虚拟仿真技术在“课堂革命”中的应用研究

梅容芳 屈珣 陈阳 康书雅

摘要：为适应新时代、新发展带来的新要求，高职院校的各个专业需要根据行业、产业的变化确定新的目标，完成新的任务，主动解决自身发展不平衡、不充分等主要矛盾，加快实施新课程建设，通过加强实践导向，培养学生的职业能力；通过开发育人功能，展示类型教育的特点；通过实施“课堂革命”，以学生为中心，发挥人才培养的主渠道，开展多样化、个性化的课程教学，培养德技兼修的复合型技术技能人才。虚拟仿真技术作为很多高职学校推行“课堂革命”的重要手段，扮演着越来越重要的角色。

关键词：虚拟仿真；教学；课堂革命

本论文是宜宾职业技术学院院级科研项目《通信技术虚拟仿真实训室建设方案研究与设计》的课题成果。

一、采用虚拟仿真技术的必要性

当前，职业教育作为一种类型教育，面临着实训设备跟新慢、操作风险高、危险系数大、实践教学模式滞后等诸多问题，要想迅速推进“课堂革命”，实现教学创新，提升教学成效，可以充分利用好虚拟仿真技术这个工具。

虚拟仿真技术教学方式是一种通过教师引导、师生互动、学生探究以及虚实相辅的实践教学方式，主要是通过计算机多媒体虚拟现实的方式来模拟工作场景，充分发挥多媒体、人工智能、数据库以及互联网等信息技术的优势，提供在线的虚拟仿真环境和交互式体验的教学服务，解决高职学校实训成本高、实训方式机械、实训内容单调、实训缺乏系统性、实训设备更新速度快等问题，通过将实训设备虚拟化，使教育资源便利化和可持续化。

通过虚拟仿真实训教学平台，可以方便教师和学生之间进行互动。老师可以根据教学内容设计和发布虚拟仿真实训项目和任务，学生可以根据自己的时间预约和在规定时间内完成实训任务，大大激发了学生自主学习的兴趣，调动了学生的积极性和主动性，培养了学生的社会责任感。此外，教师可以对不同层次学生的操作步骤和过程进行实时的评分和针对性指导，并在此基础上进行信息统计分析，以便于优化实训内容、改进实训教学方法、更新考核机制，使实训教学从原来的验证型向设计型、综合型、研究创新型方向发展。

二、虚拟仿真技术的实现过程

以轨道交通类课程为例，在教学中，经常需要对“行车事故再现与分析、列车运营场景切换、列车不同速度等级下的无线信道变换等”现象进行实训操作，倘若要通过真实设备来训练存在很大的困难和挑战，一是这类设备成本高、占地大，没有办法在有限的实验空间和经费条件下，购买和存放多台套同类实验教学设备；二是如果采用单台套多輪次开展实验，又无法满足大范围、多人次、同时段的实训教学要求。

因此，虚拟仿真技术在教学中运用，主要是通过VR技术在模拟实际设备的同时，去观察和模拟设备的内部结构，仿真现有设备无法安全实验或再现的场景，通过设备认知、原理学习、数据交互、故障排除等多个实训环节，让教师和学生通过VR头盔、手柄等载体，模块化地观察和操作设备，克服训练时间紧张、场地紧、成本高和易损坏等限制，学生可以大胆操作结构复杂、危险性系数高的设备，以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互，最大限度地贴近实际操作，大大提高了互动性与参与性，提升了训练操作能力和处理实际问题的能力。

三、基于虚拟仿真的“课堂革命”

1.虚拟仿真在在线开放教学中的应用

今年，由于疫情的原因，催生了很多在线教学平台和工具，它作为一种新型教学模式，通过与虚拟仿真教学相结合，解决了学生无法到实训场地进行线下操作的难题；另一方面推动了教育教学与现代信息技术的深度融合，推进了职业教育在教学理念、教学模式和教学方法等方面的变革，促进了教与学的创新。以腾讯课堂、钉钉、雨课堂等在线开放平台为例，它们作为“互联网+教育”的产物，是推进“课堂革命”，改革与创新教学方法和教学手段，实现职业教育高质量发展、特别是人才培养质量“变轨超车”的关键一招，要积极探索线上线下教学相结合、虚拟仿真与在线开放教学相结合的个性化、智能化、泛在化实训教学新模式，努力提高课程的信息化水平和教学质量，培养更多的创新人才。

2.虚拟仿真技术在智慧课堂中的应用

在智慧课堂中应用虚拟仿真教学软件，基于“以学生为中心”，满足管理员、老师、学生的多方面使用要求，可以改善理论教学和实训操作的效果。以通信技术类课程为例，通信系统中传输的信号是抽象、看不见、摸不着且随机的，现网中的真实设备至少上百万，但通过应用虚拟仿真技术，将信号和流程开放出来，一切变得直观，这对于学生而言，知识变得可及且可控，大大增加了学生学习的兴趣，提升了学生学习的成效。

在智慧课堂中应用虚拟仿真教学软件，可以改变学生的学习方式，使随时、随地地高效学习成为可能，有助于满足智慧课堂的教学需要。利用虚拟仿真实训操作平台，可以以学生个人或团队合作的方式开展课题设计及技能竞赛，自主选择学习周期，按不同学习进度反复学习，完成学习内容；还可以使学生从以往固定时间做固定实训的情形，转换为利用网络平台随时、随地自主开展多种多样的实训项目，平台将实时记录学生的不同学习情况，供教师对学生的学习效果作出评价，满足智慧课程教学需要。

同时，在各个课程网站及终端，教师提前发放项目准备单、项目行动单和项目评估单、实习操作指导书等相关教学材料，供学生提前熟悉与了解每一个项目的目标和任务；此外，通过采用虚拟仿真实训的模式，开设独立的实训课程或操作环节，实时更新相关教学视频及材料，使学生可以在任何时间自由进入平台学习及提问，解决各种问题，提升实践教学的重要性，提高学生的实践操作能力。

综上所述，虚拟仿真技术在教育领域具有广泛应用，是教育信息化的重要组成部分。本文以轨道交通类课程和通信技术类课程为例，围绕如何充分发挥虚拟仿真技术的优势，提高课程的信息化水平和教学质量，积极探索了基于虚拟仿真技术的“课堂革命”思路、方法和应用，为创新人才培养奠定了坚实的基础。

参考文献

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