高職環保類專業虛擬仿真教學的探索和實踐

姚偉卿

摘? 要：針對高職環保專業教學中存在的實訓成本高、危險系數高等問題，以我校環境工程技術專業的虛擬仿真教學為例，從虛擬仿真教學體系、虛擬仿真教學資源、虛擬仿真教學過程及教學效果四個方面進行闡述，旨在為高職環保專業虛擬仿真教學提供有力參考。

關鍵詞：環保專業;高職;虛擬仿真

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）23-0119-04

Abstract： The higher training costs and high risk factors in the teaching of Environmental Protection Major in higher vocational colleges are in existence. Taking the virtual simulation teaching of Environmental Engineering Technology Specialty in our college as an example， this paper expounds the virtual simulation teaching system， the virtual simulation teaching resources， the virtual simulation teaching process and the virtual simulation teaching effect， and aims to provide a worthy reference for virtual simulation teaching of environmental protection major in higher vocational colleges.

Keywords： Environmental Protection Specialty; Higher Vocational Colleges; virtual simulation

引言

高職教育的特點是盡可能營造真實工作的學習環境，重視實踐教學，致力于學生職業技能的培養和綜合素質的提升。雖然近年來我國高職學生在國際比賽屢獲大獎，高職教育質量有所提升，但高職教育的發展依然面臨諸多挑戰，如實訓設備成本高，耗材資金投入比重大，設備更新換代較為迅速，實訓危險系數高等。所以，作為教育實踐者，需從多角度多層面出發，積極尋求解決問題之法。

虛擬仿真教學是現代教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是實現教育信息化的重要抓手[1]。虛擬仿真教學是現階段我國部分高等院校建立的全新教學模式，它區別于傳統教學模式，將現實無法實現的教學內容通過虛擬仿真技術呈現，顯著提高了教學效率及質量，目前已經在很多領域得到應用和推廣[2-4]。然而，虛擬仿真技術在高等教育環保專業教學中應用很少[5-7]，在高職教育環保專業教學中的應用還未見報道，本文在高職環保專業《大氣污染治理技術》核心課開展虛擬仿真教學的實踐探索和成功經驗，以期為虛擬仿真技術在高職環保專業的應用推廣提供有力參考。

一、高職環保類教學存在的問題

高職院校環保類專業的人才培養目標是培養在環境保護產業中具有一定創新創業能力和較強實踐能力的高級技術技能人才，面向的工作崗位主要有環保設施運營管理、環保設備維修與維護、環境監測、環境工程設計、環境工程施工與監理、環保產品及技術營銷等，涵蓋“大氣、水體、固廢、生態”人類生存的方方面面，環保行業范圍極廣，由于污染物的種類、濃度和組合具有綜合性和復雜性，并具有地域特征和時間特征，治理技術和設備眾多，工種也很多，因此在教學過程中需要學生掌握很多技能。

高職教育環保類的課程教學改革由傳統的教學模式“理論和實踐分離”的第一階段，發展到了“項目教學”、“教、學、做”一體化的第二階段，但此階段也存在不少問題，如因大多數環保設備是封閉、不可見的，學生缺乏設備內部結構認知;部分污染物有毒有害，對身體傷害大，學生做實訓時，安全是首要考慮的問題;另外，由于資金、場地和維護成本等問題，污染治理設備少或無設備，學生人數多，實踐難，實訓效果不佳，上述問題一直是阻礙環保類課程教學改革大跨步發展的“頑疾”。隨著現代教育信息化的發展，一些環保院校在自身發展實踐中逐漸找到治疾的“良方”——虛擬仿真技術。所以，借助虛擬仿真技術的虛擬仿真教學也許正在成為高職環保類專業教學改革的“第三階段”。

二、高職環保類虛擬仿真教學體系的探索

（一）虛擬仿真教學體系的構建

通過對近五年高職環保類專業主要工作崗位所需能力的系統分析，大氣污染治理技術課程所需學生掌握的技能以廢氣污染治理設備的運行維護及工業廢氣監測分析為主，廢氣治理工程初步設計和施工技能次之，結合高職學生喜操作、懼理論的特點，按照“學生多操作、理實相結合、還原工作場景和控制成本”的建設思路，構建了“三類九模塊”的以工程實踐實訓為主、實驗理論為輔的虛擬仿真教學體系。

如圖1所示，該體系主要分工程實踐實訓、實驗輔助及理論輔助三大類別，工程實踐實訓主要含治理設備操作仿真模塊、治理設備運行仿真模塊、廢氣治理工藝系統運行維護仿真模塊和廢氣治理工藝系統故障排除仿真模塊四大模塊，主要用于培養學生廢氣處理設備及工藝系統的操作運行維護技能;實驗輔助類有實物實驗配套虛擬仿真實驗模塊和虛擬仿真實驗模塊，主要用來解決實物實驗工位不夠和增加因危險系數高難以開設的實驗項目，最后是理論輔助的知識點微課模塊、設備結構認知仿真模塊和設備原理flash動畫模塊，這三個模塊主要用來解決學生的設備密封不可見、工作原理抽象難理解的難題。

（二）虛擬仿真教學的實踐探索

以高職環境工程技術專業的核心課之一大氣污染治理技術為例，該課程的虛擬仿真教學資源分布如表1所示。

自2016年開始探索虛擬仿真教學，經過多輪教學的嘗試和改進，當前我系環境工程專業大氣治理技術課程已經具備表1中第一、二期大部分虛擬仿真教學資源，通過對學生進行學情分析，借助網絡課程和虛擬仿真教學資源，合理科學采用多種教學方法，系統優化教學過程，得到了廣大師生的認可。

以“布袋除塵系統的運行”4個課時的教學內容為例，虛擬仿真教學過程詳見表2。通過表2不難看出，通過網絡課程和虛擬仿真教學資源庫，老師擺脫了面對幾十個操作運行步驟無從講解的尷尬境地，高度還原了企業中控室和現場治理系統的學習情境，學生動手操作每步運行步驟并體驗成功運行的快樂，突出了學生的主體地位，體現“做中學、做中教”，即通過模擬真實工作情景任務的完成達到了課程的知識目標、能力目標和素質目標。

從三年的大氣污染治理技術課程的虛擬仿真教學可以看出，虛擬仿真教學為環保專業學生對于大氣處理設備內部結構、工作原理及廢氣處理工藝系統工作現場的運行操作與維護等學習內容揭開了神秘的面紗，彌補了傳統教學的諸多不足，提高了學生的學習積極性和自信心，有效提升了學生的實操能力，有著傳統教學不可比擬的優越性。

（三）虛擬仿真教學的效果

從2016年開始歷時三年的環境工程技術專業的虛擬仿真教學，大氣污染治理技術課程借助虛擬仿真工程實踐實訓為主、理論和實驗為輔的教學體系，并借助獲得廣東省高職教育精品在線開放課程立項的《大氣污染治理技術》網絡課程，在學生的崗位核心能力培養方面取得了很大的進步，幾年來，學生參加廣東省“挑戰杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽榮獲二、三等獎，參加全國職業院校技能大賽高職組大氣環境監測與治理技術比賽取得省賽一、二及三等獎，另外，多位課程專任教師取得廣東省職業院校教師信息化教學大賽一、二、三等獎的好成績。

另外，通過問卷調查的形式，考察了2017和2018級環境工程技術專業部分學生對開設虛擬仿真教學的學習效果和看法。從問卷結果可看出，95%的學生很贊同專業課的虛擬仿真教學;97%的學生認為虛擬仿真教學不同程度的激發了學生興趣和學生動力;99%的學生認為虛擬仿真教學特別是水、氣和固廢的污染治理系統的運行維護模塊，使學生對企業環保運營崗和中控室崗位工作認知更加直觀、深刻，備受學生好評。從學生就業企業的回訪調查也可看出，開展的虛擬仿真教學效果也得到了接收畢業生環保公司的普遍認可。

三、結束語

“大氣污染治理技術”課程的虛擬仿真教學實踐證明，虛擬仿真技術應用到高職環保專業教學很好的突破了傳統教學因受場地、安全、時間、工位等條件的限制，彌補了工位不足及設備維護檢修等問題，極大地提高了學生實訓實驗的安全系數，增加了日常教學廣度和深度，拉近了學生在校學習與崗位工作間的距離，激發了學習興趣，讓學生更加直觀的進行觀察、思考和動手，鞏固、加深對環保系統工藝及環保設備的結構和原理的理解和掌握，實現了環保專業理論知識與實踐技能的有機結合，有效的提升了學生的環保工程觀念和實踐操作能力。

參考文獻：

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