计算机仿真实验系统在高职理工科实践教学中的应用研究*

◆关成立　杨岳

计算机仿真实验系统在高职理工科实践教学中的应用研究*

◆关成立杨岳

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.013

针对高职理工科类专业实践教学质量问题，分析职业教育领域中计算机仿真实践教学的建设与应用现状。基于实践经验及现代教育技术的相关理论，阐述计算机仿真实验教学在高职教育中应用的必要性，总结其在国内外教育领域的应用现状。在此基础上，分析计算机仿真实验教学的应用建议。

高职教育；计算机仿真；实践教学

1　前言

高职理工科类专业具有应用性广、实践性强等特点，实验教学是其专业教学的重要组成部分，有利于激发学生学习兴趣，强化学生基础理论知识，提高学生分析解决实践问题的能力，培养学生的创新思维。而目前，高职理工科类专业的教学模式仍然比较重视理论教学，实践教学也普遍采用实验指导书加教师讲解的传统常规实验教学手段，无法引领学生主动学习，实现工学结合［1-2］。

计算机仿真实验是近年来一种新型的基于现代教育技

术的实践教学模式，利用实物或电脑设计多种虚拟环境来仿效真实环境，并在虚拟环境中根据预设的实际情况完成实践设计、操作运行等的教学方式，具有使用便捷、操作简单、交互性好、成本低廉、激发学生学习兴趣等优点，已在我国高等教育实验教学中得到一定应用［3-4］。为实现工学结合，解决高职实践教学中存在的问题，高职实践教学也应加强计算机仿真实验与传统实验的结合，促进实践教学水平的提高。

2　计算机仿真实验教学的必要性

2014年5月，习近平总书记指出我国经济发展进入“新常态”，经济增速变缓，企业面临多种挑战，更蕴含多种机遇，赋予企业更多创新的空间。为满足产业升级和社会发展的需要，高素质技能人才资源是发展的基础性条件。用人单位对高等职业教育的需求愈来愈大，所需人才素质越来越高，而高职教育也面临发展中的“新常态”。

以广东省为例，2011年，广东省共有独立设置高职院校80所，占全省134所普通高校的60%，高职在校生超过65万人，高职教育在广东省高等教育中占据半壁江山。但随着广东省人口红利现象的弱化，高等教育招生规模的逐年扩大，以及新建各类高等院校的增加，高等教育学校尤其是高职院校迟早将面临生源竞争激烈的局面。另一方面，90后学生已成为高职院校的主角，表现出诸如“个体思想观念的独立性加强，群体的思想统一度降低，对现代信息技术如互联网的依赖性急剧上升”等群体特点。且高职两类生源——普通高中毕业生和“三校生”（职高、中专、技校毕业生）在文化知识、学习能力、技术技能、综合素质等方面都存在差异，传统的教学手段难以满足社会需求和用人单位对高职学生素质、能力等人才规格的要求。

基于以上分析，对照政府和社会加快教学改革、提高高职教育质量的迫切希望，以及国务院印发的《关于加快发展现代职业教育的决定》中的要求［5-6］，高职院系应逐步统一实验教学改革的战略重要性，认识到实践应用能力是高职人才培养及高职院校生命力的核心。以基于现代教育技术的计算机仿真实验教学为手段，通过教学模式、教学条件、教学内容、教学组织、教学方法等的改进与创新，从根本上提高实践教学的质量，从而不断提高学生的实践应用能力。

3　计算机仿真实验教学的应用现状

在教育教学领域，计算机仿真软件的应用始于1972年的美国加州大学伯克利分校，其推出的著名的电路模拟软件SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit）经过多年的完善和改进，现已发展成为最成熟的电路仿真软件。且现在流行的各类电路仿真软件，如PROTEL、EWB等都是基于SPICE平台而开发的［7-9］。

国内计算机仿真实验教学出现于20世纪80年代中期，我国部分高等院校的教师开始致力于该方面的研究。这些研究者首先尝试可控硅整流电路的波形在个人计算机上的仿真效果，而受当时计算机硬件和软件水平的限制，研究结果并不理想［7］。随着计算机硬件水平的大幅提高，软件开发主流向面向对象编程趋近。

目前，高职理工科类各专业可使用的仿真教学和应用设计软件比较多，如电子电力类专业可应用Electronics Workbench（EWB）、Multisim 2001等电子仿真软件，自动控制类专业可应用Control Build等自动软件设计工具，化工类专业可应用东方仿真实验系统，食品类专业可应用食品工程原理仿真系统，市政类专业可应用给排水工程仿真系统，财经类专业可应用仿真股票交易、仿真期货交易等仿真软件。并且，随着计算机行业的快速发展、软件水平的不断提高以及各类仿真软件的更新换代，更多高智能、高模拟性及高实践性的计算机仿真软件将广泛被应用于高职教育的各类专业，进一步促进高职实践教学水平的提升及改善实践教学效果。

另一方面，虽然上述所列仿真软件在较大程度上有利于实践教学，尤其针对存在因实训经费紧张、实训场所受限等因素造成的实验仪器设备短缺这一普遍现象的高职院校，起到较为突出的正面作用。但是由于这些仿真软件的开发者及研究者的专业领域的限制，以及与一线教师在教学理念及思路上的差异，部分教师反映在教学过程中这些仿真软件的某些程序及设计的内容与课堂教学的实际内容有出入，更有甚者存在不能满足实践教学要求的情况。因此，为更好地接近教学实际，更大幅度地增强教学效果，强化学生建立“理论—实践—理论”的学习模式，有很多教师也开始尝试自主研发或改善计算机仿真教学软件或课件。

教师自己开发仿真软件或课件，可以综合使用多种电脑软硬件技术，比如Authorware这样的软件平台，进行规划和结构化的工作，利用Authorware所具有的动态连接功能，把任何一种语言创建的程序或其他成果导入Authorware程序之中；可以利用Visual C++、Delphi、Visual Basic等编程语言设计出小型仿真模拟程序，并将其编译成可执行文件，作为仿真软件或课件直接使用或是被其他的页面链接［10］；可以使用Flash等软件制作动画；可以使用Adobe公司的PhotoShop等图形软件处理各种图形材料；可以使用DreamWave、Frontpage等网页软件来制作仿真页面。

4　计算机仿真实验教学的应用建议

在高职教育中应用基于现代教育技术的计算机仿真实验教学软件的总体目标是培养学生的实践应用能力及创新能力，全面提高高职理工科类各专业的实践教学质量。为达到该总体目标，笔者建议紧紧围绕高职院校高素质技能应用型人才培养目标，坚持“仿真实验教学协同实物实验、实物实习教学”的实验教学理念，依托校内及校外实验平台，优化实践教学课程体系，构建“教、学、做、创”实验教学模式，着力培养学生的实践应用及创新能力。

1）践行一个核心的实践教学理念。针对实践教学中存在的重理论轻实践、重课内轻课外、重知识轻能力的问题，着力实现实验教学的四个转变：教学主体由教师向学生转变，教学方式由实物实验向实物与虚拟融合转变，教学途径由单一倚重课堂教学向课堂教学及课外实践并重转变，教学功能由传授知识为主向培养能力为主转变。提出“计算机仿真实验教学协同实物实验教学、实物实习教学”的实践教学理念。

2）优化实践课程体系。由于部分计算机仿真实验软件综合多个相关学科功能于一身，可同时适用于多个学科，根据该软件“适用面广，设备利用效率高”等特点，围绕实践教学理念，制定各专业实践教学体系。改变以往传统的专业实践课程设置依附于理论课体系的横向模式，超越单门课程的范围，建立实践课程之间的系统联系，在原有实践课程的基础上设立相对独立的纵向联系的课程，形成纵横交叉的网状专业实践课课程体系，实现专业实践课程之间的纵向联系和贯通。

如FloTHERM软件采用先进的有限体积法求解器，可以在三维结构模型中全面分析电子系统的热辐射、热传导、热对流以及流体温度、流体压力、流体速度和运动矢量等［11］。FloTHERM软件可以应用在通信、计算机、半导体、集成电路、元器件、航空航天、国防电子、电力与能源、汽车电子、仪器仪表、消费电子等行业［12］。

3）创新“教、学、做、创”实践教学模式。对实践教学内容改革，按“基础性、综合性、设计性”三层次设置实验项目：基础性实验项目结合学科前沿进行更新，综合性实验结合学科交叉与教师科研进行设置，设计性实验结合教师科研与校外企业运行实况进行设置。以校内协同校外实验教学平台为基础，通过计算机仿真实验教学协同实物实验教学、实物实习教学，逐步实现综合性、设计性、研究性实验由无到有、由少到多、由浅入深、由简单到复杂逐步推进的过程。并通过一定的激励措施，倡导教师积极将自己最新的研究成果加以设计，转化为综合性、创新性实践项目，充分利用计算机仿真实验的情境性及灵活性等优点，将研究的相关内容引入实践教学过程中，让学生在实践过程中学、做，并建立初步的创新思维及精神。

5　结语

当前，计算机仿真实验教学的建设和应用是高职教育信息化现代化建设的有效载体，也是高职理工科类专业实现工学结合、培养高素质技能应用型人才、提高高职实践教学水平的必然要求。而目前计算机仿真实验教学普及率并不是很高，各类仿真软件的情境性及真实性还有待进一步完善。随着计算机及软件技术水平的发展以及仿真实验教学的推广及经验积累，相信计算机仿真实验教学将成为推动高职教育发展的强有力工具，为社会培养更多高素质创新性的实践应用型人才。

［1］李秀滢，彭静，王建新.浅析应用型人才培养模式下开放性实践教学体系建设［J］.实验技术与管理，2010，27（3）：209-211.

［2］何深知，崔纯莹，段薇，等.在设计性实验中培养学生的综合能力［J］.实验技术与管理，2009，29（6）：134-136.

［3］孙爱娟.职教领域虚拟仿真教学资源建设与应用探析［J］.中国电化教育，2012（11）：109-112.

［4］夏炜.微机接口教学实验系统仿真研究［D］.武汉：华中科技大学，2009.

［5］关于加快发展现代职业教育的决定（国发〔2014〕19号）［EB/OL］.［2014-06-22］.www.gov.cn.

［6］关于加强高职高专教育人才培养工作的意见（教高〔2000〕2号）.［EB/OL］.www.moe.edu.cn.

［7］李鹏.仿真教学在高等职业教育中应用研究［D］.济南：山东师范大学，2008.

［8］蒋东兴，宓詠，郭清顺.高校信息化发展现状与政策建议［J］.中国教育信息化，2009（15）：16.

［9］童孟良，舒均杰，刘绚艳.基于职教新干线的化工仿真教学平台的研究与实践［J］.当代职业教育，2013（6）：30-32.

［10］邹祝英，彭文武，罗清海，等.仿真教学在工程教育中的应用分析［J］.衡阳师范学院学报，2012，33（1）：146-149.

［11］邓时秋.热交换系统在电子设备热设计中的应用研究［D］.武汉：武汉理工大学，2006.

［12］呼波.电子设备电磁兼容与热设计的协同设计［D］.西安：西安电子科技大学，2009.

Application Research on Computer Simulation Experiment System for Higher Vocational Practice Teaching in Science and Technology

//GUAN Chengli， YANG Yue

In view of the practical teaching quality problems in the higher vocational practice teaching in science and technology， the construction and application status of the computer simulation experiment system are put forward. Based on practical experience and the related theory of modern education technology， this paper expounds the necessity of the application with the computer simulation experiment teaching in higher vocational education. And its application status in the fi eld of education at home and abroad is summarized. In addition， application suggestions of the computer simulation experiment system are analyzed.

higher vocational education； computer simulation experiment system； practice teaching

TP391.9

B

1671-489X（2016）16-0013-03

*项目来源：广东省教育厅资助课题（基金编号：201401270）；广东省高职教育教学指导委员会资助课题（基金编号：HG201534）。

作者：关成立、杨岳，阳江职业技术学院讲师，研究方向为系统控制及教育技术与教育装备（529500）。