虚拟实验室助力高职院校实训课堂建设研究

于婷婷，赵良吉

(潍坊工程职业学院，山东 青州 262500)

1 研究背景及现状

随着国家经济的快速发展，高素质、高品质的技能岗位对人才的需求越来越旺盛。这些都要求高职院校加大对高水平、技能型人才的培养规格和力度。在职业院校中，尤其是高职院校的工科专业，实训课程占比非常高。相比较高等院校的学生，职业院校的学生大部分的工作岗位是生产一线，所以对学生技能的掌握比理论知识的研究要更高一些。近年来，国家出台了一系列政策，充分说明高职院校的教学改革必须立即进行，这就包含实训课程教学改革。早在20世纪90年代初，我国的高校教师开始探索实训课程的改革办法，为了促进实训课堂信息化水平提升，国内部分高校提出应用仿真软件在实验中可以发挥较好的作用，创立了基于电路仿真的虚拟技术仿真实验室。例如上海交通大学和清华大学走在改革的前端，率先建立了虚拟校园模型，并加入了虚拟实验室和虚拟图书馆，提出陈旧模式的“填鸭式”实践教学方法已经不能满足现代社会对学生的需求和期望，还会降低学生的学习兴趣，单一的实验手段和实验方法及实验数据造成了千篇一律的实验报告，学生的创新性思维受到了限制，不利于学生个性化发展。

在理工科专业中，实验实训设备需要投入很大的资金，与此相关的维护保养费用也非常高，所以大部分高校只能选择减少相关设备投入。在实训课堂上存在授课教师在一台实训设备前演示，所有学生围着看，边看边忘印象不深刻，等到学生独立操作的时候很可能已经忘记操作流程，学习效率低下。尤其是机电类课程具有一定的危险性，对于220 V或者380 V的电压相关知识，教师处于安全考虑只是理论性讲解，学生看不到直观的效果，学习的理论知识得不到检验，学习效果较差，应掌握的知识和技能没有妥善掌握，浪费了学习时间和学生精力。

从企业方面来看，企业需要的是掌握先进技术的人才，企业设备更新换代较快，与之相反的是高职院校用于实训教学的设备配备数量不足、老旧陈旧可操作性差，导致学生的动手实践能力与企业用人需求有着非常大的差异。毕业后的学生到企业任职，不能直接上岗工作，对新的技术和设备不适应，需要进行长时间的再培训。这样会使企业对高职院校培训的人才产生质疑，降低了高职院校在企业中的信誉。

2 建设虚拟实训课堂的方案

2.1 条件准备

高职院校要制定相关的文件和导向，为实训教学的改革和创新提供政策、资金支持。硬件方面，学校需要出资配备满足学生进行实训的相关实验设备、多媒体智能教室、计算机等硬件设施；软件方面，学校需要购买用于相关课程实验教学的针对性仿真软件。同时，学校要经常组织任课教师进行相应教学硬件和软件操作的培训。

大部分职业院校教师都是直接从大学毕业从事教学工作，“双师型”教师较少，也没有企业的实践锻炼机会。因此，教师要到企业去锻炼，深入到技术一线，增加自身的技能教学经验，任课前还需要集中培训熟练掌握相关实训设备和仿真软件的使用，会应用多媒体课件和现代化教学手段辅助教学。课程开始之前要求学生掌握一定的电脑操作技术，改变原有的学习观念，会利用互联网获取相关知识。

2.2 建设内容

2.2.1 课程设计

更新实训教材和教学内容。相对于理论教学内容而言实训教学的内容更新速度慢、不受重视、参考教材有限。任课教师和编写教材的编者因为没有深入企业一线，最新的技术和标准没有融入实训内容，使高职院校培养的人才与社会需求存在脱节现象。任课教师可以利用寒暑假到相关的企业调查访谈，了解企业和用人单位的最新需求，依据企业及用人单位所需的技能要求选择最新具有针对性的教材和教学内容，当硬件设备达不到时，用软件仿真代替，使学生所学技能与企业需求保持一致。课程开始之前需要课程小组集体选取并设计出适合高职院校学生的实训项目，用于实训课程教学。

2.2.2 教学模式

创新实训教学模式。打破传统“教师演示，学生照搬练习”的实践教学模式，应用网络资源和信息化教学手段改进教学方法，建立“网络+课堂”“虚拟+现实”的实训课程教学模式，具体实训课学习模式如图1所示。

图1 实训课学习模式

以单相桥式整流电路实验项目为例，实验包含虚拟仿真和实验箱实验。其中仿真软件用到的是Protues8，实验箱为学校配备的实验箱。实验电路输入的是220 V的交流电压，通过仿真查看输出电压是交流还是直流，测量整流之后输出的电压值并与理论课所学的公式进行比较。用Protues8进行仿真的实验电路如图2所示，示波器所接A通道为输入信号，B通道为输出信号。

图2 单相桥式整流电路仿真电路图

实训课堂上，教师发布实训相关任务，进行简单的讲解和演示。教师还可以提前录制仿真实验的视频传到学习平台上供学生参考。学生进行硬件实验之前需要先用Protues8仿真软件画出电路图，在仿真软件中对相关的数据进行测量和记录。结果满意之后，再选择合适的器件和测量仪表在实验箱中进行实验。因为实验中接触的是220 V的交流电压，仿真实验提高了实验的熟练度和可行性，降低了实验的危险系数。通过对仿真软件的实验数据进行测量，学生可以正确的使用万用表，不至于在实验箱实验中错选万用表的挡位。输入电压值的测量需选用交流电压250 V挡位，变压器变比为22∶1，则输出电压值的测量需选用直流电压20 V挡位。并且Protues8仿真加电子实验箱实验的数据加深了对理论公式记忆，理论知识在实训项目中得到更好的巩固，实现了双赢的作用，达到了最佳效果。

单相桥式整流电路实训项目Protues8仿真中示波器所接A通道为输入信号，信号线为黄色，B通道为输出信号，信号线为蓝色。从仿真图中可以很直观的看出电压信号由交流变成直流。从右侧旋钮区可以很直观的观察出输入电压和输出电压的幅值大小。通过仿真实验的练习，加深了对实训项目的认知，提高了对硬件电压测量的准确性，如图3所示。

图3 Protues8示波器仿真波形图

2.3 课堂评价

好的学习和教学效果离不开好的评价手段，改革实训课堂考核评价方案尤为重要。用多元长期评价机制代替一次定结果的考核评价方式，对学生的考核不仅是实际设备操作的考核，也包括仿真软件的考核及信息化素养的考核，使考核评价实时贯穿在学生的整个实训学习过程之中。学生的实训技能考核不再只包含单纯的连线或者拆装，还要包括仿真软件中的创新性实验。在这种评价方式下，学生在平时的实训课学习过程中更加的积极，也更愿意跟教师交流，而不是只在考试之前突击学习。

通过仿真软件还可以对实训项目进行升级，如在整流电路中再并联470 μF的电容器进行通交流隔直流的滤波电路，再用仿真示波器对输出波形进行波形的显示和测量，学生加深了对该实训项目的认知，并对后续的课堂内容进行了预习，对更好地学习滤波电路起到了积极的作用。

3 总结

虚拟仿真实验室的助力使高职院校的实训课堂教学变得丰富多彩，教师的教学和学生的学习方式都变得多元化。

1)提高了实训课程的信息化水平，课堂变得充满活力。传统实训课堂是教师演示，学生生硬地照搬练习，信息化水平低。虚拟实训室加网络平台资源的助力使实践课堂充满生机，学生需要针对任务问题的解决方案进行讨论、合作完成实验项目。学生课前可以观看教师上传的实验演示视频并模拟仿真，同时进行线上交流，课中有目的的进行练习、答疑，课后还可以通过网络平台交流学习心得，利用仿真软件实现对课堂实验的巩固和提升。

2)突破了硬件设备局限性，使学生的专业技术水平能适应岗位需求。企业的技术比较先进，高职院校的设备更新步伐不可能完全同步。高职院校主要是培养能够适应岗位需求的技能型人才，这就要求高职院校培养的学生必须要掌握企业和用人单位所需技术。虚拟仿真解决了设备短缺和技术落后带来的学生做实验不方便的困难。学生只需利用计算机就能够进行仿真实验。通过教师传到平台上的实训教学学习视频，学生可以随时模拟仿真。通过虚拟仿真软件的多次练习，增加了学生对实验操作的熟练程度，提高了技术水平，进一步深化了对理论知识的理解。

3)深化了以学生为中心的教学模式变革，提升了学生的信息现代化技术水平。实训课程教学采用网络加课堂、软件加硬件、讨论加答疑的模式进行，学生在课前、课中、课后都可以随时观看实验操作视频，实时交流讨论，利用软件进行仿真练习，学生可以根据自身认识选择器件，加深对实验的认识和创新，不同的器件学生可以通过网络搜索进行对比区别，提高了学生自身的信息化利用水平和主动接受学习知识的能力。

虚拟实验室助力下的实训课堂使传统的实训课堂教学得到改革，突破了硬件设备局限性，使学生的专业技术水平能适应企业岗位需求并可以掌握最新的技术和能力，有效提高了实训课程的信息化水平，使学生和教师的动手能力及运用信息化的能力都显著提升，实训课堂也由沉闷变得充满活力。在虚拟实验室的助力下，实训课程教学采用线上线下的模式进行，深化了以学生为中心的教学模式变革，提升了学生的信息现代化技术水平，促进了学生的长期学习和深远发展。学生不再因为没有实训设备而难以完成实训，大量的训练可以通过仿真进行，提高了硬件设备操作的熟练度，使实验在规定时间内更容易完成。提高了实训项目完成的成功率和实训项目完成的效率，所有的学生都可以在有限的课堂时间里参与实训项目，对教学效果和质量的提升有积极的影响和良好的推动力。