开放仿真实训室在拓展学生自主学习空间中的应用

［摘 要］ 深入探讨了开放仿真实训室在职业教育中的应用及其对提升学生实际操作能力和技术理解的显著影响，通过分析同济大学轨道交通车辆专业和北京交通大学城市轨道交通仿真实训基地的案例，展示了仿真实训室如何在安全、无风险的环境中提供真实感十足的操作体验，从而大幅提高学生的学习效率和操作技能。此外，还探讨了仿真实训室在促进学生自主学习和创新思维方面的重要作用，以及如何通过理论与实践的紧密结合提高教学质量。

［关 键 词］ 仿真实验室；职校教学；自主学习

［中图分类号］ G710 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）20-0137-04

在科技迅速发展和信息时代的背景下，传统教育模式正面临着转型的需求，特别是在职业教育领域，开放仿真实训室作为一种创新的教学工具显著改善了教学质量和学习效果。这种教学模式通过整合最新的数字技术，如虚拟现实（VR）和增强现实（AR），创建了一个模拟真实操作环境的学习平台，旨在为学生提供无风险、高度互动的学习体验。本文将探讨开放仿真实训室在职业技术教育中的应用，分析其如何帮助学生更好地理解和掌握专业技能，同时提升他们的创新思维和自主学习能力。通过具体案例，展示这种教学模式如何有效地提高学生的操作技能，增强他们的职业竞争力，以及如何为职业教育带来深远的影响。

一、仿真实训室简介

在信息技术迅速发展的当代，仿真实训室已经成为高职教育创新性实验教学环境的典范，成为教育现代化不可或缺的一部分。通过利用最新的仿真现实（VR）、增强现实（AR）等数字化技术，这种教学空间为学生提供了既广泛又富于互动性的学习环境，显著扩展了学生的自主学习空间。其高度的模拟性和互动性使学生能够在几乎真实的仿真环境中沉浸式地学习和实践专业技能，如在仿真工厂环境中模拟生产流程，进行机械操作和故障诊断等，降低了真实环境操作的成本和风险。同时，仿真实训室的高度灵活性和可定制性使教师能够根据教学需求设计多样化的仿真场景和任务，学生也可以根据个人兴趣和学习进度选择不同的学习内容，促进个性化学习和创新思维的发展。此外，紧密结合职业岗位和产业发展需求的教育内容设计，使学生在模拟的工作环境中不仅学习技术技能，还培养了职业素养和问题解决能力，从而提高了就业竞争力。仿真实训室还具备强大的数据分析和反馈能力，教师可以实时监控和评估学生的学习进度和效果，及时调整教学策略，学生也能通过数据反馈进行自我调整和优化。总之，仿真实训室作为一种创新的教学模式，为学生提供了安全、经济、高效的学习环境，通过模拟真实的工作场景，提高了教育的实用性和针对性，为培养高素质、高技能的技术人才，满足社会和市场需求提供了广阔的空间。

二、仿真技术引领的教育革新及其实践意义

（一）仿真实训室引领教育变革

在教育技术领域的最新进展中，开放仿真实训室以其独特的概念和技术革新，重新界定了传统教学和技术的边界，为学习者提供了创新的、高度交互的学习环境。这个环境不仅是一个物理的空间，更是一个整合了增强现实（AR）、仿真现实（VR）、混合现实（MR）等尖端技术的综合教育平台。通过这些仿真技术的应用，开放仿真实训室能够创造出模拟真实世界操作和场景的学习空间，从而突破了传统课堂教学的物理限制，为学习者提供了一种全新的、沉浸式的学习体验。例如，AR技术能够在学生的视野中添加数字化信息“增强”现实世界的视觉效果，极大地提升了学习的互动性和趣味性；而VR技术则通过创建完全仿真的环境，让学生沉浸其中，进行实际操作的模拟，这种沉浸式体验不仅提高了学生的学习积极性，还能安全地让学生进行大量的实践操作；MR技术则结合了AR和VR的优点，不仅能在真实环境中加入仿真对象，还能让用户与这些对象实时互动，从而创造出既具真实感又充满交互性的学习体验。

开放仿真实训室的这些核心技术革新，为传统教育和职业技能培训提供了全新的教学方式和路径。通过利用AR技术，学生可以在观察真实物体的同时获取额外的信息，深化对专业知识的理解；利用VR技术，在风险零的条件下进行实际操作练习，提升操作技能和问题解决能力；而MR技术的应用，则使学生可以在模拟的工作环境中与仿真设备或机器人互动，不仅提高了技术技能，还激发了创新思维。这种高度仿真的学习环境，不仅重塑了教育空间，还为学习者提供了无界限的、高度互动和沉浸式的学习体验，无疑将对未来的教育方式和效果产生深远的影响。

（二）仿真实训室在职业教育中的重要性

随着科技的持续进步和职业教育模式的不断创新，仿真实训室在职业院校教学中的地位日益重要。仿真实训室，作为一种基于计算机技术与仿真现实技术的实训环境，能够精确模拟实际工作流程和操作环境，为学生提供一个既安全又高效的实践操作平台。其在职业教育中的重要性主要表现在以下几个方面。

1.仿真实验室能有效提升学生的实践操作能力

在仿真环境中，学生能够模拟真实的工作流程，通过反复实践，逐步掌握相关技能和知识。这种以实践为导向的学习方式，不仅有助于加深学生的理论理解，更能培养学生的动手能力和创新思维，为其未来的职业生涯奠定坚实基础。

2.仿真实训室为教学提供了灵活多样的教学手段

相较于传统实验室，仿真实训室具有更高的可塑性和可扩展性，能够满足教师根据不同教学目标和课程需求，定制个性化的教学内容和实验场景。同时，仿真实训室还支持远程教学和协作学习，为学生提供了更加便捷和高效的学习方式。

3.仿真实训室有助于降低教学成本并提高教学安全性

在实际工作环境中，一些高风险或具有潜在安全隐患的实验操作往往难以进行。而仿真实训室则能在保证教学效果的同时，显著降低教学成本和安全风险。通过模拟实验，学生可以在安全的环境中进行高风险的操作实践，从而避免了真实环境中的潜在危险。

综上所述，仿真实训室在职业教育中发挥着至关重要的作用。它不仅提升了学生的实践操作能力，还为教师提供了灵活多样的教学手段，并降低了教学成本和安全风险。因此，随着科技的不断发展和职业教育模式的持续创新，仿真实训室将成为职业教育教学的重要发展方向。

三、仿真实训室智能网联汽车教学应用

仿真实训室建设是高职院校教学改革的重要组成部分，它为学生创造了一个与现实工作相适应的学习空间，对培养学生的自主学习与动手能力具有重要意义。在这里，学员可以自由地进行实验，探索不同的职业技能，并培养创造性思考与动手能力。模拟实训室灵活、互动的特点，为学生提供了个性化的学习途径，提高了教学效率，同时适应了不同的学生。丰富的互动教学经验，增进学生间的协作与交流，发展团队协作精神。即时的反馈与自评的环境，可以帮助学生即时掌握自己的学习进度，并培养自己的自学与自我控制的技巧。开放的模拟实训室为学生提供了更多的学习机会，让他们可以根据自己的实际情况，灵活地分配自己的学习时间。

（一）普通高等学校应用实践案例

本文从开放式教育的角度出发，结合“智能网联汽车”课程的特点，提出一种基于“模拟教学法”的教学模式。这一系统利用模拟现实技术和传统教学相结合的优点，通过新型的“虚拟现实”技术，构建了一种新型的交互式协作教学模式。为保证该系统的高效运行，本项目拟组建一个面向开放大学的“智能网联汽车”专业模拟与实验研究小组。该小组将负责对高质量模拟训练资源进行整合，促进资源的开放共享与可持续利用，保证教学内容与产业需要密切联系，以适应我国开放教育对高素质人才的需要。

本项目的研究内容主要包括：（1）智能网联汽车的预交检测（PDI）和售后预检。（2）先进的驾驶辅助系统（ADAS）组件的替换和探测。（3）对智能驾驶舱进行设置和匹配。在每一模块中，都会针对不同的课程设置不同的学习内容，从而使学生对ITS的一些核心技术有更深入的了解。本项目的研究目标是为开放大学的智能网联汽车专业提供一个综合、高效、创新的学习平台，为将来的科技发展提供高质量的专业人才。将已有的材料BftZmn8FApzjDz8lbmGcpQ==和资源整合起来，建立适用于远程教学的模拟课程模型，使学生的学习效率得到极大的提升。

（二）完善智能网联汽车仿真实训模式

通过对电子辅助驾驶辅助设备零部件的更新和检测，发现采用传统的教学方式，效果并不理想。如果不进行实践训练，学生很难真正掌握操作过程，也不能很好地完成所要做的工作。为了解决这一问题，亟须建立一种更为完整的模拟训练模式，以弥补目前教学手段的缺陷。智能网联汽车以计算机物联网、大数据云模式等为基础，通过先进的环境感知系统，实现人—车—路—网的互联与信息交互，是车辆技术发展的新趋势。但是，在实践训练中，由于智能网联汽车硬件价格昂贵，重复的拆卸与安装不但会给整个系统带来巨大的负担，传统的训练模式也因其复杂程度而不能将教学内容直观地展现出来，很难实现高职教育的高水平与高要求。

通过引进模拟训练模式，可以很好地解决这个问题。它突破了传统培训场所、硬件及人员的约束，为学员提供无风险、高效的学习环境，让学员能够在模拟的环境中重复进行多次练习，这不仅可以极大地降低设备的消耗，还可以减少教学成本。在这样高仿真的训练中，既能让学生更好地了解智能网联汽车的各种技术特征和工作过程，又能提高他们的问题解决能力和创造性思维。仿真模拟训练模式是一种崭新的方法，能够在高仿真的训练环境下，激发学员的学习积极性与兴趣，深化对专业知识的认识，为培养高质量的智能网联汽车技术人才提供强有力的支撑，为高职院校的创新发展开拓了一条新的道路。

（三）智能网联汽车仿真平台设计

本课题以智能网联汽车为研究对象，通过三维仿真技术，建立真实环境下的保障培训情景，并在此基础上将所提学习任务嵌入平台软件。整个系统分为基础结构仿真部分、各系统的检查维护仿真部分、理论知识学习部分和仿真考核部分。在基础构造仿真中，仿真了ITS的维修车间，采用电脑模拟驾驶员操作，通过按键操作达到对车辆外形、工具选择与使用，车辆防护等功能。

通过对不同系统的检测与维修仿真，学生可以按照各自的要求，对不同的系统进行检测、拆解、校准等工作，也可以在真实的环境下对车辆进行试验，并对其维修效果进行验证。通过对故障诊断的培训，学生可以通过对故障现象的观察，并与性能试验的结果相结合，分析、排除和判断可能存在的故障点。当故障点被准确排除后，仿真软件才可以继续下一步骤，并记录结果。如果不能对问题做出精确的判定，则无法进行下一步骤的调试，同时也会给出提示，引导学生找到正确的故障点。

四、ITS模拟教学模式应用

（一）提高学生的学习兴趣

通过智能网联汽车仿真教学的应用，复杂的教学程序得以简化，实现了理论与实践的无缝结合。这种教学方式不仅侧重于直观的实际操作体验，还巧妙地将理论知识融入仿真的实际场景之中，从而使学生在学习过程中能够更加深入地理解智能网联汽车的工作原理和操作方法。在原理教学方面，仿真技术能够更为直观地展现智能网联汽车各个领域的配件如何相互联系、协同工作，以及人机互联等装置的具体操作过程。这种生动、直观的学习方式突破了传统教学的局限性，极大地激发了学生的学习动力和兴趣。智能网联汽车的仿真教学还利用高度逼真的仿真环境，让学生在安全无风险的条件下进行各种操作实践和故障诊断，这不仅节省了大量的物理资源，还避免了实际操作中可能出现的安全事故。学生可以通过重复实践，加深对智能网联汽车系统的理解和掌握，提高解决实际问题的能力。

仿真教学通过模拟真实的道路驾驶环境、交通状况和突发事件，使学生能够在多样化的驾驶场景中体验智能网联汽车的各项技术功能，如自动驾驶、车联网通信等。这种教学方法不仅加强了学生对智能网联汽车技术特性的认识，还培养了他们在复杂环境下的应急处理能力和决策能力。通过智能网联汽车仿真教学，学生不仅能够获得丰富的知识和技能，还能够培养出创新思维和团队协作能力。在仿真的环境中，学生可以自主探索、尝试创新的解决方案，与同学进行交流和协作，共同完成任务。这种教学模式为学生提供了一个广阔的学习平台，不仅提升了他们的专业技能，还为他们未来在智能网联汽车领域的职业发展奠定了坚实的基础。

（二）提高教学过程的有效性

模拟技术是一种非常有效的方法，可以很好地解决传统远程教学中理论和实践相分离的问题。利用虚拟培训平台，实现了教学与实践的有机融合，对现实情境的仿真，使学生对所学的理论与技能进行了直观、生动的学习。二者的密切结合，不但使教学手段的有效性得到了极大的提高，而且使教学质量得到了很大的改善。在这个平台上，将展示ITS的多个技术领域，加深学生对ITS的认识，并训练他们的专业能力与创造性思维。

更进一步，仿真技术提供了一个多维度的学习平台，学生可以在没有时间和空间限制的情况下，自主选择学习内容，按照自己的节奏进行学习和实践。这种灵活性和自主性极大地提升了学生的学习效率和学习兴趣，为他们提供了广阔的探索空间和无限的可能性。同时，仿真实训中的实时反馈和评估机制，让学生能够即时了解自己的学习进展和存在的问题，有效地指导他们进行自我调整和优化，从而实现自我超越。此外，仿真技术在智能网联汽车教学中的应用，还培养了一批具有高度职业素养和强大问题解决能力的技术人才。这些人才不仅掌握了先进的知识和技术，更重要的是，他们能够在未来的职业生涯中，对智能网联汽车技术的发展作出贡献，推动整个行业的进步。

总之，仿真技术的引入为汽车专业教学提供了一个创新的平台，不仅使教学内容和管理模式更加多元化和灵活，还为学生提供了接近真实的学习和实践环境。这种教学模式不仅提升了学生的学习效率和职业技能，还为智能网联汽车行业的发展培养了大量高素质、高技能的专业人才，对于满足社会和市场的需求具有重要的意义。

（三）改善教学方式

在汽车专业的传统教学中，一般采用的是教师与学生之间面对面交流、单向的管理方式，这对激发学生的学习兴趣和改进技巧的作用是有限的。但是，模拟技术的引进，改变了传统的教学方式。尤其是将模拟技术运用到智能网联汽车教学中，更能显示出该技术的优越性。传统的远程教学很难实现教学内容和实践的有机结合，而模拟训练平台则把理论和实践有机地结合在一起，为学生提供了逼真的、交互式的学习环境。二者的有机结合，不但改进了教学手段，而且为提高教学质量提供了强有力的保证。

五、结束语

仿真实训室为学生提供了既安全又实际的高度模拟工作环境，使学生能够在无风险的条件下进行复杂和危险的操作练习，同时通过真实模拟的操作过程深化了他们对专业知识的理解和应用。其灵活性和可定制性赋予了学生广泛的个性化学习机会，不仅激发了他们的学习兴趣和创新思维，还允许他们根据个人兴趣和需求选择学习内容和难度，通过自主学习和实践提高学习效率，培养创新和问题解决能力。作为创新教学工具的仿真实训室，在职业教育中扮演着至关重要的角色，提供了安全、高效和互动性强的学习环境。通过个性化学习路径、丰富的交互式学习工具和实时反馈机制，仿真实训室极大地促进了学生的自主学习能力、实际操作技能和创新思维的提升，对培养符合未来工作需求的高素质技术人才具有重要意义。

参考文献：

［1］ 吕伟才，余学祥，徐克立.仿真实验室与仿真实验在测绘教学中的应用［J］.互联网周刊，2023（22）：78-80.

［2］ 刘凯琳.仿真技术在中职机械基础课程教学中的应用研究［D］.贵阳：贵州师范大学，2023.

［3］ 韩粤华.“理实一体化”理念下仿真技术在中职机械基础课程中的应用研究［D］.贵阳：贵州师范大学，2023.

［4］ 杜蕾.地质工程仿真实验室建设思考［J］.当代化工研究，2023（15）：150-152.

［5］ 彭其渊，李力，文超，等.面向协同决策能力培养的轨道交通仿真实验教学改革［J］.高等工程教育研究，2022（4）：81-85，115.

◎编辑 马花萍