高职院校基于虚拟仿真的实验教改与实践研究

姚晓荣 叶兰洲

摘 要： 作者针对目前实践教学存在的课时受限、实训场地和设备数量受限、实训项目存在安全隐患等问题，提出将虚拟仿真实训项目引入教学过程和混合式教学模式，形成较完整的实践教学课程体系，为相关课程的改革提供参考，为实现人才培养的信息化、智能化和现代化提供支撑。

关键词：高职；虚拟仿真；实验教学；改革与实践

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.04.088

0 引言

培养学生的动手操作能力和工程实践能力是道路桥梁工程技术专业实验教学的根本目的。虚拟仿真平台因其虚拟化、立体化、结构化的特点，在实践教学改革中扮演了重要角色。虚拟仿真实验作为传统的实验教学的必要补充，课堂教学应强调学生的主体地位，将前期所学的理论知识与仿真操作相结合。道路与桥梁工程技术专业群主要包括道路与桥梁工程技术、实验检测技术、工程测量技术、市政工程技术、养护工程技术等五个专业，这些专业均对学生的动手能力要求极高。为了提升学生的动手能力、实践水平，我院在进行人才培养方案过程中，已对学生的实习实训等实践课程加大侧重。然而，当前的课程体系在实践教学方面距离人才培养的要求还有一定的差距。面对职业教育所要求的“岗、课、赛、证”融通的大环境，亟需引入虚拟仿真技术以改善实践教学所面临的困难，形成“虚实”结合的实践教学运行体系。

国内许多学者和专家在虚拟仿真实验促进课程改革和实践方面进行了大量的研究。台州职业技术学院的柯中炉等以生化制药技术专业实践教学为例，阐述了传统实践教学存在的问题，并对虚拟仿真技术提升高职实践教学有效性进行了探讨。河北工业大学的梁李敏等阐述了实验教学改革的方向和虚拟仿真实验教学需要建设的内容，充分利用虚拟仿真技术，坚持“虚实结合，互为补充，能实不虚”的原则促进创新型专业技术人才的培养。吉林大学的谷艳华教授进行了混合教学模式下虚拟仿真教学的探索，教学实践表明虚拟仿真教学有利于混合教学模式下的探究性学习、自主学习和创新实践，有利于提高教学效果。

1 实验教学现状与问题

1.1 课程学时受限

职业教育的特点决定了实践环节的重要性，人才培养方案的实践学时不断增加，但是课程总学时需与人才培养方案总学分相适应，学生每学年的总学分需要控制，只能开出常规性简单的实验实训项目，而有些耗时长的实验或实训课程无法开出，如道路建筑材料课程中的马歇尔实验、车辙实验，公路工程检测技术中的CBR实验等无法在课程中让学生动手实操，实验环节变成了教师对着设备向同学介绍实验步骤和数据处理，学生对于知识的认知和理解以及动手能力均得不到提高。

1.2 实训场地和设备数量受限

工程实践类课程中所需实验设备大多体积较大、占地面积大且具有操作困难等特点，教师在教学中指导学生操作时，存在很多学生围着一台仪器设备观看教师操作的问题，即使学生可以进行操作，也不能够满足所有学生均能动手，在实训场地和设备台套数等教学资源有限的条件下，上课分组率达不到要求，学生动手率得不到保障，教学效果不理想。多数职业院校因占地面积小，导致实训难实施、受限制，不能满足复杂环境下的实训要求以及学生安全要求。

1.3 实验项目存在安全隐患

工程类的实验课程大多要求学生动手实操，对于较大型的设备，在40多人的教学班里很难保证学生的安全。对于钢筋的拉伸实验，钢筋的固定尤为重要，如固定不牢，很有可能出现钢筋被甩出，对相对狭小空间里学生的人身安全造成威胁。

2 基于虚拟仿真技术的实验教学改革路径

2.1 优化人才培养方案

結合我院道桥工程技术专业群的专业设置情况，引入虚拟仿真软件，形成“虚实结合、线上线下协同”的实践教学模式，设计“岗课赛证”一体化的教学思路，实现理论课和实践课的融合，真正实现人才培养方案改革。

在教学过程中，采用网络教学平台、实现混合式教学，学生对于复杂的、大型的、实验室难以工程再现的实践教学任务，学生通过虚拟仿真实验进行学习，实现理论到实践的零距离，使学生顺利完成学习任务，达到教学要求。

2.2 对接岗位需求

职业教育课程要服务于人的发展，课程要面向具体的岗位，以岗为课，课程中参照岗位的具体活动来构建学习过程，通过“学中做，做中学”的方式让学生体验岗位的运行流程，从而促进职业学习活动的发生。道路建筑材料课程对接的主要岗位为公路工程实验检测员，对接职业岗位能力如下表1。

虚拟仿真技术把短学时不能实现的、设备操作具有安全隐患的、实验场地和设备台套数不能满足分组要求的实验教学任务变成了现实，如车辙实验、沥青抽提实验、亚甲蓝实验等，学生通过虚拟仿真技术完成了学习。

2.3 深化课赛融通

在“岗课赛证”融通过程中，职业技能大赛引领课程改革。虚拟仿真技术将工程搬到学生面前，实现了工程和设备的虚拟化、立体化和结构化，让技能竞赛的进行得以实现。虚拟仿真技术将理论知识、实践操作、文本知识、视频资源融合到一起，在教学中进行推广应用，让学生围绕赛项任务优化教学项目，借助赛项评价，推动教学评价改革。在整个过程中教师的教学理念得以突破，教学能力得到提升；学生的理论学习和动手能力完美结合，改变了传统教学不能实现的尴尬局面，实现“教学做”一体化，真正做到了课程与赛项的融通。

2.4 增强创新能力

网络化的虚拟实验比传统的实验更具有开放性，可以打破时间和空间的限制，可以自主地进行实验内容的选择，实验结果的分析评价等。学生由传统的被动接受实验内容转变为主动地参与和掌控实验过程，丰富了实验教学的内容，提高了学生创新能力的培养。

学生参与虚拟仿真实訓项目的开发，与制作方对接实验环境要求、实验设备、实验内容、操作要点、结果整理等内容，通过虚拟项目的不断调试和适用，发现实验过程中存在的问题，增强学生的创新能力和动手能力，实现课堂的又一次革命。在使用虚拟仿真软件过程中，全过程了解工程的各个环节，身临其境地走进工程一线，实现课堂到工程现场的零距离。

3 实验教学改革的预期效果

通过对虚拟仿真实验教学的改革，进一步巩固了前期课程中所学的理论知识，同时使得实践教学课程在以下几个方面得到改善。

（1）人才培养方案的修订。以服务交通产业培养高素质应用型创新人才为目标，学院与企业共同制定人才培养方案，主要增加创新创业课程、交通特色课程，在实践教学环节的课时上有保证。

（2）实践教学体系的完善。完成了提高学生工程素质、培养创新精神和实践能力的目标，形成虚实结合的实践教学体系。

（3）教学资源与特色课程的建设。教师团队共同开发道路建筑材料特色课程教材资源，在原有实践教学基础上实现创新和提高。

（4）大学生创新创业建设支持。以虚拟仿真实验为切入点，学生参与开发和研究，培养学生的创新能力，教师团队中科院指导教师为学生创新创业提供支持，并指导参加“互联网+”创新创业大赛，形成课程的部分特色教学内容 。

4 结语

虚拟仿真实验教学可以综合应用虚拟现实和多媒体技术构建仿真的实验环境，不再受场地和实验设备以及实验时间等条件的限制，使学生自主地在开放的虚拟仿真平台上开展实验，弥补了传统实验不能实现的教学功能，可以有效地提高实验教学的质量。

参考文献

[1]柯中炉.以虚拟仿真技术提升高职实践教学有效性的探索——以生化制药技术专业实践教学为例[J].中国职业技术教育，2009，2（5）：6466.

[2]梁李敏 陈学广.材料科学与工程专业虚拟仿真实验教学改革与探[J].科教导刊，2020，4（10）：6566.

[3]谷艳华，苗文广.混合教学模式下虚拟仿真教学的探索与实践[J].实验技术与管理，2019，（7）：188191.

[4]王金龙，王翠枝.化学化工虚拟仿真实验教学改革与探索[J].广东化工，2023，（5）：205208.

[5]谈秋英，甘霖.虚拟仿真技术在职业院校“数字测图”实践教学中的应用[J].教育教学论坛，2023，（7）：161164.