虛擬仿真技術(shù)在木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實驗教學(xué)上的探索

李露+曹歡玲+趙相君+彭何歡

摘要：本文分析了木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中存在的一系列問題，比如硬件資源不足、涉及有毒有害物質(zhì)和危險操作、教學(xué)方法落后、教材設(shè)備陳舊以及信息化程度低等。虛擬仿真技術(shù)具有能解決教學(xué)資源不足、實驗時間受限、污染和安全性等問題，并能突破傳統(tǒng)講授模式以及和現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)聯(lián)系緊密。因此有必要在木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中開展虛擬仿真實驗教學(xué)。本文還討論了在木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)體系的基本原則。

關(guān)鍵詞：木材科學(xué)與技術(shù)；虛擬仿真技術(shù)；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）51-0270-02

一、引言

木材科學(xué)與技術(shù)是一門實踐性非常強的學(xué)科，在教學(xué)計劃中，實踐課程占有較大比重[1]。但受到實驗空間、儀器設(shè)備、教學(xué)教材等方面的影響，實驗教學(xué)有效果不佳，學(xué)生的熱情不高的現(xiàn)象。在實踐教學(xué)中，引入虛擬仿真實驗技術(shù)，解決傳統(tǒng)實踐教學(xué)中的難題，達到培養(yǎng)高素質(zhì)木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才的目的。

二、木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科傳統(tǒng)實踐教學(xué)活動中存在的問題

木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科主要有木材學(xué)、膠黏劑與涂料、木材干燥學(xué)、人造板工藝學(xué)以及木制品生產(chǎn)工藝學(xué)等專業(yè)實驗[2]。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)活動存在一些不足，具體表現(xiàn)在以下方面：

（一）硬件資源不足，難以滿足學(xué)生需求

重理論，輕實踐；重科研，輕教學(xué)是很多高校普遍存在的觀念。正因如此，一些高校的實驗教學(xué)硬件資源不足，直接導(dǎo)致實驗教學(xué)效果不佳[3]。

（二）涉及有毒有害物質(zhì)，學(xué)生實驗積極性不高

膠黏劑與涂料學(xué)、人造板工藝學(xué)實驗課程中，要用到含甲醛的膠黏劑。甲醛是一種具有強烈刺激性的有毒氣體[4]，如果通風(fēng)設(shè)備不齊全，師生防護措施不到位，不僅會影響師生的健康，更會影響學(xué)生對實驗課的積極性。

（三）傳統(tǒng)教學(xué)不利于培養(yǎng)獨立思考和創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式是學(xué)生在固定時間和固定地點完成預(yù)設(shè)實驗項目。這種封閉式教學(xué)模式極不利于學(xué)生的獨立思考能力和實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（四）實驗教材老舊，與現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)差異大，不利于學(xué)生今后的職業(yè)發(fā)展

木材科學(xué)的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)突飛猛進[5]。如果實驗教材陳舊落后，與現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)差異大，則不利于學(xué)生今后的職業(yè)發(fā)展。

（五）信息化程度低，不順應(yīng)現(xiàn)代高等教育的發(fā)展趨勢

根據(jù)國家教育部于2012年印發(fā)的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》，要求推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[6]。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式的信息化程度低，不能順應(yīng)現(xiàn)代高等教育的發(fā)展趨勢。

三、木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科開展虛擬仿真實驗教學(xué)的必要性

虛擬仿真實驗教學(xué)與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)相比具有明顯的優(yōu)勢，特別對以下實驗課程，更適合虛擬仿真實驗，如：（1）具有較高危險性或污染性，學(xué)生操作容易發(fā)生事故的；（2）實驗設(shè)備昂貴精密且易損壞，不能滿足每個學(xué)生都獨立操作的；（3）實驗成本高、消耗大的綜合性實驗等[7]。結(jié)合木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實驗教學(xué)的現(xiàn)實情況，有針對性地開展虛擬仿真實驗教學(xué)有以下優(yōu)勢：

（一）解決實驗教學(xué)資源不足的問題

虛擬仿真技術(shù)因其虛擬性，不需要真實的儀器設(shè)備和原材料，能滿足實踐需求，因此能很好地解決資源不足的問題。

（二）解決污染性、危險性實驗引發(fā)的安全問題

木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科實驗課程體系中人造板工藝學(xué)和膠黏劑與涂料學(xué)等存在甲醛的污染性；木制品生產(chǎn)工藝學(xué)又存在一定的危險性，為了避免學(xué)生出現(xiàn)安全事故，有些實驗課程就干脆以專人演示、學(xué)生觀摩的方式開展。虛擬仿真實驗技術(shù)特別適合具有污染性和危險性的實驗課程。

（三）突破教師講授、學(xué)生按部就班操作的問題

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，是學(xué)生按理論按部就班操作，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。虛擬實驗項目可以讓學(xué)生在系統(tǒng)上預(yù)習(xí)理論知識和完成實驗過程，可以增強學(xué)生的自學(xué)能力和獨立思考能力。

（四）緊密聯(lián)系現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)

高校內(nèi)部的實驗教材和實驗儀器設(shè)備往往存在更新不及時的現(xiàn)象。采用虛擬仿真實驗技術(shù)，制作現(xiàn)代化的設(shè)備動畫模型、生動豐富的模擬場景，能激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，更能讓學(xué)生更早地接觸到現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)。

四、虛擬仿真實驗教學(xué)體系的構(gòu)建原則

目前，國內(nèi)很多高等院校都在開展虛擬仿真實驗教學(xué)。由于每個學(xué)校的教學(xué)資源及學(xué)科專業(yè)自身的特點不同，在構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)體系的時候應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)實情況，可以從以下幾個方面考慮：

（一）應(yīng)遵循以實為本，以虛補實，虛實結(jié)合

工科的實驗教學(xué)應(yīng)首先立足于實際，因為現(xiàn)場實際操作和虛擬操作畢竟有差別。只有當(dāng)現(xiàn)實條件難以滿足人才培養(yǎng)需求時，適當(dāng)引入虛擬仿真實驗課程，做到以虛補實，虛實結(jié)合。

（二）注重虛擬仿真教學(xué)實驗的層次

通過精心設(shè)計虛擬仿真實驗教學(xué)體系，構(gòu)建三個層次的教學(xué)模塊，分別為基礎(chǔ)實驗層次、專業(yè)技能層次和綜合創(chuàng)新層次[8]。基礎(chǔ)實驗層次要讓學(xué)生掌握木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)知識、實驗原理、實驗?zāi)康摹嶒灮静僮骷寄芤约皩嶒灠踩R。專業(yè)技能層次要讓學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)實驗知識、掌握專業(yè)的實驗操作技能以及專業(yè)實驗設(shè)備儀器的工作原理和使用維護方法。綜合創(chuàng)新層次是以開拓學(xué)生視野，發(fā)散思維，達到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

（三）提高人才隊伍的建設(shè)水平

虛擬仿真實驗教學(xué)有別于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，要求實驗專任教師和實驗技術(shù)人員具有先進的教育理念、豐富的實踐經(jīng)驗、較高的學(xué)術(shù)水平和勇于創(chuàng)新的精神。

五、結(jié)語

虛擬仿真實驗技術(shù)作為傳統(tǒng)實驗教學(xué)的一種補充手段，能夠有效促進木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科本科實驗教學(xué)的改革和發(fā)展。但在構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)平臺時，要防止過度虛擬化，遵從以虛補實，虛實結(jié)合的原則。并在今后的教學(xué)實踐中，不斷地完善虛擬仿真實驗的功能，構(gòu)建符合培養(yǎng)木材工業(yè)現(xiàn)代化人才的體系。

參考文獻：

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Abstract：This paper analyzes a series of problems of traditional experimental teaching on the wood science and technology discipline，such as hardware resources shortage，involving poisonous substances and dangerous operation，backward teaching methods，old teaching equipment，low degree of informatization and etc. Virtual simulation technology can solve the lack of teaching resources，experimental time limited，pollution and safety，and can break the traditional teaching mode and connect modern production technology. Therefore it is necessary to carry out virtual simulation technology experiment teaching in wood science and technology discipline. Also the paper discusses the basic principle of the building virtual simulation experiment teaching system in wood science and technology discipline.

Key words：wood science and engineering；virtual simulation technology；experiment teaching