動態(tài)模擬仿真在高校工科教學(xué)中的探索與應(yīng)用

李穎+張亮+后振中+張立+魯杰+梁晨+魏啟兵

摘要：本文介紹了動態(tài)模擬仿真在教學(xué)中的應(yīng)用，提出現(xiàn)有教學(xué)存在的問題，以高校工科的教學(xué)為特點，從學(xué)生的需求出發(fā)，以現(xiàn)有教學(xué)條件為基礎(chǔ)，采用動態(tài)模擬仿真的教學(xué)方法，解決單一講授、黑板平面演示等傳統(tǒng)單一、不生動的靜態(tài)教學(xué)方式，探索了以研發(fā)和生產(chǎn)能力相關(guān)專業(yè)教學(xué)模式的改革，討論了將動態(tài)模擬仿真這種新的教學(xué)理念引入教學(xué)環(huán)節(jié)的效果和意義。這說明改變以往的理論授課方式，利用動態(tài)的三維立體圖像能使學(xué)生極大程度的掌握生產(chǎn)流程，彌補(bǔ)學(xué)生無法及時深入生產(chǎn)第一線的不足;激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化了學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)了學(xué)生思考和解決問題的能力。利用教學(xué)反饋不斷的改進(jìn)教學(xué)方法提高課堂教學(xué)水平，培養(yǎng)適應(yīng)本專業(yè)發(fā)展潮流的高素質(zhì)專業(yè)人才，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：動態(tài)演示;流程模擬;教學(xué)模式;生產(chǎn)流程;課堂互動

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）20-0130-02

動態(tài)模擬仿真技術(shù)（Simulation）是一門包含多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)演示[1-3]。仿真技術(shù)主要是以某種對象為參考藍(lán)本，利用機(jī)械制作或手工組裝將對象模擬一個實體的技術(shù)[4，5]。其誕生之初系用于軍事科研用途，其后運用于各個領(lǐng)域，包括高聚物反應(yīng)過程的仿真模擬。用動態(tài)仿真的動畫流程全面展現(xiàn)高聚物反應(yīng)過程[6-8]，模擬高聚物的合成現(xiàn)場，使學(xué)生對學(xué)習(xí)理論知識不感到枯燥，反而有強(qiáng)烈的興趣。切實領(lǐng)導(dǎo)好學(xué)生的思考過程，發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力和獨立獲取知識、運用知識的能力。

一、教學(xué)過程中存在的問題

1.在傳統(tǒng)的高校工科專業(yè)教學(xué)中，學(xué)生從屬于被動的地位，教師授課以平面授課為主，講解方式單一。特別是專業(yè)課程，由于涉及的內(nèi)容較多，學(xué)生之前所學(xué)的基礎(chǔ)知識不同，教材中所介紹的示例內(nèi)容較為簡單，對相關(guān)的實踐環(huán)節(jié)的知識點也沒有過多提及，學(xué)生不能很好地理解所敘述的例子。

2.急于求成的現(xiàn)象。現(xiàn)代工程領(lǐng)域中，高度的自動化、連續(xù)化和集成化，甚至有些行業(yè)易燃、易爆、危險性大，生產(chǎn)過程在嚴(yán)密的監(jiān)控下實施。

3.對于大多數(shù)的生產(chǎn)流程不能在課堂上重現(xiàn)，因此在工科教學(xué)的環(huán)節(jié)中，學(xué)生只能根據(jù)教材被動的看，被動的聽，只是接收平面、二維、靜態(tài)的畫面，無法提高學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題以及動手的能力，更難以深入實際。這也是工科教學(xué)中長期面臨的一個問題，為此急需一種適用的教學(xué)模式和教學(xué)手段來解決這一問題，進(jìn)行教學(xué)改革，以期提高教學(xué)效果。

二、動態(tài)模擬仿真

隨著計算機(jī)的問世與科技的進(jìn)一步發(fā)展，對高等教育和教學(xué)提出了不同以往的挑戰(zhàn)與要求。教學(xué)大綱的反復(fù)修訂對教師的授課模式有新的規(guī)劃，如何將經(jīng)典、傳統(tǒng)的授課內(nèi)容形象化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是擺在教師面前的首要問題。計算機(jī)仿真技術(shù)的問世與應(yīng)用，改變了高校教育模式。全流程仿真技術(shù)的運用就是基于其原本的綜合呈現(xiàn)這一屬性，將機(jī)械仿真技術(shù)和計算機(jī)成像技術(shù)結(jié)合，通過合理的畫面演示及計算機(jī)圖像呈現(xiàn)，把對象主體活生生地展現(xiàn)出來[9，10]。這種技術(shù)在聚合物反應(yīng)過程演示中運用得日益廣泛。通過模擬真實的現(xiàn)場工藝過程，逼真地將枯燥的生產(chǎn)環(huán)節(jié)及分析儀器等形象呈現(xiàn)于學(xué)生面前，讓學(xué)生感受真實的化工生產(chǎn)環(huán)境，極大程度地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，這種互動教學(xué)的課堂氛圍無疑提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及對知識的掌握程度。

三、動態(tài)模擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

按照社會和企業(yè)的要求解構(gòu)現(xiàn)行的學(xué)科課程體系，整合重構(gòu)建立突出研發(fā)和生產(chǎn)能力培養(yǎng)的課程體系。根據(jù)職業(yè)能力的要求，確定教學(xué)項目，包括學(xué)習(xí)項目和拓展項目，采用小型生產(chǎn)進(jìn)實驗室，大型生產(chǎn)采用全流程仿真系統(tǒng)模擬的形式，整個學(xué)習(xí)過程中知識和能力的訓(xùn)練安排體現(xiàn)漸進(jìn)性。以聚合物合成這一課程為例，闡述動態(tài)模擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，弄清高聚物聚合原理與合成工藝的關(guān)系，對學(xué)生進(jìn)行生產(chǎn)工藝觀點的培養(yǎng)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生在教學(xué)科研和生產(chǎn)活動中分析問題、解決問題的能力的目的，同時對今后更深入的學(xué)習(xí)其他專業(yè)課打好基礎(chǔ)，具有重要意義。

1.理清聚合物合成的總的反應(yīng)流程，如圖1所示。

2.具體再根據(jù)每一種聚合物的聚合特點，設(shè)計反應(yīng)流程。以懸浮聚合為例，設(shè)計反應(yīng)流程，如圖2所示。

3.最后建立聚合物合成動態(tài)仿真系統(tǒng)，設(shè)立專業(yè)教學(xué)資源庫。以計算機(jī)技術(shù)為依托，以文本資源、視頻資源和圖片資源為后盾，在學(xué)習(xí)課本知識的基礎(chǔ)上，觀摩動態(tài)仿真的流程，可使學(xué)生真正了解聚合物合成的過程，并留下深刻印象，學(xué)以致用。以前述步驟為基礎(chǔ)，創(chuàng)建聚合物合成動態(tài)模擬仿真系統(tǒng)，表1所示全流程動態(tài)仿真系統(tǒng)資源來源。

根據(jù)懸浮聚合的反應(yīng)流程，設(shè)計如下仿真動態(tài)流程，視頻截圖如圖3所示。

為了更為形象具體的描述懸浮聚合的過程，采用聚氯乙烯的懸浮聚合樣本，繪制模擬仿真流程圖。

4.動態(tài)模擬仿真教學(xué)的總結(jié)。隨著現(xiàn)代社會行業(yè)結(jié)構(gòu)的多樣化，對人才的需求提出了更高的要求，更注重人才素質(zhì)的專一化、綜合化和個性化。這樣的就業(yè)需求對傳統(tǒng)的教學(xué)模式、人才培養(yǎng)方式提出了新的要求。就我們采用動態(tài)模擬仿真流程的教學(xué)過程中總結(jié)體會到，工科教學(xué)中仍然采用傳統(tǒng)的純黑板教學(xué)模式，十分的枯燥、單一，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。采用動態(tài)模擬仿真的教學(xué)方式，使學(xué)生仿佛置身于生產(chǎn)流程的仿真環(huán)境之中，教與學(xué)互動，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，學(xué)習(xí)效率明顯提高，使枯燥的理論教學(xué)生動化、形象化，極大程度地加深了學(xué)生對工藝流程及設(shè)備的印象，學(xué)習(xí)效果事半功倍。

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