虚拟仿真技术在理实一体化教学中的应用

摘要：随着互联网技术的发展，虚拟仿真技术在职业教育中已经得到广泛的应用，成为教学的重要组成部分。虚拟仿真教学技术具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点，这些特点有益于教师的课题教学及学生专业核心技能的训练，为解决职业教育面临的实训难等问题开辟了一条新思路。

关键词：虚拟仿真;理实一体化;教学改革;实训

职业教育的特色是技能训练，技能训练的投入是职业院校实训教学成本的“大头”，尤其是机电类的技能训练需要投入大量的实训设备、材料。而大多数实训材料属于纯消耗实训，实训成本高昂，如何降低实训成本、提高实训教学质量是职业教育创新的一个重要课题。

随着互联网技术的发展，虚拟仿真技术在职业教育中已经得到广泛的应用，成为教学的重要组成部分。虚拟仿真技术是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息技术进行集成，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟教学环境，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体，构成一个虚拟仿真教学系统。

虚拟仿真教学技术具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点，这些特点有益于教师的课题教学及学生专业核心技能的训练，为解决职业教育面临的实训难等问题开辟了一条新思路。目前我校机电一体化技术专业有多门课程使用虚拟仿真技术。例如《C51单片机技术》采用keil+protues联合仿真实例教学;《电工电子技术》采用multisim仿真电路图设计;《电气控制与plc技术》采用宇龙虚拟仿真软件等。

虚拟仿真技术源于国外，在国外已经取得广泛的应用。近年来，国内高职院校也在大力发展虚拟仿真实训教学，并取得了一定的进展，很多高职院校都建立了虚拟仿真实训室。现阶段国内虚拟仿真技术在实训教学方面取得了一定的成绩，不过与国外目前的发展状况比较仍处在发展的初级阶段，存在诸多需要完善的地方，如虚拟仿真实训教学的建设和发展没有贴近区域经济和技术的发展，虚拟仿真实训教学软件开发过程，缺乏统一的开发标准和规范，部分高职院校对虚拟仿真实训教学的认识不够充分，对虚拟仿真实训教学的人才队伍建设方面投入不够等。

虚拟仿真技术作为一种优秀的辅助教学工具，可以用于情景创设、协作交流等教学活动。虚拟仿真实训教学环境创设多种情景，采用三维动画模型，添加丰富的色彩和音乐，使得虚拟仿真的教学环境更能激发学生的学习兴趣。由于其具有形象生动、交互性强、反馈实时等明显的优势，能够对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟，同时通过虚拟系统可以直接观察到假设所产生的结果，从而激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。因此，虚拟仿真实训教学有利于学生提前熟悉实训的真实环境，熟练掌握职业技能，激发学生的学习兴趣。

相對于快速发展的信息技术，学校教育中传统的教学媒介通常存在滞后性。科学技术的发展日新月异，其传播也需要一定的条件，比如硬件资源和师资条件的配备等。随着技术进步进程的加快，作为硬件教学资源和实训教学媒介的仪器设备等没用多久就可能因技术上的变革而面临淘汰，而升级改造一般都存在困难，只能通过购买新设备的方式来进行解决。这种状况既造成有限教学资源的浪费，又极易使教学过程因缺乏必要的设备而陷入停滞不前的状态。采用虚拟仿真技术建设的实训室或实训基地则可以重复利用，其改进和升级在很大程度上取决于软件的改进与升级，无需将硬件资源全部进行替换。虚拟仿真系统的最大特点是无需消耗任何材料，且可以多次重复实训教学内容。虚拟仿真实训具有先进性、共享性、易扩充性和易于改进等特点，减少了设备投入经费，使教学内容在虚拟的环境中不断更新，实训教学及时跟上技术的发展，满足不断变化的教学需求。

教学过程是一个教师和学生全员参与的过程，在这个过程中有交流、有探讨、有共同经历更有情感的加深。因此教学过程的实施不能完全依赖于一种教学手段，传统教学和信息化教学都有自己的优缺点，在实际教学中，我们更应该采用多种方式教学手段相互结合，充分利用各种教学手段在教学理念、教学方式、教学过程方面的优越性更好地为完成教学任务。

从传统的课堂教学到三维虚拟仿真的实训室进行理实一体化教学，在这个转化中不仅学生能看懂课本知识，对学生的计算机操作能力和对各种新技术设备的操作能力都提出了更好地要求。为了激发学生的创新意识，我们还要鼓励学生利用三维虚拟仿真实训室进行创造能力的开发。与此同时，教师在采用三维虚拟仿真实训室进行教学时也面临着巨大的挑战。扎实的专业知识和技能帮助教师更好地发挥所长，但信息化教学还需要教师能够协助实训室建设过程完成三维模型创建，各种素材的采集，软件的进一步开发。这都对教师的计算机水平和对新事物的接受能力学习能力提出了新的标准和要求。

加强虚拟仿真实训教学的规范化和标准化。高职院校越来越注重虚拟仿真实训教学的发展，大力着手开发虚拟仿真实训软件。然而，虚拟仿真实训教学的建设缺乏统一的标准，无法确保实训教学的质量。虚拟仿真实训教学要朝着质量检验标准化、操作流程化的方向发展;软件设计和代码编写要规范化，编写的软件要考虑其扩展性和安全性，并且要预留统一的扩展接口。将虚拟仿真技术与多媒体技术有机结合，把握不同虚拟仿真技术的特点，从而选择有效的虚拟仿真实训教学工具，提高虚拟仿真实训教学的质量和效果。

采用虚实结合的教学理念。虚拟仿真技术有助于学生理解实训内容，并在一定程度上提高学生的动手能力。但是虚拟仿真只是模拟真实的实训教学，实训过程缺少“实物感”，并不能完全代替实物实训。因此，应该认识到虚拟仿真与实操实训各自的特点，二者优势互补，不可相互取代。如在电气元件实训教学项目中，用到的电气元件，包括接触器、继电器等种类、型号很多。采用虚拟仿真实训教学软件，学生虽然也能使用到这些设备，但仿真设备与实物还是有一定的区别，到真正的实操实训中可能会无从下手。因此，应该注重将虚拟仿真与实物实训结合起来。在进行虚拟仿真实训的基础上，安排一些实训内容在真实环境中操作，这样学生会对实训的设备有亲身的体会，能加深实训的印象，提高实训的效果和质量。

4.3加强人才队伍的建设。虚拟仿真教学系统的建设和发展，离不开高素质的教师团队。如何造就一支素质优良、结构合理、专兼结合、业务精湛的虚拟仿真系统建设和教学的优秀师资队伍是当务之急。虚拟仿真实训教学系统科学合理设计和有效使用，需要教师在教学理念和教学能力上都达到一定的水平。高职院校可以依托现有信息管理中心，培养虚拟仿真教学系统的开发队伍。与此同时，还可考虑与企业合作进行虚拟仿真实训教学人才队伍的建设，联合培养虚拟仿真教学软件开发和设计人才。

总之，实训教学过程对于学生的动手操作能力、工程实践能力、工匠精神和创新精神的培养都具有非常重要的影响和作用。在教育信息化和现代化的大背景下，虚拟仿真教学已成为传统实训教学的重要支撑和必要补充。无论是虚拟仿真系统的设计者，亦或是在教学过程中引入、尝试、应用虚拟仿真教学方式的一线教师，都应该坚持以下理念：在一定教学条件下（包括技术条件，如信息化教学手段），一切教学都应以提高学习效果为出发点和归宿点，使师生花最少的时间和精力获得最好的教学效果。

对于虚拟仿真系统，其设计、开发与应用都应该以学生为本，为学生学习和教师教学服务，唯有如此才能达到系统设计的最优化和教学过程的最优化。

李学荣，1991-2，男，汉族，湖北汉川人，上海东海职业技术学院，助教职称，教师，本科学历，学士学位，研究方向：主要从事机电研究。