

3.实施效果

提取改革前后学生平均仿真实训时间（以照明监控系统接线为例）、仿真考核成绩、实操训练时间（以照明监控系统接线为例）、实操考核成绩、课程考核成绩做比较，结果如图2所示。

由图可见，改革后学生平均仿真训练的时间增加了1倍，但实操训练的时间则减少了三分之一;仿真考核成绩没有太多的变化，但实操考核成绩提高了18%，课程总体考核成绩提高了50%，即改革后课程的实践教学质量明显增强。

仿真实训和实操实训各有利弊，理论知识与实践操作相辅相成，完善的课程网站资源能为师生提供便利学习考核平台，理论与实际结合、虚拟仿真与实际操作结合、线上与线下结合，依托仿真实训教学、实操训练、THEOL在线综合三平台开展实践教学，能有效提升学生的实践操作技能。

【参考文献】

[1]陈劼人.社会媒体注意力欺骗行为研究[D].杭州：浙江工业大学，2016.

[2]周丽楠.卓越工程师背景下过控专业化工仿真实训的探索与实践[C].第十三届全国高等学校过程装备与控制工程专业教学与科研校际交流会论文集，2013.

【基金项目】广西壮族自治区职业教育示范特色专业及实训基地建设项目“广西电力职业技术学院建筑电气工程技术示范特色专业及实训基地建设”（2017Q104）

【作者简介】陆 茵（1978— ），女，广西岑溪人，硕士，广西电力职业技术学院讲师，研究方向：自动化、建筑电气工程技术。

（责编 何田田）