虚拟仿真实验教学在高校教学改革与人才培养中的应用价值

孙锐

（中原工学院艺术设计学院，河南 郑州 450007）

21 世纪是科技飞速发展的时代，伴随着互联网技术的大面积普及，人类进入了新媒体时代，同时，该行业对人才的综合素质的需求也逐渐提升，具备创新能力的人才需求也与日俱增。而高等学校作为人才培养与输出的机构，其人才培养的质量好与坏将直接印象到高校的声誉与发展。新时代的高校学生由于从小就接触到网络信息、网络教育。因此，在学习兴趣和学习潜力都具备接受数字化教学的能力。现代高校如何与现代技术相结合，从培养学生个性化的角度出发，如何打破传统的教育教学方式，在数字技术为基础框架上构建综合性虚拟仿真实验教学模式。为学生打造一条同理论学习到实践中更为便捷的桥梁，充分发挥高校人才培养和学生能力开发的双重潜能，为行业和社会培养出大量专业强、创新型人才。以信息技术为基础构建多层次综合性实验教学模式，为学生搭建由理论走向实践的便在下文中，以我院数字漫游虚拟仿真拍摄实验教学模式为例进行说明：

一、传统动画专业实验教学模式存在的问题

（一）动画专业教学资源“做不了”的问题

传统实验教学由于实验空间、设备的限制，在我院数字动画漫游课程中学生无法亲临现场真实体验漫游空间环境，如：太空空间站、军事基地、深海隧道、山地矿坑等。这些空间存在高风险、高危险性，涉及到此类空间传统实验教学都是无法实现的，同时，面临着行业对高校人才的诸多需求以及行业技术、知识的不断更新换代的压力和实验室建设的实际问题，传统实验课程渐渐出现“做不了”的问题，比如：多人同时虚拟空间交互漫游技术、人物面部动画捕获、手指动作捕获等设备更新问题，也制约着人才培养计划的更新与调整。因此，引入虚拟仿真实验教学模式就成了解决该问题的一个契机。

（二）动画专业教学资源“做不好”的问题

我们现有的数字漫游实验设备无法满足现有学生的使用，使得实验教学效果不佳。造成实验“做不好”的原因主要有：首先，实验教学设备属于高精尖设备，价格昂贵，其中，动作捕捉系统包括：肢体捕捉、人物面部捕捉和手指捕捉，全景360 度拍摄设备就有两目、四目、六目等级别，其价格小到几十万，大到上百万。目前我们实验室拥有动作捕捉系统中的肢体捕捉、VR 佩戴套件和全景360 度拍摄等设备，但是由于这两部设备之间的引进时间相差5 年，所有在产品信息参数兼容和匹配上存在很大问题，是的实验效果不佳。其次，数字设备价格高昂的同时，新设备、新技术的更新日新月异，高校设备没有办法做到设备和技术的实时更新和换代，所有高昂的实验设备将面临几年后的技术落后和更新的问题，同时，高校设备申报报废和申请新设备具有程序繁琐、耗时久、设备参数缩水、设备很难整套引进等特征，所有的因素都造成了该实验课程的滞后性和局限性。也造成了实验效果不佳，学生实验课程“做不好”。

（三）动画专业教学资源“做不到”的问题

传统实验教学中涉及到的漫游空间模型的制作参数和相关数据信息大部分是依靠学生网络收集、图书查阅等途径获取，大部分学生获取的相关数据信息存在信息陈旧、碎片化拼接、数据模糊等问题，主要原因是并没有一个统一的制作标准或者参数来规范作品，同时，也没有一个量化考核机制对学生的学习过程进行精准考核。因此，使得最后成型的三维空间环境和空间贴图存在着精度不够、结构不准确、比例偏差和纹理材质不准确等一系列的“做不到”等问题，实验教学成果出现“图有其形，却无其神”现象严重。

（四）动画专业教学资源“做不上”的问题

本专业实验室的教学资源及设备数量有限，无法同时满足所有学生课程需求，造成学生排队上实验或者共同使用设备，这样将会造成学生实验时长和学期强度大大缩水，从而造成了学生知识和操作掌握不牢，反复借用设备程度繁琐，无法做到随时随地学习，从而对该课程失去兴趣。从而造成实验课程内容走马观花、浅尝辄止，人才培养达不到应有的效果。这也虚拟仿真项目能够与该课程紧密结合的根本目的。

二、虚拟仿真实验教学模式的特点及优势

虚拟仿真教学实验的主要优势有：

（一）实验过程的形象性：利于教师结合实际教学需求，用逼真、立体的表现形式把抽象的实验过程形象地演绎出来，最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势，以此提升教学效果。

（二）提供更高地可能性与安全性：辅助教师进行课堂实验演示：如复杂实验、危险性实验、极端破坏性实验、反应周期过长实验、无法控制反应过程以及在传统实验室无法完成的实验等，可以安全、直观的展示出来。

（三）输入到输出的趣味性：借助对多媒体（音频、视频、图像）技术、虚拟仿真技术、传感技术、输入输出技术构建了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境，使学习者体验置身其中的感觉，能够实现互动实验教学，能最大限度地激发学生的自主实验兴趣以及解开物理奥秘的冲动，有助于发展学生的构建思维，具有独特的实验教学的实践作用。

（四）突破实验对客观条件的依赖性：虚拟仿真教学设备的应用，破除传统的教师讲解以及一般教学辅助工具的使用，客观上促进教学形式的优化，各类实验能够完整完成，随时随地，简约直观。

三、虚拟仿真实验教学模式对教学改革和人才培养的价值

（一）结合专业特征打造学校特色实验课程

1.发挥动画专业优势

虚拟仿真虚拟实验的基本实现方式就是将真实实验转变成虚拟仿真交互实验，而数字化、虚拟化特征恰恰是动画专业的优势。我们系成立于2002 年，是河南省高校类开始动画专业最早的高校之一，在教学资源和师资队伍及教学设备都较为成熟完善。数字漫游实验教学的培养目标之一就是培养学生设计制作虚拟仿真空间并实现在其中的人机交互能力，这一技术恰恰与我们现在国家申报的虚拟仿真实验教学项目的技术相似，我们的虚拟仿真交互实验平台就是由自己实验中心的教学团队和研发团队制作完成的，其中学生的参与度达到60%。做到了学以致用，同时学生也可以参与到其他专业及学科的虚拟仿真实验平台的制作。真正意义上把我们的专业特色与该实验教学项目结合在了一起，做到学有所用并实现与行业精准对接。

2.打造学校特色实验课程

我们专业隶属于文科，而我们学校是工科为主的院校，工科成为学校发展的重点，因此学校对工科方向的实验课程建设的重视和投入精力远远高于文科实验课程建设，出现了一边倒的发展趋势制约着文科专业的发展。然而，国家申报虚拟仿真实验项目这一个契机，给拥有虚拟仿真先天优势的动画专业带来了用武之地，我们正好可以发挥自己的专业优势和特点，使我们不仅仅成为虚拟仿真实验教学平台的“使用者”，同时也是它的“创作者”，真正把培养原创性人才、创新性人才的高校人才培养任务落实到实处。我们也希望能够借助这次申报机会打造属于艺术类的特色实验课程，成为我们学校的特色实验课程，为艺术类学科的长远发展建设积累丰富的经验。

（二） 建立校企合作模式，企业实战项目入校园，提升学生的实战技能和积极性；同时，实现实验教学成果的产学研。

1.对于开展校企合作项目中的高校

（1）通过该模式可以填补理论教学环节中落后于行业发展中知识的不足，让理论教学内容与行业需求之间达到接轨。

（2）校企合作之间的双向沟通，对高校建设“双师型”师资队伍，其成效会变得十分显著，容易实现“内培外引，专兼结合”。

（3）该模式打破了校企合作中，高校寻找实习场地，企业向高校获得廉价劳动力的低层次合作模式，使企业参与高校人才培养计划和员工培训过程，提升深化教学改革成效。

（4）高校运用该模式可以提高培训质量，增加学生的专业技能和创新能力，从而可以拓展办学空间，提升办学效果，同时，增加社会效益和行业经济效益。

（二）对于开展校企合作项目中的企业

1.企业可以吸引大量优秀的毕业生就业，通过提升员工技能的方式来提高知识转化成生产力的效率，从而提高经济效益和核心竞争力。

2.人才竞争的时代，公司之间的竞争实际上就是行业人员之间技能的竞争，企业可以利用和借助高校的教学资源，发挥高校的人才培养资源优势，组件企业员工培养新模式，全面提升员工技能，从而达到高校与社会的资源优化配置的目的。

3.校企合作之间也可以拓展更频繁、更广泛的合作模式，比如：行业在引入新设备、研发新产品的过程中，可以发挥高校的智力优势，把技术研发交给相关高校研究教师带领学生一起去攻关，在一定时间内完成科研课题并达到各种设计要求，然后再有企业对科研成果进行鉴定评估后，从优收购后在最短时间内转化成生产力，缩短产品研发周期，抢占市场先机。

（三）对于在校学生

让学生在真实的实践环境中学习，以学促用，以用促学，比较有新鲜感，学习主动性也会增强，学习效果也会有明天提高。通过开展企业现场教学、专题讲座、岗位实习等社会实践活动，提升学生团队意识、质量意识、安全文明生产意识及职业道德，通过感受企业氛围，为适应今后的工作打下基础。

因此，该实验项目的建设团队中有三分之一的成员来自于社会企业中的骨干技术专家，他们能够为教学团队提供最新、最全面的企业人才需求信息，能够让学生的实践成果与企业产品研发技术和方向保持一致性，同时也为高校教学团队的科研方向提供很好的指引作用，这也是该项目的重要目的之一。

（四）对于社会

与行业之间进行实时接轨，向社会企业输送所需技术人才。我们的研发团队选择数字漫游这门课程作为虚拟仿真实验课程的重要原因就是该课程是当下的热门行业，同时未来也将会是虚拟仿真的时代，这个是社会和科技发展的必然趋势，在这样的一个行业趋势下，就会产生大量的人才缺口，而且对人才的需求会源源不断甚至是抢手。

综上所述，虚拟仿真实验系统的最大优势之一就是实时更新性，行业技术的不断发展和科技的不断更新，是的数字漫游行业永葆青春活力的动力，所有如何让高校人才培养与行业人才需求向吻合，就要看高校人才培养中对学生接触的知识和技术是否与行业接轨。虚拟仿真实验系统可以做到技术和知识的实时更新，可以很好地与社会行业技术保持一致性，摆脱了高校旧设备的报废、新设备申报安装等所带来的时间和金钱上的高昂付出。同时也向社会输出大量的符合行业需求的人才。