高職院校虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)策略研究

摘? 要 以數(shù)字化技術(shù)為支撐，結(jié)合高職相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)需求，開(kāi)發(fā)各類(lèi)虛擬仿真教學(xué)資源，是解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)施不足、設(shè)備更新緩慢，解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)安全性問(wèn)題的有效手段。實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)資源與課程教學(xué)融合，促進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量的提高，提升高職院校教育教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞 高職院校;虛擬仿真資源;教學(xué)資源;實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）21-0056-03

1 引言

虛擬仿真教學(xué)資源開(kāi)發(fā)以現(xiàn)代教育思想為依據(jù)，以現(xiàn)代教育技術(shù)為支撐，結(jié)合相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)需求，是解決實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)施不足、設(shè)備更新緩慢、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)安全性問(wèn)題的有效手段。在一些專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)及綜合創(chuàng)新技能培養(yǎng)中，有一些是訓(xùn)練條件不具備或難以完成的教學(xué)內(nèi)容，如變電所高電壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)巡視及倒閘作業(yè)，鐵路接觸網(wǎng)的安裝調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)，牽引供電系統(tǒng)的高電壓、大電流運(yùn)行環(huán)境等真實(shí)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，學(xué)生參與程度低;還有一些訓(xùn)練項(xiàng)目成本高、消耗大、不可逆、存在安全隱患等。利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)模擬仿真實(shí)際操作，實(shí)施“真實(shí)場(chǎng)景與虛擬仿真相結(jié)合”的教學(xué)模式，克服相關(guān)專(zhuān)業(yè)崗位面臨的高空、高壓、高速等危險(xiǎn)帶來(lái)的實(shí)訓(xùn)困難，為實(shí)際操作積累經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為“教學(xué)做一體”提供了可實(shí)施性，也為高職院校培養(yǎng)高層次技術(shù)技能型人才發(fā)揮了重大作用。

2 開(kāi)發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源的基本要求

虛擬仿真教學(xué)資源須具備兩項(xiàng)功能

1）解決實(shí)體實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)條件不足的問(wèn)題，利用虛擬技術(shù)滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的需求;

2）配合教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)，提供仿真、可視、交互的學(xué)習(xí)資料，為教師講解新知識(shí)、展示新技術(shù)，學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)新知識(shí)等提供參考資料。

虛擬教學(xué)資源須涵蓋三個(gè)層次

1）滿(mǎn)足講解演示、零部件認(rèn)知需求的虛擬零件、虛擬裝置等。這類(lèi)虛擬教學(xué)資源規(guī)模很小，涵蓋的知識(shí)點(diǎn)盡可能單一，僅具有基本的交互性。主要利用此類(lèi)虛擬零件、虛擬裝置、虛擬工藝，講解、演示、認(rèn)知一些微觀(guān)、不可見(jiàn)、不可拆解或高危裝置，或講解一項(xiàng)基本的加工工藝。

2）滿(mǎn)足單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求的資源包。結(jié)合項(xiàng)目課程中涉及的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)資源包能夠滿(mǎn)足一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練需求。

3）滿(mǎn)足綜合實(shí)訓(xùn)要求的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)某個(gè)關(guān)鍵能力的培養(yǎng)要求，提供綜合的、完整的、一體化的虛擬實(shí)訓(xùn)條件，如動(dòng)車(chē)駕駛實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

虛擬教學(xué)資源須滿(mǎn)足五個(gè)特性

1）獨(dú)立性。每個(gè)資源文件（包）都可以獨(dú)立存在和運(yùn)行，并針對(duì)某個(gè)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)、學(xué)習(xí)項(xiàng)目、能力訓(xùn)練項(xiàng)目等。對(duì)于小規(guī)模的虛擬教學(xué)資源，應(yīng)該能夠方便地導(dǎo)入教學(xué)資源庫(kù)并可以快速下載和調(diào)用。

2）高效性。每個(gè)資源文件（包）都可以方便地上傳到教學(xué)資源庫(kù)中，并可以快速下載和調(diào)用，能夠快速地響應(yīng)用戶(hù)操作，做出正確的交互反饋。

3）自主性。在虛擬仿真資源文件（包）中嵌入相關(guān)的輔助學(xué)習(xí)功能，如實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、操作說(shuō)明、錯(cuò)誤提示、文字講解、音視頻講解等，方便學(xué)生對(duì)虛擬設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和練習(xí)。

4）綜合性。對(duì)于綜合實(shí)訓(xùn)虛擬教學(xué)資源，不僅能夠涵蓋課程標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，還要盡可能對(duì)實(shí)訓(xùn)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)記錄和判斷，指導(dǎo)學(xué)生糾正實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤的方法;不僅能進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，而且能對(duì)實(shí)訓(xùn)的質(zhì)量做出記錄和評(píng)估，便于實(shí)訓(xùn)績(jī)效的考核。

5）開(kāi)放性。虛擬教學(xué)資源開(kāi)始時(shí)要注意便于后期的升級(jí)和后繼資源的引入，在必要時(shí)也可以根據(jù)相應(yīng)需要進(jìn)行單元的替換。提高資源的開(kāi)放性，可以盡量降低后期維護(hù)、升級(jí)的成本。

3 虛擬仿真教學(xué)資源開(kāi)發(fā)要求

虛擬仿真教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)原型選擇

1）在實(shí)際操作訓(xùn)練中所涉及的反復(fù)拆卸、不可觸摸、微觀(guān)、高壓和危險(xiǎn)等操作，適合開(kāi)發(fā)虛擬教學(xué)資源。

2）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)施數(shù)量不足，無(wú)法滿(mǎn)足項(xiàng)目教學(xué)要求，且購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備投資較大的，適合開(kāi)發(fā)虛擬教學(xué)資源。

3）購(gòu)置真實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備沒(méi)有足夠空間擺放，或者不宜布置成真實(shí)工作場(chǎng)景的，適合開(kāi)發(fā)虛擬教學(xué)資源。

4）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中需要大量反復(fù)練習(xí)、消耗大量原材料、成本較高的，適合開(kāi)發(fā)虛擬教學(xué)資源。

虛擬仿真教學(xué)資源開(kāi)發(fā)的注意事項(xiàng)

1）虛擬教學(xué)資源建設(shè)要與課程內(nèi)容對(duì)接。虛擬仿真資源不能盲目建設(shè)，或者采用簡(jiǎn)單購(gòu)置的方式，應(yīng)該結(jié)合能力培養(yǎng)需求，與課程內(nèi)容對(duì)接，很好地支撐課程教學(xué)。在虛擬教學(xué)資源規(guī)劃建設(shè)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)課程內(nèi)容和能力培養(yǎng)目標(biāo)，明確每一個(gè)資源的規(guī)模、涵蓋的知識(shí)點(diǎn)、交互方式等。對(duì)于理論課、理實(shí)一體課程，要注重中小規(guī)模的虛擬演示資源包、虛擬實(shí)驗(yàn)資源包的建設(shè);對(duì)于實(shí)踐課程，要注重虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。此外，虛擬教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)該能夠支撐精品資源共享課的資源建設(shè)，促進(jìn)精品課程的網(wǎng)絡(luò)化、共享化。

2）虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)要與傳統(tǒng)教學(xué)資源對(duì)接。開(kāi)發(fā)虛擬教學(xué)資源時(shí)，需要與傳統(tǒng)教學(xué)資源（文本、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻等）對(duì)接，在整體規(guī)劃階段就要確定好哪些內(nèi)容使用傳統(tǒng)資源，哪些內(nèi)容使用虛擬教學(xué)資源，使虛擬教學(xué)資源與傳統(tǒng)教學(xué)資源相輔相成、相互補(bǔ)充。

3）虛擬教學(xué)資源建設(shè)要注意不同層次資源間的互補(bǔ)和重用。一方面要注重不同層次教學(xué)資源之間的互補(bǔ)，教學(xué)演示資源、單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)資源、綜合實(shí)訓(xùn)資源涵蓋的知識(shí)點(diǎn)、技能訓(xùn)練目標(biāo)、要求要相互關(guān)聯(lián)、相互補(bǔ)充，又各有側(cè)重點(diǎn);另一方面，在建設(shè)過(guò)程中考慮到節(jié)約投資、加快進(jìn)度，要注重研究不同層次教學(xué)資源之間的重用性。比如要考慮已開(kāi)發(fā)教學(xué)演示資源能夠用來(lái)制作實(shí)驗(yàn)資源包，實(shí)驗(yàn)資源包能否用來(lái)開(kāi)發(fā)綜合實(shí)訓(xùn)虛擬教學(xué)資源。

4）虛擬教學(xué)資源應(yīng)該盡量仿真并體現(xiàn)真實(shí)工作環(huán)境。除了原理解釋型的虛擬教學(xué)資源，操作訓(xùn)練類(lèi)、實(shí)體認(rèn)知類(lèi)的虛擬教學(xué)資源都應(yīng)該盡量仿真，與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備擁有盡量一致的顏色、標(biāo)簽、質(zhì)感、操控界面，以方便學(xué)生快速地從虛擬教學(xué)資源轉(zhuǎn)移到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。對(duì)于大型實(shí)訓(xùn)類(lèi)虛擬教學(xué)資源，還需要在場(chǎng)景規(guī)劃、場(chǎng)景布置等方面盡量貼合真實(shí)的工作環(huán)境。

5）虛擬教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)考慮二次開(kāi)發(fā)問(wèn)題。隨著技術(shù)更新、設(shè)備更替或者項(xiàng)目課程的改革，教學(xué)內(nèi)容和能力培養(yǎng)目標(biāo)都會(huì)發(fā)生一定變化。因此在規(guī)劃和建設(shè)虛擬教學(xué)資源時(shí)，尤其是在確定每個(gè)虛擬教學(xué)資源的模塊大小和接口時(shí)，應(yīng)該考慮課程的動(dòng)態(tài)變化，提高資源的可重用性，并盡量具備二次開(kāi)發(fā)能力。

6）虛擬教學(xué)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中要不斷測(cè)試和調(diào)整設(shè)計(jì)方案。由于虛擬教學(xué)資源開(kāi)發(fā)工作量大，投資大，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，因此在起步階段不能求大求全、全面展開(kāi)，可以先從某門(mén)課程、某個(gè)關(guān)鍵能力培養(yǎng)、某個(gè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備出發(fā)，由點(diǎn)帶面，逐步展開(kāi)。開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷對(duì)已完成的工作進(jìn)行測(cè)試，及時(shí)找出問(wèn)題并修改，可以根據(jù)開(kāi)發(fā)和測(cè)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題調(diào)整原規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

虛擬仿真教學(xué)資源交互措施的選擇? 對(duì)于實(shí)體認(rèn)識(shí)類(lèi)虛擬教學(xué)資源，可以?xún)H具有旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放等基本的交互措施;對(duì)于規(guī)模較大的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)虛擬教學(xué)資源，應(yīng)盡量采用下面的交互措施。

1）真實(shí)設(shè)備、虛擬操作。采用計(jì)算機(jī)虛擬控制界面，通過(guò)虛擬的控制臺(tái)遙控遠(yuǎn)端真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和控制系統(tǒng)，進(jìn)行編程、校對(duì)、啟停、測(cè)試、監(jiān)控等操作;同時(shí)，計(jì)算機(jī)采集遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)，在虛擬系統(tǒng)中生成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)、圖像。比如為避免直接操作高壓供電設(shè)備產(chǎn)生危險(xiǎn)，學(xué)生可以利用虛擬系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)端遙控，同時(shí)觀(guān)察真實(shí)設(shè)備的操作情況進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2）虛擬設(shè)備、真實(shí)操作?？刂婆_(tái)是仿真的或者是真實(shí)的，但是被操控的設(shè)備是由計(jì)算機(jī)虛擬出來(lái)的，學(xué)生通過(guò)真實(shí)的操作臺(tái)、操作界面，控制計(jì)算機(jī)中的虛擬設(shè)備，進(jìn)行編程、校對(duì)、啟停、測(cè)試、監(jiān)控等操作;同時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)學(xué)生的操作實(shí)時(shí)生成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)、圖像、動(dòng)畫(huà)。典型的應(yīng)用就是動(dòng)車(chē)模式駕駛系統(tǒng)。

3）虛擬設(shè)備、虛擬操作。所有實(shí)驗(yàn)相關(guān)的設(shè)備、操作界面、操作條件等都用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬，并以文字、圖形或動(dòng)畫(huà)方式交互顯示。這種方式只使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以模擬一個(gè)或多個(gè)完整的設(shè)備和操作，實(shí)驗(yàn)室占地小、投資少，資源的可重復(fù)利用率高。它不僅可以控制學(xué)習(xí)情境的復(fù)雜度和逼真度，還可以弱化甚至剔除真實(shí)情境中無(wú)關(guān)的干擾因素;學(xué)生可以“隨機(jī)進(jìn)入”，身臨其境地進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。但是要注重提高仿真的程度，讓學(xué)生不僅可以“做”，還可以“親身體驗(yàn)”。

4 開(kāi)發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源的基本步驟

1）學(xué)校根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)虛擬教學(xué)資源建設(shè)計(jì)劃，科學(xué)規(guī)劃，制訂年度虛擬教學(xué)資源開(kāi)發(fā)計(jì)劃。

2）相關(guān)專(zhuān)業(yè)帶頭人、骨干教師、企業(yè)工程師聯(lián)合提出虛擬教學(xué)資源建設(shè)方案，并在專(zhuān)業(yè)內(nèi)論證，重點(diǎn)論證虛擬教學(xué)資源的數(shù)量、體系完整性、與教學(xué)需求的結(jié)合程度、交互性、制作手段等。論證結(jié)束后提交論證報(bào)告。

3）以專(zhuān)業(yè)為單位，聘請(qǐng)校外專(zhuān)家，開(kāi)展虛擬教學(xué)資源的論證報(bào)告會(huì)，重點(diǎn)論證建設(shè)投資、建設(shè)時(shí)限、建設(shè)可行性、不同教學(xué)資源模塊之間的整合與取舍等，并提交論證報(bào)告。

4）校企合作，開(kāi)展虛擬教學(xué)資源建設(shè)。根據(jù)企業(yè)的人才需求確定專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)典型工作崗位的職業(yè)能力要求確定教學(xué)內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)“教學(xué)活動(dòng)與生產(chǎn)過(guò)程相通”。并根據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)主要技術(shù)工種的技能要求設(shè)置技能訓(xùn)練內(nèi)容，按照專(zhuān)業(yè)特有工種的技能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行訓(xùn)練考核，拓展實(shí)踐領(lǐng)域、豐富教學(xué)內(nèi)容，提供綠色、可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的訓(xùn)練項(xiàng)目。

5）虛擬教學(xué)資源的驗(yàn)收。評(píng)價(jià)虛擬教學(xué)資源的優(yōu)劣主要從制作手段（采用的開(kāi)發(fā)軟件、系統(tǒng)平臺(tái)、可移植性等）、資源數(shù)量、體系完整性、操作靈活性、交互性、可管理性以及對(duì)學(xué)生的可考核性上著手。

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)，相關(guān)專(zhuān)業(yè)要堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃，共享資源，突出重點(diǎn)，持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，針對(duì)人才培養(yǎng)模式、課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等進(jìn)行一系列教育教學(xué)改革，使教學(xué)資源建設(shè)見(jiàn)成效、見(jiàn)特色。虛擬仿真教學(xué)為提高學(xué)生的基本能力、專(zhuān)業(yè)能力、職業(yè)能力及學(xué)習(xí)質(zhì)量與技能水平起到積極的推動(dòng)作用，同時(shí)促進(jìn)了相關(guān)專(zhuān)業(yè)的內(nèi)涵發(fā)展和人才培養(yǎng)水平的提升。

參考文獻(xiàn)

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*資助項(xiàng)目：山東職業(yè)學(xué)院教育教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目“高職院校信息化條件下的混合式教學(xué)模式的研究”。

作者：趙永君，山東職業(yè)學(xué)院，教授，從事高職教育教學(xué)及研究工作（250104）。