虛擬仿真技術在高職實踐教學中的比較優勢

李建朝　齊素慈

摘要：隨著科學技術的不斷發展進步，虛擬現實的仿真技術也進入了一個廣闊的領域，在現代教育信息化技術迅猛發展的推動下，國家對職業人才培養質量的要求更深層次，也漸漸的取代了傳統教育模式中的手段方法與墨守成規的教育風格。新的仿真技術已被職業院校引入教學計劃中，從而達到教學的需求和培養高質量高素質人才的要求。鋼鐵冶金行業是一個高溫、高危、高污染、高能耗的行業，這些特點決定了專業課程在校內開展專業實踐訓練難以實現。因此，研究如何將虛擬仿真技術應用到專業課程教學中，改革以往的教學模式、教學內容、教學方法和手段已勢在必行。

關鍵詞：虛擬；仿真技術；冶金；教學

虛擬仿真技術在百度百科上定義又稱虛擬現實技術或者模擬技術，就是用一個虛擬的系統模仿另一個真實系統的技術，是20世紀80年代新崛起的一種綜合集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等。它由計算機硬件、軟件及傳感器構成。三維信息虛擬環境，逼真模擬現實世界甚至不存在的物體和環境，人可在此環境里親自操作，自然地與虛擬環境進行交互。虛擬的仿真技術是一門新興起的高技術，由于其逼真的作業環境、可重復性操作、無耗材等優點，近年得到迅速的發展，應用于軍事、航空、機械制造等國家多個領域，甚至現在被職業院校引入教學中，如武漢軍械士官學校，開發了模擬軟件在計算機操作課程中的應用；石家莊職業技術學院利用仿真技術對化工自動化實踐教學進行了改進，改革后的教學過程在仿真實訓室進行，多媒體教學和仿真上機同步進行，將理論教學和實踐教學同步進行；其他多所高職院校對計算機、自動化、建筑等專業的部分課程教學方式改革或軟件具體應用進行了研究和探討。但就目前而言，對于冶金專業的虛擬仿真技術的運用還是非常少的，無論是實踐還是參考文獻上。本文將從以下幾點淺談虛擬仿真技術在高職實踐教學中的優勢，尤其對于冶金專業而言。

一、教學模式的革新

（一）實踐基地建設的必要

高職院校的學生在文化基礎上弱與科班生，理解能力差，動手能力不強，尤其對于冶金專業的高職生動手的機會不多。傳統的教育模式以傳授課本知識為主，對于不易理解的內容教師也無法做現實中的展示，只能在一知半解中繼續學習繼續畢業，對于冶金行業人才的需求卻無法滿足，學生也無法專業上就業。鄧小平曾經說過"實踐是檢驗真理的唯一標準"，因此，引進虛擬的仿真技術，建設實踐教學基地，可以讓學生猶如身臨其境般體驗冶金的設備、生產工藝、控制流程等，加強學生學習的積極性，提高動手能力，將實訓從理論中剝離，鍛煉學生的職業技能，為冶金企業人才的空缺培養人才。

（二）教學團隊的組建

引進虛擬仿真技術的教學模式，在教學團隊上便無法聘用只會照課本念書的老師，而是熟悉冶金"鐵-鋼-鑄-軋"全部工藝流程且熟練操作由計算機應用技術、數字自動控制技術、視頻圖像技術、實踐生產技術融合一體的3D仿真技術平臺軟件。在條件允許的情況下，可外聘冶金企業生產的人才到校授課，更貼切崗位工作內容，及時解決學生的疑惑。也可以適當聘請專家開設講座，適當傳授更高層次的冶金知識和管理知識，提高學生的思想高度。

（三）實踐有場所

所有的知識終歸需要回歸到實踐中才有價值。學生在整個學期中學到的冶煉知識，在期末中由學校推薦到鋼鐵企業中實習，在實戰中鍛煉，便于及時加強的課堂上忽略的環節以及糾正理解有誤的知識點，提到學生的動手能力，為社會培養高質量人才。

二、虛擬仿真技術軟件平臺的搭建

在教學革新的模式中，必定需要仿真軟件的輔助教學。建設虛擬的仿真軟件，首先要配套的技術設施，如計算機應用技術、數字自動控制技術、視頻圖像技術、實踐生產技術等。其次，冶金生產中涉及到的工藝流程，造渣、出渣、熔池攪拌、電爐底吹、熔化期、氧化脫碳期、精煉期、還原期、鋼液攪拌、鋼包喂絲等等環節，都有一定時間和量的要求。可以引進濕法煉鋅仿真軟件，用于鋅精礦氧化焙燒工序、中性浸出工藝、熱酸浸出工藝、沉鐵工藝等；鋁業金仿真軟件，用于氧化鋁生產工藝；鋼鐵生產仿真軟件，用于煉鐵、煉鋼、軋鋼的流程工藝。冶金行業涉及的三大金屬--鋼、鐵、鋁，在高職院校的虛擬仿真軟件搭建里，分工種仿真實訓，貼切現實的直觀操作便于學生對每道工藝的設備運作狀態觀摩、監控，引進以上幾種亦校亦生均受益匪淺。

在理論課教學中利用虛擬仿真技術軟件創設學習情景，優化整合教學內容，培養學生專業技能的操作能力、創新能力與實際應用能力，有效提升專業教學效率與質量。理論聯系實際，對接鋼鐵企業冶煉實際生產，提高學生的職業能力和就業競爭力。

三、拓寬學習渠道

（一）學校網絡資源覆蓋

學校搭建的虛擬仿真技術軟件在課堂上用于學生學習、操作，在課堂外也應開放平臺的使用。課堂上教師的授課針對的是全體學生，會有個別學生不理解的情況，課堂介紹后可以在軟件平臺上繼續模擬操作，一步步的理解知識點并熟練實踐操作。為保證學校資源的不外泄，可以統一身份管理平臺，在校園內外網設立身份驗證，每位本校冶金專業的學生注冊綁定認證一個賬號，非本專業或非本校學生沒有權限進入，建立安全的儲存機制，保證學校平臺資源與學生信息的安全管理。同時，還建立交流、論壇版塊，安排固定時間老師在線，便于學生在課堂上不敢提問的問題得到解決，讓學生學習抽象的專業更有興趣。利用網絡模擬虛擬仿真軟件和溝通平臺進行教學改革與實踐訓練，實現學生與生產現場零距離對接，溝通及時能解惑，培養全方位的職業人才。

（二）開設模擬比賽

檢測學生在學習的結果，并且還起激勵肯定作用，最好的方式在于組織模擬大賽。利用仿真軟件進行冶金技術專業課程評價體系改革，組織煉鋼、連鑄等模擬生產大賽。組織系級、校級冶金虛擬煉鋼賽，選出拔尖學生，推薦參加“星科杯”全國冶金院校虛擬煉鋼技能大賽，此大賽于去年開始舉辦第二屆，全國九家冶金類職業技術院校，18支代表隊參加了本次比賽，由此可看出國家對虛擬仿真技術在高職院校中的重視程度。無論系級、校級，甚至全國性大賽，比賽的項目主要為建筑用高強度結構鋼的虛擬仿真冶煉，使用智能開發的“鋼鐵生產仿真實訓系統”，通過生產計劃管理系統下達計劃指令，按真實煉鋼環境下對應的時間實現從投料到出鋼水冶煉生產的全部流程，期間完成預先設置的各種異常工況的考核。

全方位的冶金生產仿真模擬大賽一方面為檢驗學生的學習成果，一方面為培養國家職業技術人才，對于職業院校而言，提高辦學質量、教學效率和教學的質量，增強院校名氣，加大入學率、就業率，培養高素質的科技人才，為冶金技術行業培養新型“造血細胞”。

冶金行業特點決定了高職院校在校內實訓教學困難，傳統的教學注重理論講授，忽略學生抽象思維的理解能力及動手能力，而高職院校的學生基礎弱，底子薄，理解程度淺，動手能力差，職業素質低。采用虛擬仿真技術，以真實的工作環境和工作任務為載體，再現冶煉企業中生產與控制界面，融合生產與過程參數處于動態、變化規律，實現與生產企業就業崗位的零距離對接，直觀性強、安全性好，對學校而言具有絕對的優勢。優勢的建立體現在教學模式革新獨特、仿真技術軟件平臺的搭建、學習渠道的拓寬上。

入虛擬仿真技術，在冶金技術專業課程中，將專業課程內容、教學方法和教學手段進行改革，加強課程的實踐環節，培養學生專業技能的操作能力、創新能力與實際應用能力。

利用網絡模擬虛擬仿真軟件和數字化虛擬生產系統平臺進行教學改革與實踐訓練，有效提升專業教學效率與質量，實現學生與生產現場零距離對接，培養全方位的職業人才。

課程的改革可以為全國冶金技術專業的課程改革提供重要的參考方向，同時為其他院校課程改革提供良好的參考價值，將有很高的應用和推廣價值。

參考文獻：

[1]尹立孟 ，朱光俊， 萬新 ，張明遠.鋼鐵生產虛擬仿真實驗教學的建設與思考.《重慶科技學院學報：社會科學版》.2014（9）：142.

[2]林忠.仿真軟件在高職冶金技術教學中的應用.《教育觀察》.2015（5）：4.