基于云計算的虛擬化教學模式研究與實踐

曲佳

摘要：云計算的發展和混合式學習的出現為教育的發展提供了契機，根據高職教育的特點，在梳理當前船舶電氣類課程教學上存在的現實困境的基礎上，構建船舶電氣類課程虛擬現實仿真教學云平臺，進行虛擬化教學模式改革，提升教師的教學效果，培養學生們的學習興趣，從而更好的提高學習效率。既是虛擬現實教學學習的餞行者，又是創新教育新模式的倡導者。彌補傳統教育的不足，同時開啟未來航海教育新模式，更是現代教育改革的未來走向和使命。

關鍵詞：船舶電氣；云技術；虛擬化；教學研究與實踐

一、國內外相關研究現狀分析

云計算是一種新興的商業計算模型。它將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務。云計算是虛擬化（Virtualization）、效用計算（Utility Computing）、基礎設施即服務（Iaas）、平臺即服務（Paas）、軟件即服務（Saas）等概念混合演進并躍升的結果。虛擬現實（VR）是集創建和體驗為一體的虛擬環境的一種計算機系統。它結合計算機應用硬件與軟件資源的集成技術，提供一種直觀的、逼真的三維虛擬環境，能夠使用戶有沉浸在虛擬世界中的感覺，欣賞由計算機技術帶來的虛擬世界，并能夠聽到真實的聲音。

1.國外虛擬現實仿真技術研究及發展現狀

國外在船舶領域開展了很多方面的虛擬現實技術的研究，在軍事方面，美國很早就進入這個領域的研究。在民用船舶的虛擬仿真領域，挪威NorControl集團研發設計NorView船舶操縱虛擬仿真系統都處于同類產品的世界前列，能顯示出逼真的港口實況，使用戶有較真實的船舶操縱感。另外，英國船商公司研發的輪機模擬器ERS-4000將“虛擬現實”技術與輪機模擬器相結合，實現機艙漫游和機艙設備的基本操作等功能，并可以模擬船舶在海上航行時的各種狀態。

2.國內虛擬現實仿真技術研究現狀

我國在船舶領域虛擬現實技術的理論研究起始于20世紀90年代，國內最早進行虛擬現實技術研究的單位是北京航空航天大學，目前是國內最具有影響力的研究機構之一。它早期主要研究的領域是虛擬環境中物體物理特性的相關研究，開發出了虛擬現實中的視覺接口的部分硬件，以及訓練飛行員的虛擬現實系統等，在這些領域都取得了較大的成就。由于船舶領域的特殊性，國內職業院校開展這方面的理論研究與應用均較少。

3.山東省《船舶電氣設備使用與維護》課程虛擬現實仿真技術研究現狀

在山東省內船舶領域《船舶電氣設備使用與維護》課程的虛擬現實仿真教學平臺的建設，仍處于未開發階段。

綜上所述，船舶電氣課程虛擬化仿真平臺的研究與實踐在山東省內甚至全國處于創新領先位置。

二、研究意義

現代船舶無論從容量還是規模上都在不斷擴大，船舶電氣設備不斷更新換代，電氣保護裝置日益復雜，對船電管理人員的管理水平和要求越來越高。如何在教學過程中提高學生的船電管理意識和運行維護水平，以便提高船舶電力系統運行的安全性、穩定性、可靠性和經濟性，成為了輪機工程技術專業、船舶電子電氣技術專業學生船舶電氣模塊學習的重中之重和迫切要求。

加強教育信息化背景下的船舶電氣類課程教學模式改革、網絡資源云平臺的建設是船舶電氣類課程教學的迫切要求，也是未來航海教育綜合發展的需要和趨勢。

云計算的發展和混合式學習的出現為教育的發展提供了契機，本課題根據高職教育的特點，在梳理當前船舶電氣類課程教學上存在的現實困境的基礎上，構建船舶電氣類課程虛擬現實仿真教學云平臺，進行虛擬化教學模式改革，提升教師的教學效果，培養學生們的學習興趣，從而更好的提高學習效率。既是虛擬現實教學學習的踐行者，又是創新教育新模式的倡導者。彌補傳統教育的不足，同時開啟未來航海教育新模式，更是現代教育改革的未來走向和使命。

三、具體研究內容

1.基于信息化教學資源的《船舶電氣設備使用與維護》課程模塊化教學設計

模塊化項目課程的內容來源于職業崗位的典型工作任務，其編排順序要針對行動順序的每一個工作環節來融合相關課程內容，實現實踐技能與理論知識的整合。打破原有課程按照教材進行授課的平行結構，按照循序漸進自然形成的知識系列，以及學生認知的心理順序，對知識內容進行重新選取、整合并編排，分為“電機模塊”、“電力拖動控制系統”、“船舶電力系統管理與維護”三個模塊。

2.構建船舶電氣設備三維仿真模型庫

運用Ansoft、Unity3D虛擬現實仿真軟件，針對課程設計的任務模塊，對電氣控制系統、船舶電站進行虛擬現實仿真建模，營造虛擬環境。

3.搭建《船舶電氣設備使用與維護》課程虛擬現實仿真云平臺

應用Unity3D的引擎，進一步實現與HTML、Flash 等進行良好的交互，搭建虛擬現實仿真云平臺，學生可以不受空間和時間的限制，根據自己的學習方式和接受能力進行自主學習。

該虛擬現實仿真平臺包含知識學習、虛擬訓練、考核管理三大功能模塊。

（1）知識學習

調用《船舶電氣設備使用與維護》課程信息化教學資源（如PPT、圖片、視頻、flash動畫），學生可以按照需要進行獲取，在虛擬仿真環境中沉浸在理論知識學習過程中。

（2）虛擬訓練

在虛擬訓練模塊中，學生可以點擊不同任務模塊進入虛擬現實仿真環境，并進行有針對性的訓練，使電氣設備復雜的結構簡單化，抽象的原理直觀化。

（3）考核管理

學員選擇考核項目，系統將實時記錄學生的操作流程，針對考核點完成情況做出評價并打出分數，有效提高課程考核評價效果。教師通過數據后臺能即時掌握和管理學生的學習情況。

4.針對本課程進行創新型虛擬化教學模式改革探究與實踐

在精品資源共享課程平臺和虛擬現實仿真教學平臺建成的基礎上，選取山東交通職業學院輪機工程技術專業2016級專科生為授課對象，通過兩輪行動研究，進行創新型虛擬化模式改革實踐，跟蹤完整的教學過程。在每輪的行動研究之后，撰寫相關的研究日志，通過課堂觀察、問卷調查、個別訪談等途徑對研究進行分析與評價，找出存在問題并進行持續優化修改。

四、應用價值

隨著信息技術的發展和教學模式的擴大，傳統的教學模式存在難以突破的瓶頸，需要探索新的教學模式，利用虛擬現實仿真教學平臺為依托的虛擬化教學模式，是信息技術高速發展到一定階段對現代教育模式的沖擊和教學高速信息化的推進，對于推動船舶電氣類課程乃至整個航海類課程教學模式的改革和發展具有重要作用。通過構建船舶電氣設備三維仿真模型庫，搭建《船舶電氣設備使用與維護》課程虛擬現實仿真云平臺，并進行虛擬化教學模式改革，其研究成果預期受益我校船舶電子電氣技術專業、輪機工程技術專業800余人，虛擬現實仿真云平臺也可對其他兄弟院校教師以及社會學員進行共享，促進全省航海類教育質量提升。本課程的建設與實踐模式，可為山東省乃至全國同類院校相關專業教學改革提供示范引領作用，具有較高的推廣應用價值。endprint