計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在高職理工科實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究*

◆關(guān)成立　楊岳

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在高職理工科實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究*

◆關(guān)成立楊岳

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.013

針對高職理工科類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量問題，分析職業(yè)教育領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)仿真實(shí)踐教學(xué)的建設(shè)與應(yīng)用現(xiàn)狀。基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)代教育技術(shù)的相關(guān)理論，闡述計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高職教育中應(yīng)用的必要性，總結(jié)其在國內(nèi)外教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，分析計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用建議。

高職教育；計(jì)算機(jī)仿真；實(shí)踐教學(xué)

1　前言

高職理工科類專業(yè)具有應(yīng)用性廣、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高學(xué)生分析解決實(shí)踐問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。而目前，高職理工科類專業(yè)的教學(xué)模式仍然比較重視理論教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)也普遍采用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書加教師講解的傳統(tǒng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，無法引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)工學(xué)結(jié)合［1-2］。

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)是近年來一種新型的基于現(xiàn)代教育技

術(shù)的實(shí)踐教學(xué)模式，利用實(shí)物或電腦設(shè)計(jì)多種虛擬環(huán)境來仿效真實(shí)環(huán)境，并在虛擬環(huán)境中根據(jù)預(yù)設(shè)的實(shí)際情況完成實(shí)踐設(shè)計(jì)、操作運(yùn)行等的教學(xué)方式，具有使用便捷、操作簡單、交互性好、成本低廉、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等優(yōu)點(diǎn)，已在我國高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到一定應(yīng)用［3-4］。為實(shí)現(xiàn)工學(xué)結(jié)合，解決高職實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，高職實(shí)踐教學(xué)也應(yīng)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)水平的提高。

2　計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

2014年5月，習(xí)近平總書記指出我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”，經(jīng)濟(jì)增速變緩，企業(yè)面臨多種挑戰(zhàn)，更蘊(yùn)含多種機(jī)遇，賦予企業(yè)更多創(chuàng)新的空間。為滿足產(chǎn)業(yè)升級(jí)和社會(huì)發(fā)展的需要，高素質(zhì)技能人才資源是發(fā)展的基礎(chǔ)性條件。用人單位對高等職業(yè)教育的需求愈來愈大，所需人才素質(zhì)越來越高，而高職教育也面臨發(fā)展中的“新常態(tài)”。

以廣東省為例，2011年，廣東省共有獨(dú)立設(shè)置高職院校80所，占全省134所普通高校的60%，高職在校生超過65萬人，高職教育在廣東省高等教育中占據(jù)半壁江山。但隨著廣東省人口紅利現(xiàn)象的弱化，高等教育招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大，以及新建各類高等院校的增加，高等教育學(xué)校尤其是高職院校遲早將面臨生源競爭激烈的局面。另一方面，90后學(xué)生已成為高職院校的主角，表現(xiàn)出諸如“個(gè)體思想觀念的獨(dú)立性加強(qiáng)，群體的思想統(tǒng)一度降低，對現(xiàn)代信息技術(shù)如互聯(lián)網(wǎng)的依賴性急劇上升”等群體特點(diǎn)。且高職兩類生源——普通高中畢業(yè)生和“三校生”（職高、中專、技校畢業(yè)生）在文化知識(shí)、學(xué)習(xí)能力、技術(shù)技能、綜合素質(zhì)等方面都存在差異，傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以滿足社會(huì)需求和用人單位對高職學(xué)生素質(zhì)、能力等人才規(guī)格的要求。

基于以上分析，對照政府和社會(huì)加快教學(xué)改革、提高高職教育質(zhì)量的迫切希望，以及國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》中的要求［5-6］，高職院系應(yīng)逐步統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的戰(zhàn)略重要性，認(rèn)識(shí)到實(shí)踐應(yīng)用能力是高職人才培養(yǎng)及高職院校生命力的核心。以基于現(xiàn)代教育技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)為手段，通過教學(xué)模式、教學(xué)條件、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)方法等的改進(jìn)與創(chuàng)新，從根本上提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，從而不斷提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

3　計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在教育教學(xué)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)仿真軟件的應(yīng)用始于1972年的美國加州大學(xué)伯克利分校，其推出的著名的電路模擬軟件SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit）經(jīng)過多年的完善和改進(jìn)，現(xiàn)已發(fā)展成為最成熟的電路仿真軟件。且現(xiàn)在流行的各類電路仿真軟件，如PROTEL、EWB等都是基于SPICE平臺(tái)而開發(fā)的［7-9］。

國內(nèi)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代中期，我國部分高等院校的教師開始致力于該方面的研究。這些研究者首先嘗試可控硅整流電路的波形在個(gè)人計(jì)算機(jī)上的仿真效果，而受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件和軟件水平的限制，研究結(jié)果并不理想［7］。隨著計(jì)算機(jī)硬件水平的大幅提高，軟件開發(fā)主流向面向?qū)ο缶幊腾吔?/p>

目前，高職理工科類各專業(yè)可使用的仿真教學(xué)和應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件比較多，如電子電力類專業(yè)可應(yīng)用Electronics Workbench（EWB）、Multisim 2001等電子仿真軟件，自動(dòng)控制類專業(yè)可應(yīng)用Control Build等自動(dòng)軟件設(shè)計(jì)工具，化工類專業(yè)可應(yīng)用東方仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，食品類專業(yè)可應(yīng)用食品工程原理仿真系統(tǒng)，市政類專業(yè)可應(yīng)用給排水工程仿真系統(tǒng)，財(cái)經(jīng)類專業(yè)可應(yīng)用仿真股票交易、仿真期貨交易等仿真軟件。并且，隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展、軟件水平的不斷提高以及各類仿真軟件的更新?lián)Q代，更多高智能、高模擬性及高實(shí)踐性的計(jì)算機(jī)仿真軟件將廣泛被應(yīng)用于高職教育的各類專業(yè)，進(jìn)一步促進(jìn)高職實(shí)踐教學(xué)水平的提升及改善實(shí)踐教學(xué)效果。

另一方面，雖然上述所列仿真軟件在較大程度上有利于實(shí)踐教學(xué)，尤其針對存在因?qū)嵱?xùn)經(jīng)費(fèi)緊張、實(shí)訓(xùn)場所受限等因素造成的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備短缺這一普遍現(xiàn)象的高職院校，起到較為突出的正面作用。但是由于這些仿真軟件的開發(fā)者及研究者的專業(yè)領(lǐng)域的限制，以及與一線教師在教學(xué)理念及思路上的差異，部分教師反映在教學(xué)過程中這些仿真軟件的某些程序及設(shè)計(jì)的內(nèi)容與課堂教學(xué)的實(shí)際內(nèi)容有出入，更有甚者存在不能滿足實(shí)踐教學(xué)要求的情況。因此，為更好地接近教學(xué)實(shí)際，更大幅度地增強(qiáng)教學(xué)效果，強(qiáng)化學(xué)生建立“理論—實(shí)踐—理論”的學(xué)習(xí)模式，有很多教師也開始嘗試自主研發(fā)或改善計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)軟件或課件。

教師自己開發(fā)仿真軟件或課件，可以綜合使用多種電腦軟硬件技術(shù)，比如Authorware這樣的軟件平臺(tái)，進(jìn)行規(guī)劃和結(jié)構(gòu)化的工作，利用Authorware所具有的動(dòng)態(tài)連接功能，把任何一種語言創(chuàng)建的程序或其他成果導(dǎo)入Authorware程序之中；可以利用Visual C++、Delphi、Visual Basic等編程語言設(shè)計(jì)出小型仿真模擬程序，并將其編譯成可執(zhí)行文件，作為仿真軟件或課件直接使用或是被其他的頁面鏈接［10］；可以使用Flash等軟件制作動(dòng)畫；可以使用Adobe公司的PhotoShop等圖形軟件處理各種圖形材料；可以使用DreamWave、Frontpage等網(wǎng)頁軟件來制作仿真頁面。

4　計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用建議

在高職教育中應(yīng)用基于現(xiàn)代教育技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的總體目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力，全面提高高職理工科類各專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。為達(dá)到該總體目標(biāo)，筆者建議緊緊圍繞高職院校高素質(zhì)技能應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，堅(jiān)持“仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同實(shí)物實(shí)驗(yàn)、實(shí)物實(shí)習(xí)教學(xué)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，依托校內(nèi)及校外實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)課程體系，構(gòu)建“教、學(xué)、做、創(chuàng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用及創(chuàng)新能力。

1）踐行一個(gè)核心的實(shí)踐教學(xué)理念。針對實(shí)踐教學(xué)中存在的重理論輕實(shí)踐、重課內(nèi)輕課外、重知識(shí)輕能力的問題，著力實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的四個(gè)轉(zhuǎn)變：教學(xué)主體由教師向?qū)W生轉(zhuǎn)變，教學(xué)方式由實(shí)物實(shí)驗(yàn)向?qū)嵨锱c虛擬融合轉(zhuǎn)變，教學(xué)途徑由單一倚重課堂教學(xué)向課堂教學(xué)及課外實(shí)踐并重轉(zhuǎn)變，教學(xué)功能由傳授知識(shí)為主向培養(yǎng)能力為主轉(zhuǎn)變。提出“計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)物實(shí)習(xí)教學(xué)”的實(shí)踐教學(xué)理念。

2）優(yōu)化實(shí)踐課程體系。由于部分計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)軟件綜合多個(gè)相關(guān)學(xué)科功能于一身，可同時(shí)適用于多個(gè)學(xué)科，根據(jù)該軟件“適用面廣，設(shè)備利用效率高”等特點(diǎn)，圍繞實(shí)踐教學(xué)理念，制定各專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。改變以往傳統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐課程設(shè)置依附于理論課體系的橫向模式，超越單門課程的范圍，建立實(shí)踐課程之間的系統(tǒng)聯(lián)系，在原有實(shí)踐課程的基礎(chǔ)上設(shè)立相對獨(dú)立的縱向聯(lián)系的課程，形成縱橫交叉的網(wǎng)狀專業(yè)實(shí)踐課課程體系，實(shí)現(xiàn)專業(yè)實(shí)踐課程之間的縱向聯(lián)系和貫通。

如FloTHERM軟件采用先進(jìn)的有限體積法求解器，可以在三維結(jié)構(gòu)模型中全面分析電子系統(tǒng)的熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對流以及流體溫度、流體壓力、流體速度和運(yùn)動(dòng)矢量等［11］。FloTHERM軟件可以應(yīng)用在通信、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、集成電路、元器件、航空航天、國防電子、電力與能源、汽車電子、儀器儀表、消費(fèi)電子等行業(yè)［12］。

3）創(chuàng)新“教、學(xué)、做、創(chuàng)”實(shí)踐教學(xué)模式。對實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革，按“基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性”三層次設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合學(xué)科前沿進(jìn)行更新，綜合性實(shí)驗(yàn)結(jié)合學(xué)科交叉與教師科研進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)結(jié)合教師科研與校外企業(yè)運(yùn)行實(shí)況進(jìn)行設(shè)置。以校內(nèi)協(xié)同校外實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)同實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)物實(shí)習(xí)教學(xué)，逐步實(shí)現(xiàn)綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)由無到有、由少到多、由淺入深、由簡單到復(fù)雜逐步推進(jìn)的過程。并通過一定的激勵(lì)措施，倡導(dǎo)教師積極將自己最新的研究成果加以設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)化為綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目，充分利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的情境性及靈活性等優(yōu)點(diǎn)，將研究的相關(guān)內(nèi)容引入實(shí)踐教學(xué)過程中，讓學(xué)生在實(shí)踐過程中學(xué)、做，并建立初步的創(chuàng)新思維及精神。

5　結(jié)語

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)和應(yīng)用是高職教育信息化現(xiàn)代化建設(shè)的有效載體，也是高職理工科類專業(yè)實(shí)現(xiàn)工學(xué)結(jié)合、培養(yǎng)高素質(zhì)技能應(yīng)用型人才、提高高職實(shí)踐教學(xué)水平的必然要求。而目前計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)普及率并不是很高，各類仿真軟件的情境性及真實(shí)性還有待進(jìn)一步完善。隨著計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)水平的發(fā)展以及仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的推廣及經(jīng)驗(yàn)積累，相信計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)將成為推動(dòng)高職教育發(fā)展的強(qiáng)有力工具，為社會(huì)培養(yǎng)更多高素質(zhì)創(chuàng)新性的實(shí)踐應(yīng)用型人才。

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Application Research on Computer Simulation Experiment System for Higher Vocational Practice Teaching in Science and Technology

//GUAN Chengli， YANG Yue

In view of the practical teaching quality problems in the higher vocational practice teaching in science and technology， the construction and application status of the computer simulation experiment system are put forward. Based on practical experience and the related theory of modern education technology， this paper expounds the necessity of the application with the computer simulation experiment teaching in higher vocational education. And its application status in the fi eld of education at home and abroad is summarized. In addition， application suggestions of the computer simulation experiment system are analyzed.

higher vocational education； computer simulation experiment system； practice teaching

TP391.9

B

1671-489X（2016）16-0013-03

*項(xiàng)目來源：廣東省教育廳資助課題（基金編號(hào)：201401270）；廣東省高職教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)資助課題（基金編號(hào)：HG201534）。

作者：關(guān)成立、楊岳，陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)控制及教育技術(shù)與教育裝備（529500）。