高職院校基于虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)教改與實(shí)踐研究

姚曉榮 葉蘭洲

摘?要：?作者針對目前實(shí)踐教學(xué)存在的課時(shí)受限、實(shí)訓(xùn)場地和設(shè)備數(shù)量受限、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目存在安全隱患等問題，提出將虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目引入教學(xué)過程和混合式教學(xué)模式，形成較完整的實(shí)踐教學(xué)課程體系，為相關(guān)課程的改革提供參考，為實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的信息化、智能化和現(xiàn)代化提供支撐。

關(guān)鍵詞：高職；虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革與實(shí)踐

中圖分類號：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.04.088

0?引言

培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和工程實(shí)踐能力是道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本目的。虛擬仿真平臺因其虛擬化、立體化、結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，在實(shí)踐教學(xué)改革中扮演了重要角色。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要補(bǔ)充，課堂教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，將前期所學(xué)的理論知識與仿真操作相結(jié)合。道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)群主要包括道路與橋梁工程技術(shù)、實(shí)驗(yàn)檢測技術(shù)、工程測量技術(shù)、市政工程技術(shù)、養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)等五個(gè)專業(yè)，這些專業(yè)均對學(xué)生的動手能力要求極高。為了提升學(xué)生的動手能力、實(shí)踐水平，我院在進(jìn)行人才培養(yǎng)方案過程中，已對學(xué)生的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐課程加大側(cè)重。然而，當(dāng)前的課程體系在實(shí)踐教學(xué)方面距離人才培養(yǎng)的要求還有一定的差距。面對職業(yè)教育所要求的“崗、課、賽、證”融通的大環(huán)境，亟需引入虛擬仿真技術(shù)以改善實(shí)踐教學(xué)所面臨的困難，形成“虛實(shí)”結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行體系。

國內(nèi)許多學(xué)者和專家在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)促進(jìn)課程改革和實(shí)踐方面進(jìn)行了大量的研究。臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院的柯中爐等以生化制藥技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為例，闡述了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的問題，并對虛擬仿真技術(shù)提升高職實(shí)踐教學(xué)有效性進(jìn)行了探討。河北工業(yè)大學(xué)的梁李敏等闡述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要建設(shè)的內(nèi)容，充分利用虛擬仿真技術(shù)，堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合，互為補(bǔ)充，能實(shí)不虛”的原則促進(jìn)創(chuàng)新型專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)。吉林大學(xué)的谷艷華教授進(jìn)行了混合教學(xué)模式下虛擬仿真教學(xué)的探索，教學(xué)實(shí)踐表明虛擬仿真教學(xué)有利于混合教學(xué)模式下的探究性學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐，有利于提高教學(xué)效果。

1?實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與問題

1.1?課程學(xué)時(shí)受限

職業(yè)教育的特點(diǎn)決定了實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性，人才培養(yǎng)方案的實(shí)踐學(xué)時(shí)不斷增加，但是課程總學(xué)時(shí)需與人才培養(yǎng)方案總學(xué)分相適應(yīng)，學(xué)生每學(xué)年的總學(xué)分需要控制，只能開出常規(guī)性簡單的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，而有些耗時(shí)長的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)課程無法開出，如道路建筑材料課程中的馬歇爾實(shí)驗(yàn)、車轍實(shí)驗(yàn)，公路工程檢測技術(shù)中的CBR實(shí)驗(yàn)等無法在課程中讓學(xué)生動手實(shí)操，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)變成了教師對著設(shè)備向同學(xué)介紹實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理，學(xué)生對于知識的認(rèn)知和理解以及動手能力均得不到提高。

1.2?實(shí)訓(xùn)場地和設(shè)備數(shù)量受限

工程實(shí)踐類課程中所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多體積較大、占地面積大且具有操作困難等特點(diǎn)，教師在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生操作時(shí)，存在很多學(xué)生圍著一臺儀器設(shè)備觀看教師操作的問題，即使學(xué)生可以進(jìn)行操作，也不能夠滿足所有學(xué)生均能動手，在實(shí)訓(xùn)場地和設(shè)備臺套數(shù)等教學(xué)資源有限的條件下，上課分組率達(dá)不到要求，學(xué)生動手率得不到保障，教學(xué)效果不理想。多數(shù)職業(yè)院校因占地面積小，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)難實(shí)施、受限制，不能滿足復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)訓(xùn)要求以及學(xué)生安全要求。

1.3?實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在安全隱患

工程類的實(shí)驗(yàn)課程大多要求學(xué)生動手實(shí)操，對于較大型的設(shè)備，在40多人的教學(xué)班里很難保證學(xué)生的安全。對于鋼筋的拉伸實(shí)驗(yàn)，鋼筋的固定尤為重要，如固定不牢，很有可能出現(xiàn)鋼筋被甩出，對相對狹小空間里學(xué)生的人身安全造成威脅。

2?基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革路徑

2.1?優(yōu)化人才培養(yǎng)方案

結(jié)合我院道橋工程技術(shù)專業(yè)群的專業(yè)設(shè)置情況，引入虛擬仿真軟件，形成“虛實(shí)結(jié)合、線上線下協(xié)同”的實(shí)踐教學(xué)模式，設(shè)計(jì)“崗課賽證”一體化的教學(xué)思路，實(shí)現(xiàn)理論課和實(shí)踐課的融合，真正實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)方案改革。

在教學(xué)過程中，采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、實(shí)現(xiàn)混合式教學(xué)，學(xué)生對于復(fù)雜的、大型的、實(shí)驗(yàn)室難以工程再現(xiàn)的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐的零距離，使學(xué)生順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)要求。

2.2?對接崗位需求

職業(yè)教育課程要服務(wù)于人的發(fā)展，課程要面向具體的崗位，以崗為課，課程中參照崗位的具體活動來構(gòu)建學(xué)習(xí)過程，通過“學(xué)中做，做中學(xué)”的方式讓學(xué)生體驗(yàn)崗位的運(yùn)行流程，從而促進(jìn)職業(yè)學(xué)習(xí)活動的發(fā)生。道路建筑材料課程對接的主要崗位為公路工程實(shí)驗(yàn)檢測員，對接職業(yè)崗位能力如下表1。

虛擬仿真技術(shù)把短學(xué)時(shí)不能實(shí)現(xiàn)的、設(shè)備操作具有安全隱患的、實(shí)驗(yàn)場地和設(shè)備臺套數(shù)不能滿足分組要求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)變成了現(xiàn)實(shí)，如車轍實(shí)驗(yàn)、瀝青抽提實(shí)驗(yàn)、亞甲藍(lán)實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生通過虛擬仿真技術(shù)完成了學(xué)習(xí)。

2.3?深化課賽融通

在“崗課賽證”融通過程中，職業(yè)技能大賽引領(lǐng)課程改革。虛擬仿真技術(shù)將工程搬到學(xué)生面前，實(shí)現(xiàn)了工程和設(shè)備的虛擬化、立體化和結(jié)構(gòu)化，讓技能競賽的進(jìn)行得以實(shí)現(xiàn)。虛擬仿真技術(shù)將理論知識、實(shí)踐操作、文本知識、視頻資源融合到一起，在教學(xué)中進(jìn)行推廣應(yīng)用，讓學(xué)生圍繞賽項(xiàng)任務(wù)優(yōu)化教學(xué)項(xiàng)目，借助賽項(xiàng)評價(jià)，推動教學(xué)評價(jià)改革。在整個(gè)過程中教師的教學(xué)理念得以突破，教學(xué)能力得到提升；學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和動手能力完美結(jié)合，改變了傳統(tǒng)教學(xué)不能實(shí)現(xiàn)的尷尬局面，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)做”一體化，真正做到了課程與賽項(xiàng)的融通。

2.4?增強(qiáng)創(chuàng)新能力

網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)更具有開放性，可以打破時(shí)間和空間的限制，可以自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析評價(jià)等。學(xué)生由傳統(tǒng)的被動接受實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥貐⑴c和掌控實(shí)驗(yàn)過程，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

學(xué)生參與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開發(fā)，與制作方對接實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作要點(diǎn)、結(jié)果整理等內(nèi)容，通過虛擬項(xiàng)目的不斷調(diào)試和適用，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力，實(shí)現(xiàn)課堂的又一次革命。在使用虛擬仿真軟件過程中，全過程了解工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，身臨其境地走進(jìn)工程一線，實(shí)現(xiàn)課堂到工程現(xiàn)場的零距離。

3?實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的預(yù)期效果

通過對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，進(jìn)一步鞏固了前期課程中所學(xué)的理論知識，同時(shí)使得實(shí)踐教學(xué)課程在以下幾個(gè)方面得到改善。

（1）人才培養(yǎng)方案的修訂。以服務(wù)交通產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，學(xué)院與企業(yè)共同制定人才培養(yǎng)方案，主要增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程、交通特色課程，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課時(shí)上有保證。

（2）實(shí)踐教學(xué)體系的完善。完成了提高學(xué)生工程素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的目標(biāo)，形成虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系。

（3）教學(xué)資源與特色課程的建設(shè)。教師團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)道路建筑材料特色課程教材資源，在原有實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和提高。

（4）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)建設(shè)支持。以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)，學(xué)生參與開發(fā)和研究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師團(tuán)隊(duì)中科院指導(dǎo)教師為學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供支持，并指導(dǎo)參加“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，形成課程的部分特色教學(xué)內(nèi)容?。

4?結(jié)語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)和多媒體技術(shù)構(gòu)建仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不再受場地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間等條件的限制，使學(xué)生自主地在開放的虛擬仿真平臺上開展實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)的教學(xué)功能，可以有效地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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