虛擬仿真技術在理實一體化教學中的應用

摘要：隨著互聯網技術的發展，虛擬仿真技術在職業教育中已經得到廣泛的應用，成為教學的重要組成部分。虛擬仿真教學技術具有多感知性、沉浸性、交互性、構想性等特點，這些特點有益于教師的課題教學及學生專業核心技能的訓練，為解決職業教育面臨的實訓難等問題開辟了一條新思路。

關鍵詞：虛擬仿真;理實一體化;教學改革;實訓

職業教育的特色是技能訓練，技能訓練的投入是職業院校實訓教學成本的“大頭”，尤其是機電類的技能訓練需要投入大量的實訓設備、材料。而大多數實訓材料屬于純消耗實訓，實訓成本高昂，如何降低實訓成本、提高實訓教學質量是職業教育創新的一個重要課題。

隨著互聯網技術的發展，虛擬仿真技術在職業教育中已經得到廣泛的應用，成為教學的重要組成部分。虛擬仿真技術是將多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息技術進行集成，構建一個與現實世界的物體和環境相同或相似的虛擬教學環境，并通過虛擬環境集成與控制為數眾多的實體，構成一個虛擬仿真教學系統。

虛擬仿真教學技術具有多感知性、沉浸性、交互性、構想性等特點，這些特點有益于教師的課題教學及學生專業核心技能的訓練，為解決職業教育面臨的實訓難等問題開辟了一條新思路。目前我校機電一體化技術專業有多門課程使用虛擬仿真技術。例如《C51單片機技術》采用keil+protues聯合仿真實例教學;《電工電子技術》采用multisim仿真電路圖設計;《電氣控制與plc技術》采用宇龍虛擬仿真軟件等。

虛擬仿真技術源于國外，在國外已經取得廣泛的應用。近年來，國內高職院校也在大力發展虛擬仿真實訓教學，并取得了一定的進展，很多高職院校都建立了虛擬仿真實訓室。現階段國內虛擬仿真技術在實訓教學方面取得了一定的成績，不過與國外目前的發展狀況比較仍處在發展的初級階段，存在諸多需要完善的地方，如虛擬仿真實訓教學的建設和發展沒有貼近區域經濟和技術的發展，虛擬仿真實訓教學軟件開發過程，缺乏統一的開發標準和規范，部分高職院校對虛擬仿真實訓教學的認識不夠充分，對虛擬仿真實訓教學的人才隊伍建設方面投入不夠等。

虛擬仿真技術作為一種優秀的輔助教學工具，可以用于情景創設、協作交流等教學活動。虛擬仿真實訓教學環境創設多種情景，采用三維動畫模型，添加豐富的色彩和音樂，使得虛擬仿真的教學環境更能激發學生的學習興趣。由于其具有形象生動、交互性強、反饋實時等明顯的優勢，能夠對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬，同時通過虛擬系統可以直接觀察到假設所產生的結果，從而激發學生的創造性思維，培養學生的創新能力。因此，虛擬仿真實訓教學有利于學生提前熟悉實訓的真實環境，熟練掌握職業技能，激發學生的學習興趣。

相對于快速發展的信息技術，學校教育中傳統的教學媒介通常存在滯后性。科學技術的發展日新月異，其傳播也需要一定的條件，比如硬件資源和師資條件的配備等。隨著技術進步進程的加快，作為硬件教學資源和實訓教學媒介的儀器設備等沒用多久就可能因技術上的變革而面臨淘汰，而升級改造一般都存在困難，只能通過購買新設備的方式來進行解決。這種狀況既造成有限教學資源的浪費，又極易使教學過程因缺乏必要的設備而陷入停滯不前的狀態。采用虛擬仿真技術建設的實訓室或實訓基地則可以重復利用，其改進和升級在很大程度上取決于軟件的改進與升級，無需將硬件資源全部進行替換。虛擬仿真系統的最大特點是無需消耗任何材料，且可以多次重復實訓教學內容。虛擬仿真實訓具有先進性、共享性、易擴充性和易于改進等特點，減少了設備投入經費，使教學內容在虛擬的環境中不斷更新，實訓教學及時跟上技術的發展，滿足不斷變化的教學需求。

教學過程是一個教師和學生全員參與的過程，在這個過程中有交流、有探討、有共同經歷更有情感的加深。因此教學過程的實施不能完全依賴于一種教學手段，傳統教學和信息化教學都有自己的優缺點，在實際教學中，我們更應該采用多種方式教學手段相互結合，充分利用各種教學手段在教學理念、教學方式、教學過程方面的優越性更好地為完成教學任務。

從傳統的課堂教學到三維虛擬仿真的實訓室進行理實一體化教學，在這個轉化中不僅學生能看懂課本知識，對學生的計算機操作能力和對各種新技術設備的操作能力都提出了更好地要求。為了激發學生的創新意識，我們還要鼓勵學生利用三維虛擬仿真實訓室進行創造能力的開發。與此同時，教師在采用三維虛擬仿真實訓室進行教學時也面臨著巨大的挑戰。扎實的專業知識和技能幫助教師更好地發揮所長，但信息化教學還需要教師能夠協助實訓室建設過程完成三維模型創建，各種素材的采集，軟件的進一步開發。這都對教師的計算機水平和對新事物的接受能力學習能力提出了新的標準和要求。

加強虛擬仿真實訓教學的規范化和標準化。高職院校越來越注重虛擬仿真實訓教學的發展，大力著手開發虛擬仿真實訓軟件。然而，虛擬仿真實訓教學的建設缺乏統一的標準，無法確保實訓教學的質量。虛擬仿真實訓教學要朝著質量檢驗標準化、操作流程化的方向發展;軟件設計和代碼編寫要規范化，編寫的軟件要考慮其擴展性和安全性，并且要預留統一的擴展接口。將虛擬仿真技術與多媒體技術有機結合，把握不同虛擬仿真技術的特點，從而選擇有效的虛擬仿真實訓教學工具，提高虛擬仿真實訓教學的質量和效果。

采用虛實結合的教學理念。虛擬仿真技術有助于學生理解實訓內容，并在一定程度上提高學生的動手能力。但是虛擬仿真只是模擬真實的實訓教學，實訓過程缺少“實物感”，并不能完全代替實物實訓。因此，應該認識到虛擬仿真與實操實訓各自的特點，二者優勢互補，不可相互取代。如在電氣元件實訓教學項目中，用到的電氣元件，包括接觸器、繼電器等種類、型號很多。采用虛擬仿真實訓教學軟件，學生雖然也能使用到這些設備，但仿真設備與實物還是有一定的區別，到真正的實操實訓中可能會無從下手。因此，應該注重將虛擬仿真與實物實訓結合起來。在進行虛擬仿真實訓的基礎上，安排一些實訓內容在真實環境中操作，這樣學生會對實訓的設備有親身的體會，能加深實訓的印象，提高實訓的效果和質量。

4.3加強人才隊伍的建設。虛擬仿真教學系統的建設和發展，離不開高素質的教師團隊。如何造就一支素質優良、結構合理、專兼結合、業務精湛的虛擬仿真系統建設和教學的優秀師資隊伍是當務之急。虛擬仿真實訓教學系統科學合理設計和有效使用，需要教師在教學理念和教學能力上都達到一定的水平。高職院校可以依托現有信息管理中心，培養虛擬仿真教學系統的開發隊伍。與此同時，還可考慮與企業合作進行虛擬仿真實訓教學人才隊伍的建設，聯合培養虛擬仿真教學軟件開發和設計人才。

總之，實訓教學過程對于學生的動手操作能力、工程實踐能力、工匠精神和創新精神的培養都具有非常重要的影響和作用。在教育信息化和現代化的大背景下，虛擬仿真教學已成為傳統實訓教學的重要支撐和必要補充。無論是虛擬仿真系統的設計者，亦或是在教學過程中引入、嘗試、應用虛擬仿真教學方式的一線教師，都應該堅持以下理念：在一定教學條件下（包括技術條件，如信息化教學手段），一切教學都應以提高學習效果為出發點和歸宿點，使師生花最少的時間和精力獲得最好的教學效果。

對于虛擬仿真系統，其設計、開發與應用都應該以學生為本，為學生學習和教師教學服務，唯有如此才能達到系統設計的最優化和教學過程的最優化。

李學榮，1991-2，男，漢族，湖北漢川人，上海東海職業技術學院，助教職稱，教師，本科學歷，學士學位，研究方向：主要從事機電研究。