论虚拟教学在中职电子电工教学中的应用与效果测量

戴元富

随着科学技术的发展，职中电子专业教学授课内容和方式需要不断更新，而利用20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术——虚拟现实技术，创建与实验设备类似的功能，能有效地解决教师教学和学生学习中的许多问题，提高教师的教学效率和学生的学习效率。

一、虚拟现实技术在电子专业课教学中的应用

1建立“理论学习——虚拟演练——实操训练”教学模式

传统的教学方式采用先分析专业理论，再进行实物操作训练，这种传统教学模式可能使学生实际操作时产生下列两种情况：(1)可能学生对专业理论知识掌握不牢固而盲目进行实操训练，会产生安全隐患。(2)可能学生对实验操作步骤不熟，导致实验中操作失误多，损坏好多设备。由此可见，建立“理论学习——虚拟演练——实操训练”三步曲的教学模式，就是在传统教学模式上增设虚拟演练，就是运用虚拟现实技术将专业理论学习内容与模拟实物、各种实验仪器、环境的虚拟对象联系起来，将各种实验通过计算机产生逼真三维立体图像，让学生进入虚拟环境中模拟实操演练，获得视觉、触觉、听觉、动觉等多种感知。此外，虚拟现实技术的实验操作建立了开放式的实验环境。可以从不同的角度、以不同的方式揭示知识的内在规律，学生专业所学到理论知识首先在虚拟方式下实验，让学生获得更多尝试机会，来达到实验效果，然后再到实训工厂进行实操训练，可有效地减少实操失误。

2突破时空限制，将抽象理论形象化、直观化，虚拟维修过程

虚拟技术由于是运用计算机对现实世界进行全面的仿真技术，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口，那么利用虚拟技术教学可以打破时间空间限制，大到宇宙天体，小到分子、原子，学生都可以进入这些物体内部进行观察，开展实验，再现这些物体在现实生活或实验中无法观察的该事物的变化过程或各种内部自然现象，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，增强学生对事物的认识能力和理解能力。例如，在学习晶体三极管载流子的运动情况和内部电流分配规律时，如果采用虚拟现实技术，可以直接进入晶体三极管内部观察载流运动规律及由于载流电子运动所形成电流流向与分配规律。这样可以让抽象理论通过虚拟演示实验教学，使之直观化、形象化，方便学生对抽象概念理解，提高学生理解力与记忆力。

3为学生提供自由探索的学习环境，培养学生的创新能力

虚拟现实技术的基本特点是学生对模拟的环境可以操纵，可以构建，是提供开放式实验环境，学生提出的各种假设模型都可以虚拟，通过虚拟系统在计算机屏幕上直观地观察到这一假设的结果与效果。例如，电子教学软件名为“电子工作台”，活像一个万能的电子实验室，允许学生利用它所提供的元件，构建和设计各种模拟电路与数字电路，并用仿真仪表如电流表、电压表、示波器等来判断电路可行性与结果，有利于激发学生的创造性，培养学生的创新能力。

4虚拟事故演练实验，避免学生在卖训中所带来的各种危险

危险或对人体健康有危害的实操训练与实验。教师根本无法让学生直接参与实操来获得感性认识，只能采用口授式或播放电视录像、VcD方式来取代实验。但利用虚拟现实技术进行实操虚拟仿真训练，就可消除这种顾虑。例如，维修彩电开关、电源等故障，可采用虚拟演练查出故障点，再进行真实维修，就可以避免产生危险或危害人体健康的事故出现。

5解决由于教育资金短缺，更新先进教学设备的困扰

随着科技的发展，电子产品不断更新换代，学校为能适应科技同步发展，必需不断更新仪器设备。但由于经费有限，导致实验设备更新困难。虚拟现实技术具有较少的投资，教学效果好，可有效地解决这一问题。

6提高实操训练效率，保证全体学生熟练技能操作

中等职业学校电子专业一般设有一名专职实习指导教师，甚至没有专职实习教师，而一个教学班学生人数有50人左右，单凭一位或两位教师去指导全班约50名学生去实操训练，很难照顾到每位学生，且教学效率低。采用虚拟技术，在计算机上进行虚拟演练，教师实操的每一个步骤和方法，学生都能在自己计算机上共享，这样每位学生在虚拟演练中相互交流，就能真正熟练掌握技能。学生掌握实验步骤和方法要领后，就可在真实仪器设备上实操，教学效率大大提高。

二、虚拟现实技术教学效果测量与分析

1有利于培养学生的学习兴趣

虚拟现实技术是由计算机生成的交互式人工世界，在这个人工世界中可以创造一种身临其境的完全真实的感受，采用虚拟现实教学让学生仿佛置身于真实幻觉中，会使之产生强烈的真实感，在这种完全真实的环境中学习知识和技能，对学生产生较大吸引力。例如，讲授《VCD激光头结构与原理》一课时，由于激光头搜索VCD盘片的光路系统及激光的发射与接收实验，在实验室里根本无法完成，运用虚拟技术将VCD激光头的内部结构、光路系统逐一分解以及将光头读碟过程一一在电脑屏幕上虚拟出来，运用暂停、倒退、快进等特技功能将每一工作环节的直观图像清晰地显示出来，就能让学生在大脑中产生强烈的真实感。学生的兴趣得以激发，情绪也调动起来，促进了对知识的理解与记忆。

2有利于提高学生的认知能力和理解能力

电子专业学科教学内容要与科技发展相适应，教学内容要开展真实的实验可能受到时间、空间、真实实验带来危险性、设备不足、实训教师师资不足等原因制约，导致学生只能掌握纯理论知识而无实践经验，或教师只能做演示实验，或学生分组实验仪器数量不足，学生对知识的掌握只能停留在表面，未能在学生记忆中获得较多清晰的表象和直观的感性认识，达不到巩固知识、提高认知和理解能力的效果。但是运用虚拟现实技术，上述制约的因素就可迎刃而解，做到每位学生都可虚拟演练，学生通过在计算机屏幕模拟系统上虚拟演练，把所学知识在假定真环境、真设备下开展仿真操作，并做到每位学生都参与虚拟演练。学生在大脑中获得教学的信息具有生动、形象、直观、感染力强等特点，增强了记忆和理解能力。

3有利于启迪学生思维，丰富学生想像力

思维同感觉、知觉一样，是大脑对客观现实的反映。思维是在感觉和知觉所得的感性材料基础上产生。思维的发展具有从直观到抽象的规律。学生头脑中的表象记忆越多、越鲜明、越丰富，将这些表象重新组合形成新形象的可能性越大。在虚拟教学过程中，学生可以在虚拟环境中任意地开展任何方式的实验，不会产生任何的危险和不良后果。学生对从虚拟实验中所获得的结论、结果加以分析整理，最终可能形成一种新的结论，提高了感知效果。启发了学生思维，丰富了学生的想像力。

4理论与实践相结合，促进实操训练学做合一

教学理论认为，只有建立在掌握有关概念、原理、工艺规程的基础上，以所学到的专业理论知识指导实践，实践才会得心应手，才会在实践中有所创新。学生在大量实践

中验证所学的理论知识，实现知识和能力的正迁移，又通过实践提升自己对理论知识的认识，实现学做合一。采用虚拟现实技术教学，学生可以在假定虚拟真实环境、虚拟真实设备和仪器中开展虚拟实验，实现新的一种“学、虚拟、做”合一。

三、实施虚拟现实技术教学引发的思考

1教育观念转变是实施虚拟现实技术的关键因素

一般而言，制约和影响现代化教育技术运用于教育教学改革的根本因素，是来自人们头脑中固有的旧思想、旧观念以及直接受这些思想观念影响的思维方式，要能较好地实施虚拟现实技术教学，主要是解决思想意识方面的问题。就教师而言，除了受旧的观念影响外。还存在两个方面的因素：一方面是教师缺乏有关知识的学习和训练，存在着恐技术症；另一方面是片面夸大这种新技术的作用，缺乏对这种新技术的认识，以致产生误解，认为教师的主导作用不复存在，产生抵触情绪。因此，教育者必须转变教育思想与教育观念，使之现代化，端正对运用这种新技术教育的态度，积极主动地接受新观念，学习新技术，充分利用教育资源，研究掌握新教法、新模式，不断寻求顺应教育现代化的自我发展的新思路，为中等职业教育开创新的局面。

2师资培训是完成虚拟现实技术运用的重要因素

要将虚拟现实技术教学手段做到深入学科、深入课程、深入课堂，是教育工作者的目的，而教师是教学的主力军，是教学过程的主要参与者，起主导作用，也是教学媒体的使用者，如果教师不能熟练自如运用这种新的教育手段，就谈不上在教学中运用了。因此。师资培训是非常重要的。对于教师技术培训，要求解决的除了技术知识学习外，还应在教学设计方面进行培训，要求恰当地把握好两种教学设计：一是以教为中心的教学设计，也就是对教什么进行设计，对怎样学进行设计；二是利用建构主义理论设计新的教学环境和教学软件，充分发挥学生主动获取知识的主观能动性，然后将两种教学设计融会贯通，互相取长补短，使之成为既能体现学生认知主体作用，又能发挥教师主导作用的新型教学模式。

3虚拟现实技术在技能教学中应用的注意事项

(1)形式服从内容，要从传统教育中吸取精华，充分利用这种现代化教育手段来辅助教学，与学科教学相整合。而不是片面夸大这种辅助手段的作用、功效，或让电脑代替教师，失去了教师的指导作用。

(2)职中电子专业课程必须进行改革，将以前的“老三样”(收音机、录音机、电视机)学科教学作为电子专业重点及特色课程进行改革，增设计算机应用知识学科，作为电子专业的重点学科，要求电子专业课任教师除掌握扎实专业知识外，还应具备较高水平的电脑知识。

4虚拟现实技术教学引伸其他学科运用的思考

虚拟现实技术教学手段，不但可以运用于电子专业教学，还可以运用于其他学科教学，例如财会专业、计算机应用专业、机械专业等。在计算机应用专业教学中，如在讲解硬盘内部结构时，教师无法把硬盘剖开来，逐步分解硬盘结构组成来讲解，只能通过实物图解来教学，教学效果不明显。但采用虚拟现实技术教学可突破时空界限，进入硬盘的内部，虚拟分解各部分组成，学生对硬盘的结构就能一目了然，教学效果较好，效率也高。