基于云计算的虚拟化教学模式研究与实践

曲佳

摘要：云计算的发展和混合式学习的出现为教育的发展提供了契机，根据高职教育的特点，在梳理当前船舶电气类课程教学上存在的现实困境的基础上，构建船舶电气类课程虚拟现实仿真教学云平台，进行虚拟化教学模式改革，提升教师的教学效果，培养学生们的学习兴趣，从而更好的提高学习效率。既是虚拟现实教学学习的饯行者，又是创新教育新模式的倡导者。弥补传统教育的不足，同时开启未来航海教育新模式，更是现代教育改革的未来走向和使命。

关键词：船舶电气；云技术；虚拟化；教学研究与实践

一、国内外相关研究现状分析

云计算是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。云计算是虚拟化（Virtualization）、效用计算（Utility Computing）、基础设施即服务（Iaas）、平台即服务（Paas）、软件即服务（Saas）等概念混合演进并跃升的结果。虚拟现实（VR）是集创建和体验为一体的虚拟环境的一种计算机系统。它结合计算机应用硬件与软件资源的集成技术，提供一种直观的、逼真的三维虚拟环境，能够使用户有沉浸在虚拟世界中的感觉，欣赏由计算机技术带来的虚拟世界，并能够听到真实的声音。

1.国外虚拟现实仿真技术研究及发展现状

国外在船舶领域开展了很多方面的虚拟现实技术的研究，在军事方面，美国很早就进入这个领域的研究。在民用船舶的虚拟仿真领域，挪威NorControl集团研发设计NorView船舶操纵虚拟仿真系统都处于同类产品的世界前列，能显示出逼真的港口实况，使用户有较真实的船舶操纵感。另外，英国船商公司研发的轮机模拟器ERS-4000将“虚拟现实”技术与轮机模拟器相结合，实现机舱漫游和机舱设备的基本操作等功能，并可以模拟船舶在海上航行时的各种状态。

2.国内虚拟现实仿真技术研究现状

我国在船舶领域虚拟现实技术的理论研究起始于20世纪90年代，国内最早进行虚拟现实技术研究的单位是北京航空航天大学，目前是国内最具有影响力的研究机构之一。它早期主要研究的领域是虚拟环境中物体物理特性的相关研究，开发出了虚拟现实中的视觉接口的部分硬件，以及训练飞行员的虚拟现实系统等，在这些领域都取得了较大的成就。由于船舶领域的特殊性，国内职业院校开展这方面的理论研究与应用均较少。

3.山东省《船舶电气设备使用与维护》课程虚拟现实仿真技术研究现状

在山东省内船舶领域《船舶电气设备使用与维护》课程的虚拟现实仿真教学平台的建设，仍处于未开发阶段。

综上所述，船舶电气课程虚拟化仿真平台的研究与实践在山东省内甚至全国处于创新领先位置。

二、研究意义

现代船舶无论从容量还是规模上都在不断扩大，船舶电气设备不断更新换代，电气保护装置日益复杂，对船电管理人员的管理水平和要求越来越高。如何在教学过程中提高学生的船电管理意识和运行维护水平，以便提高船舶电力系统运行的安全性、稳定性、可靠性和经济性，成为了轮机工程技术专业、船舶电子电气技术专业学生船舶电气模块学习的重中之重和迫切要求。

加强教育信息化背景下的船舶电气类课程教学模式改革、网络资源云平台的建设是船舶电气类课程教学的迫切要求，也是未来航海教育综合发展的需要和趋势。

云计算的发展和混合式学习的出现为教育的发展提供了契机，本课题根据高职教育的特点，在梳理当前船舶电气类课程教学上存在的现实困境的基础上，构建船舶电气类课程虚拟现实仿真教学云平台，进行虚拟化教学模式改革，提升教师的教学效果，培养学生们的学习兴趣，从而更好的提高学习效率。既是虚拟现实教学学习的践行者，又是创新教育新模式的倡导者。弥补传统教育的不足，同时开启未来航海教育新模式，更是现代教育改革的未来走向和使命。

三、具体研究内容

1.基于信息化教学资源的《船舶电气设备使用与维护》课程模块化教学设计

模块化項目课程的内容来源于职业岗位的典型工作任务，其编排顺序要针对行动顺序的每一个工作环节来融合相关课程内容，实现实践技能与理论知识的整合。打破原有课程按照教材进行授课的平行结构，按照循序渐进自然形成的知识系列，以及学生认知的心理顺序，对知识内容进行重新选取、整合并编排，分为“电机模块”、“电力拖动控制系统”、“船舶电力系统管理与维护”三个模块。

2.构建船舶电气设备三维仿真模型库

运用Ansoft、Unity3D虚拟现实仿真软件，针对课程设计的任务模块，对电气控制系统、船舶电站进行虚拟现实仿真建模，营造虚拟环境。

3.搭建《船舶电气设备使用与维护》课程虚拟现实仿真云平台

应用Unity3D的引擎，进一步实现与HTML、Flash 等进行良好的交互，搭建虚拟现实仿真云平台，学生可以不受空间和时间的限制，根据自己的学习方式和接受能力进行自主学习。

该虚拟现实仿真平台包含知识学习、虚拟训练、考核管理三大功能模块。

（1）知识学习

调用《船舶电气设备使用与维护》课程信息化教学资源（如PPT、图片、视频、flash动画），学生可以按照需要进行获取，在虚拟仿真环境中沉浸在理论知识学习过程中。

（2）虚拟训练

在虚拟训练模块中，学生可以点击不同任务模块进入虚拟现实仿真环境，并进行有针对性的训练，使电气设备复杂的结构简单化，抽象的原理直观化。

（3）考核管理

学员选择考核项目，系统将实时记录学生的操作流程，针对考核点完成情况做出评价并打出分数，有效提高课程考核评价效果。教师通过数据后台能即时掌握和管理学生的学习情况。

4.针对本课程进行创新型虚拟化教学模式改革探究与实践

在精品资源共享课程平台和虚拟现实仿真教学平台建成的基础上，选取山东交通职业学院轮机工程技术专业2016级专科生为授课对象，通过两轮行动研究，进行创新型虚拟化模式改革实践，跟踪完整的教学过程。在每轮的行动研究之后，撰写相关的研究日志，通过课堂观察、问卷调查、个别访谈等途径对研究进行分析与评价，找出存在问题并进行持续优化修改。

四、应用价值

随着信息技术的发展和教学模式的扩大，传统的教学模式存在难以突破的瓶颈，需要探索新的教学模式，利用虚拟现实仿真教学平台为依托的虚拟化教学模式，是信息技术高速发展到一定阶段对现代教育模式的冲击和教学高速信息化的推进，对于推动船舶电气类课程乃至整个航海类课程教学模式的改革和发展具有重要作用。通过构建船舶电气设备三维仿真模型库，搭建《船舶电气设备使用与维护》课程虚拟现实仿真云平台，并进行虚拟化教学模式改革，其研究成果预期受益我校船舶电子电气技术专业、轮机工程技术专业800余人，虚拟现实仿真云平台也可对其他兄弟院校教师以及社会学员进行共享，促进全省航海类教育质量提升。本课程的建设与实践模式，可为山东省乃至全国同类院校相关专业教学改革提供示范引领作用，具有较高的推广应用价值。endprint