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高职实践教学应用虚拟仿真技术的研究
2015年8期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘 要：近年来，虚拟仿真技术在高职实践教学中发挥着非常重要的作用。随着虚拟仿真技术的迅速发展，高职实践教学正向着校内虚拟仿真实践和校外顶岗实习相结合的教学模式转变，必将通过推动高职实践教学的改革发展来促进职业教育的发展。本文介绍了高职实践教学中应用虚拟仿真技术的原则及应注意问题。 中国论文网 /4/view-7159613.htm　　关键词：虚拟仿真技术；高职实践教学；原则；问题 　　高职院校的实践教学是实现其培养目标的重要途径，对提高毕业生的创新创业能力非常重要，也反应出院校的办学特色。近几年，全国高职院校正在进行着一场如火如荼的实践教学改革，虚拟仿真技术的发展又推动了将仿真技术应用到高职实践教学的发展进程。但是其发展的速度不是很快，由于虚拟仿真软件的有效性及先进程度严重制约着其发展的速度。怎样才能将虚拟仿真技术科学地、有效地应用到高职实践教学中去，充分发挥并优化实践教学在高职人才培养工作中的重要作用，全面提升高职毕业生的职业能力、就业创业能力及创新能力是摆在所有高职院校面前的新挑战。 　　1 实践教学中应用虚拟仿真技术的原则 　　虚拟仿真技术是应用计算机技术模拟出逼真的虚拟现实的场景，使用者通过应用设备与虚拟环境进行相互作用及影响来体验到一种身临其境的感觉。虚拟仿真技术能使人不受时间和空间的限制去接触非现实的环境，这样在不受条件和环境的限制下去探索和发现现象的本质。虚拟仿真技术给高职实践教学的改革提供了更广阔的空间，将虚拟仿真技术应用到高职实践教学中还要注意以下几个方面。 　　1.1 高职实践教学的目标是提高学生的岗位职业能力，这就要求学生在实践教学的过程中要深入到实际岗位，在一线进行实践操作学习。从而，实践教学中应用虚拟仿真技术的第一步就是要认真分析和调查学生的实践岗位的职业特点和要求，以实际工作过程和真实的工作任务为基础去设计和整合实践教学内容及任务，做到充分利用虚拟仿真技术去构造不受时间及空间限制的符合教学目标要求的立体化实践教学环境，实现对真实职业场景的模拟再现，使学生在具体的场景中完成学习任务，做到传授、学习、操作融为一体，能够在不同的场景中学习自如，做到职业性与场景性相结合。 　　1.2 当今随着市场经济的发展和科技的进步，高职院校越来越重视培养毕业生的职业岗位技能，高职院校不断进行教育教学方面的改革，更加注重提升毕业生的就业能力和适应整个职业生涯发展的要求。所以，高职院校设计的实践教学任务就要和企业生产一线的实际工作和学生参加工作后的实际岗位相适应，培养学生的职业岗位能力。在设计虚拟仿真的实践教学体系的过程里，要挑选具有代表性的，技术先进的设备及工艺技术等，应该注重体现与情境相关的基于工作过程的知识与技能的学习，使学生在完成一个学习任务之后能够对完整的工作流程、操作模式和岗位具体情况得以学习和掌握，从而能够与相关的职业实践活动联系起来，掌握完成工作任务的方法及解决相对复杂的综合问题的技巧，能够适应未来岗位对高职毕业生提出更高的职业能力要求。除此之外，应该重点开发设计那些以培养核心与关键技能为目标的实践教学项目，做到先进性与典型性相结合。 　　1.3 把虚拟仿真技术应用到高职实践教学的过程中，要充分抓住虚拟仿真技术构想性的特点，按照学生心理和认知方面的水平，根据教学内容来设计构思实践的教学场景，培养学生的学习兴趣，拓展学生的想象空间，使学生学习到知识，充分理解概念的含义，领会实践教学所传授的知识点，提高学生的创新创造能力。运用虚拟仿真技术选择适量的教学内容，把抽象的内容具体化，复杂的问题简单化，微观的内容宏观化，这样能够有助于学生理解和掌握操作方法，并达到熟练操作的程度，使得实践教学的效果达到预期的目标。 　　1.4 利用虚拟仿真技术来进行实践教学系统的设计过程中，应该抓住仿真技术交互性强的特点，设计出互动性强、协作性高的实践教学任务，使学生在虚拟现实的实践场景中完成自己的实践操作工作，在整个过程中要注重培训学生们共同解决实际问题的能力。并且，利用虚拟仿真技术设计的实践教学系统要突出其智能性的特点，该系统能够对学生的实践操作成果进行及时的跟踪与反馈，并且可以依据学生的操作情况给予合理的评价，还能够及时给予有针对性、个别化的指导，做到交互性与智能性相结合。 　　2 虚拟仿真技术在应用中应该注意的问题 　　2.1 虚拟实训不能替代实操实训。高职实践教学中利用虚拟仿真技术，实现了实训环境的改善，教学过程的优化，还解决了很多实训教学方面的难题。不过利用虚拟仿真技术来设计高职实践教学内容，不代表虚拟实训可以完全替代实操实训，两者存在着本质的区别。虚拟仿真技术只是通过去模仿一些实际的生产和工作实践过程，让学生在过程中学到一种间接的经验，而不能完全替代真实的现场操作。所以，在应用虚拟仿真技术的实践过程中，必须认清虚拟实训和实操实训的本质区别。设计虚拟实训的思路是：首先是把实操实训无法实现任务利用虚拟仿真技术来设计虚拟实训教学来实现；其次是要依据现代教育理论来设计实践教学任务，把虚拟仿真技术设计的虚拟实训教学内容放在前面进行，而把实操实训安排在后面，并将二者完美的结合在一起，获得最好的教学效果。 　　2.2 注重情感教育和技能培养。虚拟仿真技术在高职实践教学中发挥了重要的作用，实现了提高学生职业技能和传授知识的目标。然而，虚拟仿真技术也有做不到的地方，所以，在虚拟仿真实践教学过程中，一定要正确处理好情感教育和技能培养关系。首先，要充分利用虚拟仿真技术的优点去设立虚拟现实场景，营造和谐民主的教学环境，激发学生的情感，积极调动学生学习的主动性和热情；其次是采用分组讨论、共同协作的学习形式进行教学设计，为学生提供师生之间情感活动的机会。 　　2.3 专业技能和信息技术的区别。应用虚拟仿真技术设计高职实践教学任务的过程中，应该合理应用信息技术，理清专业技能和信息技术的主次关系，要认清信息技术只是在实践教学过程中所应用的教学手段和教学内容的载体，而不是实际的具体教学内容，尤其在实践教学评价体系中不可过分依赖信息技术，而忽视对学生专业技能的考核，而应该是注重培养学生的专业技能和职业素质，提高学生就业创业的能力。
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以3D虚拟仿真技术推进高职院校教学实训改革的研究
优质期刊推荐虚拟仿真:真实教学无法做到的它能做_新华每日电讯
虚拟仿真:真实教学无法做到的它能做
通过虚拟仿真实验技术,让学生“有惊无险”做危险实验,让学生在教室里就能“实习”
日 07:37:26
　来源： 新华每日电讯14版
【字号 】【】【】【】
　　▲虚拟仿真实验教学论坛的高教仪器展现场,一名观众正在体验VR(虚拟现实)沉浸式建筑施工现场。
　　新华每日电讯记者　李洪磊　摄　　
新华每日电讯记者李洪磊
　　体验者头戴VR(虚拟现实)眼镜,身穿动作捕捉设备,就可以十分真切地体验到脚手架倒塌、高层建筑失火、钢筋滑落等施工时的危险场景,并及时采取相应的处理措施。这是4月27日在安徽合肥举行的虚拟仿真技术与教学资源建设论坛现场,来自北京睿格致科技有限公司的渠道经理田源正在向一名体验者演示一套工程事故处理的虚拟仿真系统。
　　“在现实中,肯定不能让建筑专业的学生去现场体验这些危险。”田源向《新华每日电讯》记者介绍说,“但是通过沉浸式的虚拟仿真系统,就可以让学生很直观地认识现实中的危险。”
　　在日常生产中,诸如建筑工地钢筋滑落、森林火灾、化工厂爆炸等事故和危险并不罕见。但长期以来,相关专业学生对这些事故和危险的认知,大多停留在书本上和前辈的描述中。虽然在专业学习时,学生们已经了解甚至熟习了事故的处理流程,但由于缺乏实际经验,能否做到临危不惧,仍是一个极大的考验。
　　现在,高校可以把这些危险和事故“搬进”实验室了——通过虚拟仿真实验技术,构建起极具现实感的虚拟场景,使学生能够在安全状况下了解危险,体验危险,处理危险。
让学生安全地体验危险
　　2016年,虚拟现实(VR)无疑是一个热词。而虚拟仿真实验技术——在VR基础上添加仿真技术,并结合专业理论——则有了更进一步的实践领域。教育部有关文件表明,虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,能够实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。学生在虚拟环境中开展实验,达到教学大纲所要求的教学目的。
　　在教育部高教司等教育主管部门的规划支持下,在高等学校国家级实验教学示范中心联席会(简称联席会)的协调推进下,我国高等学校的虚拟仿真实验教学建设初有成效。三年来,全国高校已经建立了300个国家级虚拟仿真实验中心,覆盖了27个省份,204所高校,涵盖40多个学科类别。
　　避免危险,或者安全地做现实中很危险的实验,是虚拟仿真实验技术在实验教学中最直接的价值体现。
　　除了安全事故外,有一些实验本身就具有较强的危险性。联席会秘书长、北京大学生命科学学院教授许崇任向记者介绍说:在生物学研究领域,经常需要在生物体内对某些物质进行同位素标记,以研究这些物质在代谢过程中的途径和运动规律。但是,同位素是有危害的,对环境是有污染的,因此过去很多学校都避免同位素的实验。而虚拟仿真实验技术可以规避这种危险。
　　放弃具有一定危险性和破坏性的实验项目,不仅影响学生学习和吸收理论知识,也严重影响对其专业实践能力和实用技能的培养。所以利用虚拟仿真技术,让学生安全地做曾经很危险的实验,对高校实验实践教学的价值不言而喻。
把工厂、医院和企业“搬到”课堂
　　节省实验成本、提高培养效率、增加学生实操经验,也是虚拟仿真实验的优势之一。
　　北京欧倍尔软件技术开发有限公司山东分公司负责人樊友峰,向记者介绍了一个食品工程的例子。“食品工程专业的学生需要到企业进行实习,然而在现实中,由于食品生产线制造、保养和维护成本十分昂贵,企业一般不会让实习学生在生产线上直接操作。”樊友峰说,“三维工厂虚拟仿真则为高校提供了一条新思路。比如,奶粉生产虚拟仿真实验室可以逼真地模拟奶粉加工生产工艺的开车、停车、正常运行和各种事故状态。这种现代化的虚拟仿真培训,无需投料,没有危险性,节省了大量费用,也提高了培训效率。真正做到了把‘工厂’搬到学校,实现了教学与就业的零距离。其价值,远远超出学生到工厂观摩。”
　　在医学专业教育领域,虚拟仿真实验也能为学生积累医疗经验助力。赵章红是河南恒茂创远科技股份有限公司的负责人。他向《新华每日电讯》记者介绍说,培养一名合格的医学毕业生,进而培养成合格的医生,需要长期规范化的培训和经验积累。在临床实习过程中,“准医生”们很难掌握足够多的病例和经验。如果在实验教学阶段就引入相关的虚拟仿真系统,分类别地让学生进行实验,反复模拟,对学生医疗经验的初期储备和增长大有益处。
　　虚拟仿真实验技术在课堂教学中也有应用价值。山东建筑大学的陈清奎教授就向《新华每日电讯》记者在手机上演示了一门机械课程的3D教学。使用者在手机上安装与这门课程匹配的APP后,用手机摄像头扫描教材上的机械零件图片,就可以在手机上观看3D版本的零件图片,并可以对零件进行拆分和组装。
　　作为“互联网+”时代的一项风靡的技术,虚拟仿真实验,对于年轻学生是有天然吸引力的。“现在的学生很适应互联网的东西,把实验教学基础的内容通过‘互联网化’的方式让学生学习,能够保持学生对专业学习的持久兴趣。”联席会工作委员会主任、北京大学实验室与设备管理部部长张新祥向《新华每日电讯》记者说,“我们要培养学生的创新意识,让学生了解为什么当初的科学家能够想到各种创新的理论和技术。这个创新思维过程,在实验室和实践过程中更容易也是更应该培养的。而虚拟仿真实验,就是在传统实验教学基础上搭建了一个新的平台,应该是大有可为的。”
　　做虚拟仿真实验,只是理工科的事情。
　　真的吗?
　　北京润尼尔网络科技有限公司的营销副总罗浩刚向《新华每日电讯》记者介绍说,在传统教育理念里,与理工科相比,文科是不需要做实验的,何况是虚拟仿真实验。但是,如果梳理一下一些文科专业中的知识架构和实验体系,我们可以发现,文科不仅可以做虚拟仿真实验,而且很有趣。
　　润尼尔公司去年协助建设了北京大学考古虚拟仿真实验教学中心。罗浩刚说,田野考古是考古专业的必修课,最好的实验基地就是考古现场。但是,我国现在考古基地的数量难以满足需求。再比如,修复珍贵文物时,全国就几位老专家能够接触实物,别说考古专业的学生了,连考古系教师都很难有机会。这些在考古传统教学领域难以实现的内容,现在都可以通过虚拟仿真实验实现。
　　除了考古,法学类、金融类、经济管理类和物流类等文科专业也可以采用虚拟仿真实验技术。
　　高开东是新道科技股份有限公司的一名院校业务顾问。他向记者介绍了一套商业环境虚拟仿真系统。“在这套系统里,我们根据经管类、会计类等专业的学科要求,虚拟仿真了真实公司的实际运作,为学生设计了经理、会计等角色。学生既可以了解每个角色的实际工作,也可以应用课本理论教学内容。”
校企对接怎样才能不脱节
　　虚拟仿真实验作为真实实验的有益补充,越来越得到认可。但目前看来,“作为技术提供商的企业,与作为资源提供者的高校之间,在对接上还存在一些问题。”张新祥说。
　　从一项虚拟仿真实验的设计源头来看,高校教师应该处于主导地位。“各个知识点怎样去讲、用什么样的资源去讲、什么样的方式去讲,高校教师是最有发言权的。因此,在虚拟仿真实验的设计、制作和应用中,他们才是导演、编剧和制片。”陈清奎向记者说。
　　但高校教师在虚拟仿真实验建设中仍有缺位。在陈清奎看来,原因是多方面的。首先,虚拟仿真实验对于教师来讲也是一个全新的东西,需要花时间适应。而且,虚拟仿真实验涉及虚拟现实、交互、编程、建模、动画等内容,不可能指望一个教师能掌握如此多的知识。此外,很多教师把时间和精力放在评职称和发论文上,而对虚拟仿真实验技术的发展关注较少,不了解企业能够提供什么东西。
　　从企业角度看,目前还多只是提供技术,尚未深入到各学科理论知识体系和实验架构内部。“某个学科的实验需求可能是小众的,企业可能看不到,或者看到了理解不了。”张新祥说,“这也是联席会组织虚拟仿真技术与教学资源建设论坛的原因,就是希望为双方搭建一个合作平台。”
　　除了校企对接不畅外,在虚拟仿真实验教学软硬件市场中,也出现了一些乱象。由于相关企业多是各自为战,有时候,很多企业都在做同一个虚拟仿真系统,既造成资源浪费和重复,企业之间也很容易陷入恶性竞争。同时还担任济南科明数码技术股份有限公司的主要负责人的陈清奎教授,就向记者举了一个例子。“以旅游景点的导游仿真教学系统为例。通过这个系统,学导游的学生可以直观认识全国几百个景点。但是,有的企业在研发和销售过程中,却恶性竞争,大打价格战,技术又粗糙。这样,很容易把这个新兴产业弄滥弄砸,需要相关部门做好引导。”
教学要“虚实结合,能实不虚”
　　学者普遍认为,虚拟仿真实验尽管有很多优点,但也只能处于补充和辅助教学的地位。来自中国石油大学的几位学者在一篇文章中指出,“如果完全用仿真实验来进行教学,会弱化学生对仪器设备的真实感受,不利于学生对基本实验操作技能的学习和掌握。”
　　因此,很多高校教师向记者表示,应该根据不同学科的特点,决定虚拟仿真实验的采用力度。“学农科的学生,怎么能不下地呢?这虽然是一句玩笑话,但也说明,在农业学科领域,很多真实实验是不能用虚拟仿真实验代替的。”山东农业大学农业生物学实验教学中心的李滨教授说。
　　此外,当前也出现了个别高校“为评而评”的现象。如果某高校虚拟仿真实验教学中心获评为国家级,就可能获得更多的课题经费、知名度等收益。因此,很多学校都在努力申报。但申报成功后,一些虚拟中心却陷入了“僵尸”状态——实验场所关闭,实验设备闲置,达不到应有的效果。
　　事实上,教育主管部门在推动虚拟仿真实验教学中心建设之初,就已经明确了一系列的准入门槛和指导原则,制定了包含近30项标准的国家级虚拟仿真实验教学中心遴选要求,基本涵盖了可能遇到的问题。教育部要求,虚拟仿真实验教学中心建设应充分体现“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则——即虚拟仿真实验和真实实验要有机结合,能够做真实实验的就不采用虚拟仿真。这个原则所表明的,正是“要避免一窝蜂地脱离真实实验。”许崇任说。
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