虚拟仿真教学在中职学校的优势与基础应用

虚拟仿真教学在中职学校的优势与基础应用

黄兴宁

钦州市灵山县职业技术学校 

[摘要] 虚拟仿真技术以其自身强大优势和潜力在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。通过突显虚拟仿真教学在中职学校的优势，讲述其硬件的建设标准，举例论述虚拟仿真教学在中职学校教学的基础应用。

[关键词]虚拟仿真：中职教育：基础应用

前言

在我国，中等职业学校肩负着农村新生和转移劳动力的教育培养任务，使之成为能较好地适应城市发展的要求和企业的需求。近几年来，随着国家对职业教育的重视和大力发展，职业教育也有了较好较快的发展。但由于受到我国传统教育的影响，目前的职业教育仍然不能彰显技能型人才培养的特点，教学过程不能有效地促进学生职业能力的形成，教学手段仍然沿用传统意义的教学模式。剖析其病因这与中等职业学校目前的教学内容与方法、教学模式等密切相关的，因此职业教育的改革与创新，首要是突显在教学模式和教学内容与方法两者上的改革创新，才能提高专业课程的教学质量，实现技能型人才的培养目标。

一、虚拟仿真技术的发展

20世纪80年代新崛起的虚拟现实（Virtual Reality）技术是一种综合集成技术，其涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界的事物和环境，人投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，被称之为虚拟仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。

虚拟仿真技术会带给我们新的教育思维，给我们的教育带来一系列的重大变革。在国内的教育领域，虚拟仿真技术在应用还处于起步阶段，但其发展前景不可估量，身临其境的去经历去感悟远比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互体验与被动的观看强灌对学生来讲有着质的区别与感受。随着虚拟仿真技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，虚拟仿真技术以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到越来越多的重视和青睐，将在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。

二、虚拟仿真教学较之传统方式的优点

职业教育是对受教育者实施可从事某种职业或生产劳动所必须的职业知识、技能和职业道德的教育，本着“德育为先、技能为重、素质为本”的培养理念。近年来随着国家对职业教育的重视，持续不断加大跟方面的扶持力度，特别是中西部欠发达地区都有了长足的发展。中等职业教育如雨后春笋，盎然生机，数量规模不断膨胀。如何由数量规模向培养质量的有效提升是很多中职学校面临的问题，突出表现在师资严重不足，实训设施紧张，实训耗材消耗过度，仍旧采用大班制先理论后实际操作的传统培养模式。造成投入与产出不符，效果不佳。虚拟仿真教学是提高课堂教学效率、增强学生的学习兴趣、培养学生的创新能力的利器，很多课堂教育和技能实操都可以通过虚拟仿真教学解决，大大降低器材的损耗，是低成本、高效率的提升培养技能型人才的教学手段。

虚拟仿真教学是将理论与实践相结合的新教学手段。作为经理论教学和技能实训之后的一种重要的认识和改造客观世界的教育手段，学生置身于虚拟仿真环境中，可以充分调动感觉、运动和思维，极大地提高了学习效率。曾经有教育心理学家对采用虚拟仿真教学和传统教学进行的比较试验结果表明：虚拟仿真教学模式下，学生可以记忆约70%的内容，而传统的“教师讲，学生听”教学模式下，学生只能记忆30%的内容。

与传统的方式相比，虚拟仿真教学具有如下优点：调动学生的学习主动性：虚拟仿真一般都是独立操作，独立完成，学生必须开动脑筋认真分析问题，从而才能准确地解决问题。传统的教学中，学生往往会等待教师给出正确答案；开拓想象空间：虚拟仿真软件的操作不存在限制，学生可以海阔天空地想象，进行各种各样的设计，并迅速地通过虚拟仿真看到结果。这在传统教学中是不可能实现的；减轻教师的负担：学生们主观能动性的提高，就意味着教师可以腾出手来做更多的教学工作，或进行有针对性的指导工作。传统教学中，一个教师往往要面对几十位学生，无法跟踪每个学生的全过程；增强学生的自信心和成就感：通过虚拟仿真训练，学生们充分了解自己所学的知识，应用领域，应用前景等，将理论与实践相结合，增强了对专业技术的认识，从而激发敬业精神。而传统教学中，学生们掌 握了一大堆知识，却不知道如何应用，往往会对本专业有一种挫败感，丧失从事专业工作的积极性；增强学生的安全意识：通过计算机虚拟仿真，在虚拟世界中由于错误的操作而产生的安全事故，可以提高学生的警觉，分析故障原因，掌握排除故障的技巧；强大的交互性能：为学生提供了充分动手的机会，使得学生们可以自己动手设置各种实训参数，并及时地得到结果；灵活的虚拟仿真各种真实情况：在虚拟仿真软件中可以灵活地设置各种参数、模拟条件，就可以自如地模拟真实世界中的各种情况；设定各种事故及极限运行状态：通过虚拟仿真，可以了解真实世界中无法实现的危险性操作，或者临界条件；自动评价功能：一般情况下，虚拟仿真软件具有评价功能，可以给学生的每一次操作实时地评分，使学生们可以即时地了解自己的每一次操作的正确性或合理性；安全性：所有的操作均不是现场实施，因此绝对不会带来危险的后果；节省开支：对实体实训耗材的零消耗，节省由于人为操作不当造成的设备损坏。

此外，虚拟仿真教学还可作为传统的实验教学手段的补充，通过控制的模拟实训器，产生逼真的训练、操作环境，可以在节约很多训练时间和经费的前提下达到同样的训练目的，教学过程贯穿认识实习，课堂演示，课程设计，过程控制，安全教育，生产实习，以及计算机辅助教学等，还可以通过计算机辅助教学还可以设置各种真实系统中无法实现的参数、工艺、以及事故发生。在管理领域中的应用也非常有助于学生在管理决策方面的能力和素质的培养。

三、虚拟仿真实训系统环境的建立

实训系统环境是虚拟仿真教学不可或缺的基本工具，要实现教学必须首先建设虚拟仿真实训系统环境。虚拟仿真实训系统环境是指配备有虚拟仿真实训系统的教学场所，由虚拟仿真实训系统和虚拟仿真实训环境组成。

虚拟仿真实训系统是一个由数学模型及载体计算机系统、物理效应模型及设备、部分实物组成的，对实际系统进行虚拟仿真，对现实操作环境进行模拟等，实现真实生产过程模拟，支持安全、经济、离线的操作技能培训和训练、技能考核和鉴定等功能的综合实训教学平台。虚拟仿真实训室的建设要求如下：具有必要的技能训练实物装备；支持技能训练的虚拟仿真训练软件；与相关工场对接的信息通道；具备实时摄录像设备；应有考试考核平台；对整个生产环境及其设备的认识、学习功能，这些环境如矿井、港口、厂房、车间、工地、生产线、服务场所等；模拟危险操作观察后果强化记忆，对重要技能反复训练，形成技能养成功能；对特殊操作、小概率事件、故障的再现与操作功能；对实训全过程的自动跟踪、记录、评价与考核等功能；应配备投影机与投影屏幕，必要时根据需要配备操纵杆等硬件输入设备。

虚拟仿真实训系统环境是利用计算机虚拟现实技术、仪器设备、模型，以及利用场地、环境的布置，模仿出真实的工作环境、工作程序和动作要求，支持模拟生产、教学实训和考核鉴定等教学活动。虚拟仿真实训虚拟环境建设要求如下：以比较先进、具有代表性的真实实习实训环境为背景进行软件教学设计；根据真实职业岗位活动组织，设计虚拟仿真单元；具有漫游、操作、交流、互动设计；强调环境的现实性、超前性与教学性。满足虚拟仿真环境要求；背景基地的生产服务活动应能覆盖教学内容；根据技能教学要求，对基地相关设施设备应能实现激活操作；嵌入必要的教学属性；设计智能化考试考核平台。

四、虚拟仿真教学在中职学校的基础应用

短期内投入大量的人财物力建立起是完备的虚拟仿真实训系统和虚拟仿真实训环境是不现实的。就目前而言，作为将虚拟仿真教学推广于中职学校，促使教学质量提升行之有效的手段是建立针对专业职业技能的虚拟仿真实训室以及大量采用虚拟仿真软件。以上两者能在减少各项投资的情况下快速实现虚拟仿真教学，实现其在中职学校教学的基础应用。

（一）虚拟仿真软件在中职学校的基础应用

焊接是电子制冷专业学生必须掌握的技能。我们可以采用虚拟仿真教学软件，首先将呆板的文字内容做成形象的动画反映提升操作的真实性生动演示。并通过计算机软件将实际操作的点火过程中氧气和乙炔开关的打开步骤的次序及大小，焊枪的点燃虚拟仿真，学生使用鼠标无限重复的模拟练习。并以此作为实操前的虚拟考核。此外还把各种不正确的操作和有可能可预见性危险，运用声光控技术以身临其境的冲击效果微妙微翘的警示出来。这样的过程既高效又安全，不涉及明火和危险气体的使用，不会造成耗材的过度消费，经过虚拟仿真教学软件教学、考核合格后进入实操将大大提升实操的成功性和培养技能有效性，教师也从安全顾虑解脱出，分散过度的关注课堂安全精力。从而改变传统的培养模式：教师对着面对二维平面教科书的学生口述所有操作细节，既理论又抽象。过后凭着模糊的记忆进入实训室实操练习，伴随着燃烧气体和火的使用危险性等不可预见性的安全因素进行。同时实操焊接对耗材产生极大的浪费，对于培养效果大打折扣。

电子线路是电子应用与维修专业中的基础学科，每届学生一次实操下来学校实训室的实物实训台基本废掉了，学生却依旧学得懵懵懂懂。通过虚拟仿真教学软件比如Multisim、Proteus、Tina和Electronic  workbench等等。对于单个元件的学习通过虚拟仿真软件人为设置各类试验参数进行不限次数的测试，直观地展现在电路中的表现，此乃是实际电路不可比拟的避免真实通电的危险性，元件和器材因为人为因素误操作造成的不可逆转的损坏。除此以外还可以人为在软件上虚拟仿真出非正常条件的错误，用于警示教学作用加深学生记忆。再者复杂的电路通过节点的仿真虚拟的示波器展示结点直观电流电压，分析信号输出等等，这就大大减少精密实训器械的反复投入以及高昂器材的损坏，提升培养效果。

此外，计算机专业的网络搭建课程同样可以通过虚拟仿真软件来搭建、联网、参数的设定、虚拟的运行测试的局域网，不需要对过多的占用空间，花大量经费采购实体服务器、交换机、路由器等，对学习有效性更是事半功倍的。

（二）虚拟的仿真实训室在中职学校的基础应用

职业教育从某种意义上说是职前培训，最大特色是“职业仿真”，如果把学生关在教室里读那几本书，是完全学不到专业技能的，那样职业教育就是一句空话，是失败的。通过虚拟仿真实训室的建立让学生在三年中职系统学习的过程中真切感受职场文化，不断熟悉就业环境，必定对职业技能的巩固，提升毕业生的就业的信心，适应职场要求得心应手。

就汽养营销专业的同学而言，通过建立汽车销售售后服务4S店，把系统学习的职业礼仪、卖场布置、场景布设、前台接待、产品专业推介、装饰装潢、汽车保险等汽车销售的整过过程都可在虚拟模拟4S店中进行，学生可以通过场景设置，角色互换，扮演不同消费人群练习接待，尝试运用灵活的销售技巧。系统学习过程中，教师也可以针对特定的教学关节应用环境随时进行有针对性的教学。

计算机运行与维护专业同样可以建立以学校校园信息技术中心为依托，将校园计算机网络维护纳入虚拟仿真实训室，构筑以中心机房，校园网络实时监控，前台接待故障受理，故障排除任务组的实训室。平时对专业课程针对性的学习，课后对理论的实践提供空间，给予真实的职场就业环境。实训室的日常维护全部由学生独立完成，对于未能及时处理的问题，专业教师给予技术支撑。同时充分利用了校内资源保障了网络的流畅运行。

结语

中等职业学校培养与我国社会主义现代化建设要求相适应，德、智、体、美全面发展，具有综合职业能力，在生产、服务一线工作的高素质劳动者和技能型人才。他们应当热爱社会主义祖国，能够将实现自身价值与服务祖国人民结合起来；具有基本的科学文化素养、继续学习的能力和创新精神；具有良好的职业道德，掌握必要的文化基础知识、专业知识和比较熟练的职业技能，具有较强的就业能力和一定的创业能力；具有健康的身体和心理；具有基本的欣赏美和创造美的能力。虚拟仿真教学是通过模拟真实自然现象或社会现象，利用虚拟仿真现实技术把教学过程做成动画的形式，但是比动画多了更多的互动性和真实性。能在很大程度上弥补客观条件的不足，一方面可以弥补院校硬件设施不足的问题，打破传统的教学模式，另一方面虚拟现实互动性和创造性提高了学生上课的积极性，尤其是在一些实际操作性非常强的专业提供近似真实的训练环境，提高学生职业技能。虚拟仿真教学是一种新的科学研究手段和教学手段，延展了创新的想象空间，必将在未来的智能化教育领域中取得重大的发展。

参考文献

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[2]程思宁，耿强，姜文波，占永宁．虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践［J］．实验技术与管理，2013(07)．

[3]李松湘。虚拟仿真技术在电子技术课程教学中的应用研究[D].湖南师范大学，2012.

[4]严慧萍。虚拟仿真在中职实训教学中的应用研究[D].福建师范大学，2014.