虚拟仿真实验教学在人才培养中的应用与探索——以“电工电子技术”课程为例＊

伍玲密，周苏洁，郑 伟，苏志贤

（浙江安防职业技术学院，浙江 温州325016）

在信息化时代到来之前，中国高校的教育主要以传统的教科书教学为主，较多依赖实体设备，实验室建设投入较大，教学内容和实体设备更新换代较为缓慢。虚拟仿真技术的出现，解决了以上问题，使得教学资源朝多样化的趋势发展。本文从虚拟仿真实验教学出发，以“电工电子技术”课程为例，浅析虚拟仿真实验教学在人才培养中的相关情况。

1 虚拟仿真实验教学现状

为了深入贯彻习总书记关于高校人才培养的重要讲话精神及根据《教育信息化十年发展规划（2011—2020 年）》和《2020 年教育信息化和网络工作要点》等相关要求[1]，为了深入推进现代信息化技术与高等教育教学的深度融合，不断加强教育教学中资源的优化与应用，不断与时俱进地探索新一代实验教学的改革，各大高校深入开展虚拟仿真实验教学并建立各类虚拟仿真实验教学平台[2]，同时积极推动线上与线下教学的融合化，兼顾个性化、智能化、网络化的教学新模式，形成教学内容布置合理、教学效果优良、教学方式深受学生喜爱且具有开放共享特征的信息化教学新体系[3]。

经过多年建设，虚拟仿真实验教学模式已经成为学生喜闻乐见的教学方式，成为教师新时代的得力教学助手，为进一步深度化提升学生实践教学效果提供了一种崭新的教学模式[4-6]。

2 虚拟仿真实验教学存在的问题

虚拟仿真实验教学在深入推进中出现了诸如过于依赖虚拟仿真技术，虚拟教学内容选择不当，虚拟教学考核模式与现有考核模式有冲突，师资队伍建设难以满足现代信息化技术的发展，尤其体现在如何提升虚拟仿真教育生命力等各类问题[7]。

3 虚拟仿真实验教学的构建

针对上述问题，本文主要从五大方面探索了虚拟仿真实验教学在人才培养中所体现的内涵实质，主要从多种角度上提升其内涵与外联。首先，虚拟仿真实验的教育理念上，应始终遵循“以学生为中心”的重大原则，该种教育方式的最终受益者为学生；其次，虚拟仿真实验教学内容的选择上不仅仅体现在服务课程，更应该体现在服务实践教学体系；第三，虚拟仿真实验的师资团队建设应体现出多元化特色，师资队伍的建设更加应该体现在信息技术与专业教育之间的融合；第四，虚拟仿真实验需要将虚拟仿真教育的内涵进行扩充，其内涵不仅仅是体现在提升学生学习兴趣和扩大学生的受益面，而更加应该体现在虚拟仿真教育与专业教育和人才培养的融合，特别是体现在如何更好地体现在创新创业教育中，让这种内涵的扩充使虚拟仿真教育的“生命力”得到提升；第五，加强对虚拟仿真实验教学的教育以及技术管理，建立健全适用于基于“互联网+”模式下的实验成绩考核指标体系是虚拟仿真实验教育实施的重要基础。

3.1 强调教学理念必须围绕“以学生为中心”是虚拟仿真教育实施的根本原则

采用虚拟仿真实验教学模式进行实验或实践教学，所面对的对象始终是所培养的学生，所教学的目的都是调动学生参与实验或实践教学的积极性和主动性，最大可能地激发学生对于知识的渴求和学习的潜能。无论采用何种方式的虚拟仿真教育，其最终落脚点都应放在如何提升学生学习效果和掌握知识的程度，这是虚拟仿真实验教学的根本建设原则。虚拟仿真教育的服务对象是学生，最大受益面也应是面向学生。在建设虚拟仿真教育平台时需要时刻思考学生如何学习才最便捷有效[8-9]，如何从技术的角度上保证学生端学习的流畅性和有效性，如何从基于“互联网+”模式下思考怎样更加良好地反映学生的学习效果和考核效果。

3.2 准确且适当地把握教学内容是虚拟仿真实验教学良好实施的把控重点

虚拟仿真教育归根结底还是教育，还是通过实践教学内容让学生获得知识。所有教学内容的确定，一是离不开理论的支撑和铺垫，二是离不开与行业发展和岗位需求的实践条件的结合。以“电工电子技术”课程为例，准确合适把握虚拟仿真实验教学内容，需以课程理论为基础，以岗位需求和学生兴趣为导向，针对学生需掌握的知识和技能进行合理分析，构建虚拟仿真趣味实验资源库，如图1 所示。

并不是所有的教学内容都适合当作虚拟仿真教育的教学内容。虚拟仿真实验的教学内容主要由两大类组成：第一类是传统实验中难以实现，或者消耗过高，或者存在诸多危险性的实验。重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难，涉及高危或极端环境，高成本、高消耗、不可逆操作、难以观测、大型综合训练等问题。此类实验教学内容如采用虚拟仿真教育模式则可以十分有效地规避上述问题，虽然与教学内容实际化上还存在一定的差距，但从教学效益上充分体现了虚拟仿真教育的优势。比如在“电工电子技术”课程的实验教学项目的选择过程中，可将传统实验难以实现或危险性较高的内容设置为虚拟仿真实验，如表1 所示。

图1 以岗位需求和学生兴趣为导向的虚拟仿真实验建设

表1 “电工电子技术”课程中可用虚拟仿真替代的传统实验举例

第二类应体现学生十分感兴趣的内容以及部分教学重点或难点。学生采用“互联网+”模式进行学习时，受监管力度难以与课堂上的学习比量，因此需要通过一定的手段鼓励或督促学生进行线上学习。比如在“电工电子技术”课程的实验项目选择上，可将电工电子技术知识点与实际生产生活中的应用结合起来，即重点从学生兴趣模式下开展，重点从问题导向、需求导向两个角度实施，研发原理准确、内容紧凑、时长合理、难度适宜的虚拟仿真趣味实验教学项目，并鼓励学生进行实物制作，推动实现创新创业成果转化，如表2 所示。

表2 “电工电子技术”虚拟仿真趣味实验教学项目举例

教学内容的适当性，主要体现在技术适当性、共享适当性以及交互适当性三个方面。技术适当性即虚拟仿真实验教育注重通过文字、图片、视频等各种媒介促进教学准备、线上讨论、线下交流，但并不意味着所有教学内容均通过最为复杂的多媒体技术实现，而是以客户端以及网络传输最佳的方式实现即可，这样不会增加研发量以及网络承载量。共享适当性主要体现在学生受益人员应体现在固定范围或受限范围内，重点需要体现在考虑不同区域、不同层次、不同类型的学生接入实验教学项目的运行需求，这主要是源于提升虚拟仿真教育的“生命力”，如实施无差别化的共享，则势必造成网络访问量的剧增以及网络安全化的严峻考验，同样对于互动化师资的要求也较高，这反过来又会限制虚拟仿真教育的发展和应用。交互适当性重点体现在在“互联网+”模式下的师生交流，教师不可能完全在每时每刻都能及时回答所对应学生的各类问题；但另一方面，对于某些主观性题目来说，并不适合设置一些自动回答或者自动批改类的程序，因此虚拟仿真教育中应针对客观类题目（例如判断和选择题）设置自动批改，而对于一些问答类等主观题目，则应该设置成教师来批改，同时为鼓励更多的学生参加到虚拟仿真教育平台中，也可以设置成部分学生成为互动教师，协助教师批改网络上大量的互动内容。

3.3 建立多元化的师资队伍是实施虚拟仿真实验教育的重要前提

实施一项教育教学改革必须以师资队伍的支撑为前提，虚拟仿真实验教育模式的改革也不例外，没有师资队伍的支撑，虚拟仿真实验教育无法良好地实施。虚拟仿真实验教育的特点决定着其师资队伍与传统实验教学师资队伍有着差异化，其具体体现为师资队伍构成多元化。不仅有传统授课教师，还应有虚拟仿真软件工程师、网络工程师等，其目的是最优化地服务于这种基于软件和网络的教育。传统教育模式中，绝大部分是由教师作为主体，其他类人员很少参与，原因在于教育的实施更多的是基于教师的工作量，而虚拟仿真实验教育的实施，不仅仅是教育内容的推广，还包括了教学内容的虚拟化和网络化等，使得这种教育方式的推广成为一种复合体，这就决定着师资队伍的构成不再局限于专任教师。授课教师重点负责教学内容的筛选以及教案的制作，软件工程师重点突破教学内容的虚拟化实现，网络工程师重点实现教学内容、师生互动以及三维展示的网络化。

建立健全完善虚拟仿真实验教学队伍还包括考核、奖励师资团队，建立恰当的监督机制，鼓励和支持团队教师积极采用虚拟仿真实验教学软件或平台进行项目研发和教学实践。

3.4 虚拟仿真实验教育突出示范作用是其发展的最终方向

虚拟仿真实验教育的示范作用，传统方面来说主要指扩大学生受益面，加深教学内容的仿真化，扩大网络试用范围，这也突出体现了虚拟仿真实验教育的示范作用，其最终目标是要让更多学生受益，最终进一步提升教学效果。但深一步挖掘发现，虚拟仿真实验教育的示范作用还应朝向教师和学生两大类。对于教师，这种示范作用体现在虚拟仿真实验教育与教师的教学和教改进行融合，让更加良好的教学内容或教改成果通过虚拟仿真的模式展现出来，而不简单是教师抽屉里的“成果”。当然，这种结合也体现在了与教师科研成果的融合，传统方式下教师科研成果更多的是在政府类网站或者科技成果转化类网站上的体现，而此类网站学生访问率较低，但通过虚拟仿真实验教育模式将教师科研成果进行展现，最大化地方便学生了解教师的科研方向，掌握科研动态，吸引学生参与到教师科研创作中，推动学生双创活动的开展。针对学生的示范作用，则重点体现在学生访问人数以及层次的扩张，体现在参与到虚拟仿真实验教育建设中的学生数越来越多。

总体来说，虚拟仿真实验教育的示范作用狭义上是在各个方面扩大学生的受益面和受益层次，广义上讲则重点在于与在线课程、翻转课堂、慕课以及多种先进教育方式的融合[10-12]，与教师科研进行融合，让虚拟仿真实验教育不仅仅是在传统教学内容的仿真化上发挥影响，更重要的是在多种先进的教学模式下体现其优越的教学辅助作用。通过虚拟仿真实验教育中的信息化建设以及专业教育的融合，最大限度地提升虚拟仿真教育的示范引领作用，最大限度地服务于教师科研，服务于社会，形成教育、科研、社会等三者之间的生态化互补，才能让虚拟仿真教育的示范性突出显示。

3.5 建立具有虚拟仿真实验教育特色的评价系统是其可持续发展的关键节点

虚拟仿真实验教育的推广以及大范围实施，就必须有恰当的师生评价机制，后续建设根据评价结果进行完善，才能保证该种教育方式的生命力。传统教学方式下的师生评价模式在虚拟仿真实验教育模式下，某些部分显得适用性不足。例如部分教学内容已经从传统课堂搬到网上，教学模式已经由教师们的“百花齐放”演变成网络单一模式，因此对于教师的评价不免受到软件操作以及网络环境的影响，即在某些程度上学生评价教师变成了学生评价软件或网络平台，例如学生通过微视频模式学习时，视频中的教师教育方式“千篇一律”，不会因为自己是具体哪个班级而改变，即出现教师教学单一化。同样教师在评价学生时，也出现了不适应性，例如传统课堂上评价学生对实验教学内容的预习效果可通过课堂提问实现，虚拟仿真模式下虽可通过软件进行批量批改，第一时间获取学生预习效果的大数据，但与学生一对一的交流不如传统课堂高效直观。

4 结束语

正如上述所言，传统教学模式下的评价系统在使用虚拟仿真实验教育手段后显出一定的不适应性，因此迫切需要建立能适应虚拟仿真实验教育模式下的评价系统，该特色下的评价系统的建立与完善必将成为虚拟仿真教育模式在人才培养中最大化发挥其作用的关键节点。对于虚拟仿真实验教育的评价，需要体现出网络环境、软件展示、操作适应性、教学内容以及互动交流等方面的评价，同时还应注重对于学生在虚拟仿真实验过程中的个性化操作的记录，方便教师了解和掌握学生知识掌握的具体情况。