虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合的課程培養(yǎng)探索

楊志東 陳書錦 方臣富

摘? 要：本文以焊接技術(shù)與工程專業(yè)為例，針對(duì)其專業(yè)課理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的特點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)際工程相結(jié)合的要求，探討培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和具體工程應(yīng)用能力的路徑。針對(duì)學(xué)生無法直觀與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景相結(jié)合、對(duì)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)缺乏了解以及專業(yè)知識(shí)無法快速運(yùn)用等問題，本文提出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與專業(yè)課程相結(jié)合的策略，以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的了解，讓學(xué)生將所學(xué)專業(yè)知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過案例進(jìn)行實(shí)際操作，優(yōu)化課程教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);工程應(yīng)用;培養(yǎng)方法

中圖分類號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2020）44-0057-03

焊接技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民制造中必不可少的環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、造船、鋼結(jié)構(gòu)、軌道車輛和汽車等各個(gè)行業(yè)，需求量大，工程化應(yīng)用顯著，而且尤其注重理論與生產(chǎn)密切結(jié)合。焊接專業(yè)具有實(shí)際操作要求強(qiáng)、授課內(nèi)容難以理解，較難將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合等特點(diǎn)。學(xué)者們?cè)谑谡n過程中發(fā)現(xiàn)，本科生對(duì)工程實(shí)際場(chǎng)景的理解薄弱，缺乏一線工作經(jīng)驗(yàn)，難以將課堂所講的理論知識(shí)與實(shí)際場(chǎng)景相結(jié)合，在短時(shí)間內(nèi)難以轉(zhuǎn)化為與工程相結(jié)合 [1-2]。如何在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生快速地將自己所學(xué)與工程相對(duì)應(yīng)，并激發(fā)他們的聽課興趣，是目前焊接專業(yè)課面臨的突出問題 [3-4]。

船舶與海洋工程焊接導(dǎo)論作為焊接專業(yè)學(xué)生的通識(shí)教育課，對(duì)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和興趣具有重要作用。沒有船舶、海洋工程及焊接專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，如何將三方面知識(shí)合理結(jié)合？針對(duì)這一問題，本文提出將虛擬仿真的課程與學(xué)生無專業(yè)基礎(chǔ)和無工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)相聯(lián)系起來，讓學(xué)生能夠直觀、快速地理解，提升理論聯(lián)系實(shí)際能力，為學(xué)生從零基礎(chǔ)向?qū)I(yè)理論與工程背景相結(jié)合打下基礎(chǔ) [5]。

一、工程技術(shù)綜合應(yīng)用型人才教學(xué)的必要性

（一）工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的迫切需求

在與多家船舶與海工企業(yè)的溝通過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生畢業(yè)后到工廠工作時(shí)，難以快速將所學(xué)理論知識(shí)和工程應(yīng)用相融合，需要廠方安排大量時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)才能夠熟悉現(xiàn)場(chǎng)的具體需求，如何快速將學(xué)生所學(xué)和工廠現(xiàn)場(chǎng)融合，是用人單位迫切需要解決的問題。近年來，隨著船舶與海工制造在高附加值產(chǎn)品中的拓展，更加注重生產(chǎn)與理論相融合來切實(shí)提高制造效率和焊接質(zhì)量，對(duì)理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的工程應(yīng)用型人才需求尤為迫切，因此，在課程教學(xué)中進(jìn)一步加強(qiáng)工程實(shí)際應(yīng)用與理論結(jié)合也顯得尤為重要。

（二）焊接專業(yè)理論課教學(xué)過程中的突出問題

1. 工程應(yīng)用背景缺乏，理解難度大

焊接技術(shù)與工程專業(yè)具有焊接方法多、專業(yè)性強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)和應(yīng)用場(chǎng)景廣等特點(diǎn)，由于課堂教學(xué)內(nèi)容較多，綜合了多學(xué)科的特點(diǎn)，難以保證理論學(xué)習(xí)和特定工程應(yīng)用背景相結(jié)合。在課堂學(xué)習(xí)過程中理論知識(shí)專業(yè)性強(qiáng)，且沒有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生很容易在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生畏難情緒，難以提高學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)老師面臨教學(xué)開展困難、學(xué)生理解難度大的問題，學(xué)生在畢業(yè)后短時(shí)間內(nèi)難以滿足用人單位的需求。

2. 專業(yè)工程應(yīng)用性強(qiáng)，學(xué)生缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)

大多學(xué)校以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)理論知識(shí)為主，在實(shí)際工程應(yīng)用方面較為薄弱，缺乏分析工程背景下的焊接問題的能力。基于上述焊接技術(shù)與工程學(xué)習(xí)過程的突出問題，必須進(jìn)行課程的優(yōu)化改革，優(yōu)化專業(yè)課教學(xué)，解決學(xué)生缺乏工程應(yīng)用背景、理解難度大等問題，能有效提高學(xué)生的主動(dòng)性、積極性以及參與性，在工程案例的分析過程中，結(jié)合理論知識(shí)切實(shí)提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

二、虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合的思考

職業(yè)教育以崗位需求和職業(yè)能力為本位，突出實(shí)踐技能的訓(xùn)練。目前很多學(xué)校都購置了大量設(shè)備，但仍不能滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要，教學(xué)僅停留在理論層面，學(xué)生從理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)入實(shí)際操作缺少中間過渡環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在“高投入、高危險(xiǎn)、難實(shí)施、難觀摩”等多種問題。而虛擬仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)來模仿真實(shí)工作環(huán)境和工作過程的技術(shù)，可以有效地解決上述問題，是值得提倡和推廣的教學(xué)方法。

（一）理論教學(xué)與工程虛擬仿真有機(jī)結(jié)合

工程應(yīng)用背景在專業(yè)課學(xué)習(xí)中具有重要意義，如何將工程應(yīng)用背景更加直觀、清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生有較大的實(shí)施難度。通過虛擬仿真將焊接工程應(yīng)用背景與理論課程教學(xué)相結(jié)合，可以將場(chǎng)景生動(dòng)形象地展示給學(xué)生，讓學(xué)生快速掌握實(shí)踐工作應(yīng)用場(chǎng)景。在此過程中，不僅可以將復(fù)雜的工程應(yīng)用場(chǎng)景更清晰地描述出來，還能增加對(duì)場(chǎng)景的其他知識(shí)拓展，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，明確自己所學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)與實(shí)際工程場(chǎng)景應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)性。

（二）以應(yīng)用場(chǎng)景為主線，多知識(shí)點(diǎn)耦合

由于學(xué)生對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)景知識(shí)的缺乏，專業(yè)課基本是填鴨式教學(xué)，在專業(yè)課程開始時(shí)，學(xué)生專業(yè)知識(shí)薄弱，難以快速掌握純理論教學(xué)知識(shí)。以應(yīng)用場(chǎng)景為主線，將知識(shí)點(diǎn)圍繞應(yīng)用場(chǎng)景、使用環(huán)境、技術(shù)要求以及實(shí)際的工程需求進(jìn)行耦合，有意識(shí)地把理論知識(shí)嵌入其中，使抽象的理論和應(yīng)用背景快速融合，不僅可以提高課程的聽課和授課效率，還會(huì)為學(xué)生在后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)中將知識(shí)快速耦合打下基礎(chǔ)。

（三）課堂教學(xué)與虛擬仿真相結(jié)合，增強(qiáng)工程實(shí)踐性

針對(duì)焊接技術(shù)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，在做好理論教學(xué)的前提下，必須將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合。將虛擬的場(chǎng)景應(yīng)用到課堂中，可以實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)點(diǎn)和工程實(shí)踐的融合，尤其適用于才開始學(xué)習(xí)的學(xué)生。既拓展了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，即了解實(shí)際生產(chǎn)制造時(shí)的工程結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和整個(gè)制造環(huán)節(jié)的過程，還可激發(fā)學(xué)生探索更多新知識(shí)，形成較好的學(xué)習(xí)氛圍和興趣，同時(shí)使學(xué)生對(duì)專業(yè)能夠有直觀的認(rèn)識(shí)，改善教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（四）開展項(xiàng)目化虛擬仿真實(shí)踐驗(yàn)證，縮短理論與工程距離

在構(gòu)建虛擬仿真平臺(tái)時(shí)，應(yīng)針對(duì)教學(xué)內(nèi)容，以多個(gè)工程背景項(xiàng)目形式加入課后練習(xí)中，與實(shí)際工程應(yīng)用需求相結(jié)合，著重對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用，并開展項(xiàng)目化虛擬仿真實(shí)踐驗(yàn)證。通過虛擬實(shí)驗(yàn)操作與專業(yè)理論知識(shí)共同配合開展教學(xué)，能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程應(yīng)用的參與度，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)線上虛擬仿真與線下的理論學(xué)習(xí)相融合，能縮短理論教學(xué)與工程實(shí)際應(yīng)用的距離，為培養(yǎng)具有豐富工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生奠定基礎(chǔ)。與純理論教學(xué)相比，該教學(xué)可以加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的印象，讓學(xué)生在實(shí)際操作過程中看到參數(shù)的變化和焊接過程，讓學(xué)生對(duì)焊接知識(shí)及其應(yīng)用具有新的認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生對(duì)理論課的興趣。在參與過程中，學(xué)生也能發(fā)現(xiàn)自己的薄弱點(diǎn)，一方面可以通過對(duì)理論知識(shí)的回顧明確自己的難點(diǎn)，使被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng);另一方面，學(xué)生還能通過文獻(xiàn)或案例去探索新知識(shí)，可以有效縮短焊接理論學(xué)習(xí)與實(shí)際工程之間的距離。

（五）以虛擬仿真作為理論與工程的紐帶，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考

在專業(yè)知識(shí)授課過程中，結(jié)合虛擬操作，能提高學(xué)生的參與程度，在操作過程中聯(lián)系前后知識(shí)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧和總結(jié)，并引發(fā)學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)的主動(dòng)思考。結(jié)合虛擬操作可以改變學(xué)生被動(dòng)接受理論知識(shí)的困境，改善其對(duì)專業(yè)知識(shí)的抽象理解，從而圍繞這些專業(yè)場(chǎng)景和實(shí)際案例積極探索其他專業(yè)知識(shí)，豐富學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，也能讓他們體會(huì)到專業(yè)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也能讓學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)或科研中主動(dòng)思考，幫助其在今后就業(yè)過程中，將自身所學(xué)充分應(yīng)用到實(shí)際工作中。

三、結(jié)語

焊接是國(guó)家制造的基礎(chǔ)，其專業(yè)知識(shí)教學(xué)工作對(duì)科研、船舶海洋工程的發(fā)展、人才的培養(yǎng)和實(shí)際工程應(yīng)用具有重要作用。將虛擬場(chǎng)景、實(shí)際應(yīng)用背景和理論知識(shí)三方面相結(jié)合，可以提高學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和專業(yè)背景的認(rèn)知。針對(duì)專業(yè)授課難度大，難以將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合等問題，可以將虛擬仿真與實(shí)際相結(jié)合進(jìn)行授課，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中提升對(duì)專業(yè)場(chǎng)景的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善理論知識(shí)與工程之間的距離，引發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)思考，從而實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉文斐. 基于虛擬仿真的“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J]. 齊魯師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，034（01）：34-41.

[2] 肖潔，洪連環(huán)，方平. 基于Proteus仿真的《微機(jī)原理及應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 軟件，2019，40（02）：65-68.

[3] 單丹，王寧海. “雙一流”背景下跨學(xué)科課程建設(shè)與教學(xué)模式初探[J]. 現(xiàn)代職業(yè)教育，2018（35）：68.

[4] 王淑青，雷桂斌，楊婧靈. 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在海洋儀器使用與維護(hù)課堂教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 大學(xué)教育，2020（02）：84-86.

[5] 余建平，付佳. 虛擬仿真與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合[J]. 新教育時(shí)代電子雜志（教師版），2016，000（32）：18-19.

（薦稿人：石銘霄，江蘇科技大學(xué)副教授）

（責(zé)任編輯：胡甜甜）