开放式虚拟仿真实验室在高职实践教学中的应用探究

李倩，张宁仙，李文昌

开放式虚拟仿真实验室在高职实践教学中的应用探究

李倩，张宁仙，李文昌

（渭南职业技术学院，陕西 渭南 710004）

随着虚拟仿真技术的发展和普及，高职院校纷纷利用虚拟仿真技术辅助高职教学，解决了实验、实训设备短缺的问题，同时也加强了学生动手能力和创新能力的培养。

虚拟仿真；实践教学；实验室；实训设备

1 虚拟仿真技术发展概述

多媒体、仿真技术、虚拟现实等科技的迅速发展，ARVR成为热门词汇，因此，将仿真技术与虚拟现实技术相结合形成了一种更高级的仿真技术。习主席在主旨演讲中也明确指出：“虚拟现实等新经济日新月异，虚拟经济与实体经济的结合，将给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化。”同一周内，国家发改委更是提出专项建设虚拟仿真技术国家工程实验室。我们能够明确看出虚拟仿真技术的推动和应用，将会逐步深入到经济、文化、行业，甚至生活的每一个领域。虚拟仿真实验室本质是一个平台，它为使用者提供一种特别的、分布式的解决问题环境。它的理论基础是计算机虚拟原型，并在此基础之上用全新的手段和形式进行设计研究，创造出一个能交互的虚拟环境，这就是虚拟仿真实验室。近几年来，随着虚拟仿真实验技术的日渐成熟和日益广泛的应用，在教育领域，虚拟仿真实验室的应用也越来越广泛，在高校的科研工作、实验实践教学方面都具有很多优点，比如利用率比较高、容易维护等。近年来，根据自身的科研发展和教学需求，国内的很多高校也都建立了自己的虚拟仿真实验室。

2 传统实践教学中存在的不足

高等职业教育的培养目标即是培养一大批“高素质、技能型的人才”，主要强调知识的实际应用。而实践实训教学是职业教育教学过程的重要环节，对高等职教育来讲，实践实训教学质量的高低，在很大程度上决定了学生的实践能力和职业能力。

随着教学改革的发展，职业教育中逐渐以项目教学”“理实”一体化等教学模式替代了之前的教师主讲学生主听的传统的教学模式。在这几种新的教学模式下，一般采用两种技能训练方式：第一种是实验箱提供几个固定的实验，学生只需要做的就是按图和实验指导连好线，然后输入固定程序即可完成，学生的动手机会较少，无法真正地参与实验中，领会精髓；第二种则是制作部分实验或实物，进行安装、试验、调试等，极大地提高了学生的动手操作能力，但在实际的操作过程中受到设备的数量和品种等方面的限制，并且耗时大，占用课时多，耗材消耗量也大，成本较高。在高职教学中，动手能力的培养是关键。但很多实训设备的采购花费往往少则几千几万，多则几十上百万，对学校和地方财政来说压力较大，在一些经济稍欠发达地区，实训设备由于资金限制而无法投入教学中或投入有限，以至于教学效果大打折扣，学生的动手能力无法得到训练和提高。

3 开放式虚拟仿真实验室在实践教学中的应用现状

随着虚拟仿真技术的不断发展，开放式虚拟世界慢慢成熟起来，国内外的很多研究机构也更关注虚拟仿真技术在教育领域的研究和应用。很多公开运营的虚拟仿真技术通过一台可以联网的电脑就可以提供多样性和动态性的感观体验，大多数的虚拟仿真技术都集成了基于文本和音频的即时通讯功能，用户的交流更方便，开展了各层次的教育研究项目。

目前，国外虚拟仿真实验室建设有名的有麻省理工学院的微电子在线实验室和休斯顿大学的虚拟物理实验室，乔治梅森大学的动态虚拟环境中的流体实时虚拟系统以及北卡罗来纳大学的虚拟物理实验室LAAP。在国内，也出现了很多优秀的开放式虚拟仿真技术的教育支持系统。很多大学和研究机构也纷纷利用虚拟仿真技术建立起虚拟的场景进行相关领域的教学与研究。中国科技大学开发出了基于虚拟仿真的教学仪器系统——用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强大的网络、通讯、电子三门学科为基础，为了解决高校越来越紧张的实验设备、实验场地等实验教学的问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过研究，开发出配套的可在校园网络上开展的虚拟实验系统。

虚拟仿真实验室和这些具体的实训设备相比价格更低，更容易实现，所以近年来很多高职院校纷纷利用虚拟仿真技术辅助高职教学，可以解决实验、实训设备短缺的问题。虚拟仿真实验室虽然开发成本略高，但真正运用起来成本偏低，基于VR在可视化方面的优势和可以交互的虚拟物体的功能，虚拟仿真技术减少了部分实际实验中的耗材，极大降低了在实践实训过程中的成本。

但是，目前大多数高职院校的虚拟仿真实验室的建设依托专业的软件公司设计维护，多偏重在网络上软、硬件资源的共享，而忽略了实验内容本身；另一方面，虚拟实验资源的建设过程中缺乏规范化，很多高校的教研室、教师具有很好的教学资源，却只在自己的平台上使用，高职院校之间的共享机制还不完善成熟，造成资源的极大浪费。

4 开放式虚拟仿真实验平台与传统实践教学的对比

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》以及《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》等文件精神为指导，基于建构主义学习理论，按照高等职业教育工学结合课程改革的基本要求，以就业为导向，以培养高等技术应用性专门人才为根本任务，以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线来实施。

本次实验以我校汽车检测与维修专业的学生为实践应用研究对象，结合汽车仿真实训室的条件，根据高职院校学生特点以及专业特点，现将虚拟仿真实验室在实践教学中的作用与传统实践教学对比，以及整个专业在今后的教学中的设想总结如下：①打破了传统教学模式的局限，构建虚拟仿真实践教学的新模式。在传统的教学过程中，实验实训和课堂理论两种教学相辅相成，实验实训教学主要对该课程的理论进行科学验证或是展开演绎，从而使学生加深对理论认识的理解，同时达到培养学生创新意识和科学严谨作风的目的。在传统实验实训中，既耗时耗力又耗材，由于受资金、时间、地点等的束缚，学生无法多次实验以达到熟练的效果。虚拟仿真技术弥补了这方面的不足，学生可以不用再受时间地点的限制去进行实验实训，也可以反复进行，熟悉实验过程，进一步提升学生的学习兴趣，主动探索精神，在这个过程中，教师可以引导学生对所做实验进行数值模拟研究，学生主动进行扩展研究。在今后的教学中，针对不同的专业课程，制订出不同的具体教学方案，逐步应用在以后的教学实践中，探索出虚拟仿真实验室在专业课程中的最佳应用办法。②虚拟仿真实验平台加强了学生动手能力和创新能力的培养。在传统的实验实训教学过程中，大多都以验证性为主，实验实训的内容比较单一，学生没有思考环节，只需要按照实验的步骤完成，在整个实验实训过程中，学生的自我设计能力和创新能力得不到培养。虚拟仿真实验条件下，各种设计性实验内容可以灵活增加，学生可以根据实验实训要求，独立设计方案，检测结果，实时进行分析。因此，虚拟仿真实验不仅能锻炼学生的动手能力，更锻炼了学生的独立思考和设计能力，更有利于培养出社会需要的具有创新精神和实践能力的人才。③以学习者特征和企业人才需求为基础，构建适合企业需求的虚拟教学环境推进教学改革。在前期通过问卷调查和访谈的方式对学生的学情、学习需求进行了认真细致的调查、分析，更加深入地了解了学生的学习基础、年龄特征和学习需求。高职学生的学习基础较差，高中期间的学习基础差、学习习惯不好成为了他们在大学期间听不懂、学不会的原因；学生存在“及格万岁”的心理，他们来到大学就是混日子等着拿毕业证，恋爱、玩游戏、睡觉成为生活中的主要事项，没有明确的学习目标，没有清晰的发展定位；学生的主动学习能力比较差，应试教育模式使他们习惯被动接受知识，习惯了教师在课堂上主要讲授、学生听、记笔记的死板的教学方式，习惯于临阵磨刀、死记硬背的方式；对学习没有兴趣，目前的学生基本都是00后，他们身上有着明显的时代特点，朝气蓬勃，对新鲜东西和事物充满好奇，兴趣较大而且接受能力较强。基于以上高职学生的特点，教师在在组织教学内容、开展教学活动时，带入本专业的行业最新技术、来自一线的工程案例和企业真正需求，借助于虚拟仿真实验平台，构建出接近现实工作场景的教学情境，充分发挥学生的主体作用，引导学生自主探究，提高课堂教学的效果。④开放式虚拟实验平台对学生自主学习能力和学习兴趣的培养。学生如果仅掌握理论知识，而无法应用于实践，则无法满足今后的工作需求。开放式虚拟实验平台为学生进行实践操作和创新提供了极大的便利和可能，提高了学生的自主学习能力；通过指导教师的引导来增强学生的学习兴趣。爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的教师。”学生对知识有了兴趣才会主动地去探索、去求知、去学习。在开放式虚拟实验平台上，学生可以根据自己的需求自主选择适合自己的学习资源和学习进度，调动学生的学习积极性，和传统的教学模式相比，更有利于达到实验实训的目的。

5 结语

虚拟仿真技术的高效率、低成本、丰富的内容、良好的互动、多样式的情境等优势被越来越多地应用和推广，但由于学生的自主学习自我约束力还较差，放任学生自己去实践显然不切合实际，所以，需要教师精心设计课程内容，引导学生一步步去学习，将“项目教学”“理实”一体化和虚拟仿真教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，从而达到更好的教学效果。

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2095－6835（2020）24－0153－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.058

李倩（1981—），女，陕西咸阳人，研究生，教师，讲师，研究方向为计算机应用基础教学。

〔编辑：张思楠〕