虛擬仿真實訓在電子專業教學中的應用

遼寧建筑職業學院自動控制系 楊中興

虛擬仿真實訓在電子專業教學中的應用

遼寧建筑職業學院自動控制系 楊中興

虛擬仿真實訓教學是教育信息化領域的前沿研究方向，也是一種重要的輔助教學工具。以我校自主設計的虛擬仿真實訓系統 “虛擬電子科技有限公司”為例，介紹虛擬仿真在實訓教學中典型應用案例。從理論層面，探究虛擬仿真實訓教學的必要性和可行性。

虛擬仿真；實訓教學；資源貢獻

1.引言

在職業教育中，實訓教學的好壞對學生職業素質具有重要作用。實訓教學在激發學生自主性和能動性的同時，可以鍛煉學生的動手能力、思維能力和團隊合作意識。但是傳統的實體型實訓教學往往存在著實訓設備不足、理論教學與實踐教學脫節、課程內容滯后、實訓師資缺乏等具體問題。虛擬仿真實訓教學則通過模擬一個逼真的虛擬學習和訓練環境，調動學生的視覺、聽覺、觸覺等感官接收和處理學習內容。將虛擬仿真系統引入高職教學，可以改善學習條件，提高學習效率，降低教師工作量，促進教育的信息化。隨著虛擬仿真技術的逐步成熟，虛擬仿真教學在高職院校實訓教學中得到了廣泛的推廣和應用。本文以應用電子技術專業為例，探討我校自主設計的虛擬仿真實訓系統在電子技術專業實訓教學中的應用過程。

2.虛擬仿真實訓

虛擬仿真是一種新型的教學形式，它利用虛擬現實技術仿真或虛構情境，供學生觀察、操作、建構其中的對象，使他們獲得類似真實的體驗，激發學習興趣，從而更牢固地掌握知識理論體系或者獲得某種技能的資源。虛擬仿真教學系統可基于真3D或者偽3D構建，具有“沉浸性”和“交互性”，并具有“泛在學習”特點。

我校自主設計開發了一套服務于電子信息技術專業大類的虛擬仿真實訓系統。所有教學和實訓點以“虛擬電子科技有限公司”為載體，以典型電子產品的設計和生產為主線，涵蓋了技術部、規劃部、生產部、質檢部、設備維護部、元器件庫、儀器儀表庫、學習島八大模塊。其中，前五個模塊為功能模塊，每個模塊下有對應的崗位和任務，并覆蓋相應的教學點和實訓點；后三個模塊為教學輔助模塊，學生可以在使用過程中隨時調取并學習相應的知識點。實訓過程的情節驅動以典型電子產品為線索，向學生完整展現一款電子產品從原理設計、工藝設計、產前準備、生產加工、質量檢測，到電子生產線大型生產設備維護的全過程。讓學生在虛擬仿真實訓系統下，完成真實環境難以實現的認知和實踐過程，從而提高學生對知識的深入理解和綜合運用程度[1]。

3.教學應用

下面以應用電子專業生產型實訓為例，對虛擬仿真實訓系統在教學中的應用作介紹和分析。

在貼片機設備教學中，虛擬仿真實訓所覆蓋的教學點包括操作步驟演示、操作方法演示、偶發事件演示、錯誤操作結果演示等。例如，錯誤操作結果演示，這種演示具有強烈的刺激作用，可使學生產生深刻的記憶。演示功能可實現如下教學效果：使操作者熟悉操作程序；使操作者了解操作過程邏輯關系；使操作者高度重視安全操作與安全生產；使操作者牢記現場誤操作所帶來的嚴重后果[2]。圖1所展示的是虛擬貼片機操作界面截圖。

互動操作功能是虛擬仿真實訓中最重要的一種應用方式，其目的是讓受訓者按照某種操作規范學習、掌握規定的操作技能，達到可以上崗操作的目的。以“虛擬電子科技有限公司”質檢崗為例，本崗位完全依據真實電子生產企業質檢崗設計，以典型電子產品重錘料位計的出廠前質量檢驗為線索設計教學點和實訓點，在本崗位可學習和操作通用的質量檢測方法和行業標準文件，學生完成所有任務和考核內容即可基本具備質檢崗位上崗資格。

圖1 虛擬貼片機操作界面

圖2 虛擬仿真的質檢崗截圖

傳統的實體實訓場所學生人數多、實訓設備有限、實訓過程難以讓每個學生反復操練、重要故障問題難以再現，以及實訓所需設備成本高、操作不當易損壞等問題，在引入虛擬仿真實訓系統后得到了很好的解決。

4.教學效果分析

通過課堂觀察發現，與傳統實訓課相比，在虛擬仿真教學中，學生的注意力明顯集中，表現出更大的學習興趣，也能提出更多有針對性的問題。虛擬仿真系統提供逼真實訓環境，寓教于樂，富有趣味性，可實現自主學習，反復練習，泛在學習。

5.結語

虛擬演示、虛擬操作、虛擬體驗、虛擬考核，是虛擬仿真實訓系統的四大特點。當前，教育信息化和現代化已是大勢所趨，虛擬仿真教學的廣泛普及是職業教育信息化的必然要求。虛擬仿真系統的設計、開發與應用，都應該以學生為中心，為教學服務，才能達到教學過程的最優化，即在一定的教學條件下尋求合理的教學方案，使師生花最少的時間和精力獲得最好的教學效果[3]。

[1]吳涓,孫岳民,雷威等.東南大學機電綜合虛擬仿真實驗教學中心建設規劃思路與進展[J].實驗技術與管理,2014,10(31):5-9.

[2]孫愛娟.職教領域虛擬仿真教學資源建設與應用探討[J].中國電化教育,2012,11:109-112.

[3][蘇]巴班斯基.教學過程最優化——一般教學論方面[M].人民教育出版社,2007.

中國建設教育協會“職稱委”“遼寧建設職業教育集團”專項2016年度重點課題“虛擬仿真實訓基地建設與研究”（課題編號：ZJX2016JT02ZD）。

楊中興（1982－），現供職于遼寧建筑職業學院自動控制系，專業方向應用電子技術。