遼寧建筑職業(yè)學(xué)院自動(dòng)控制系 楊中興

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)在電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

遼寧建筑職業(yè)學(xué)院自動(dòng)控制系 楊中興

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)是教育信息化領(lǐng)域的前沿研究方向，也是一種重要的輔助教學(xué)工具。以我校自主設(shè)計(jì)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) “虛擬電子科技有限公司”為例，介紹虛擬仿真在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中典型應(yīng)用案例。從理論層面，探究虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的必要性和可行性。

虛擬仿真；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；資源貢獻(xiàn)

1.引言

在職業(yè)教育中，實(shí)訓(xùn)教學(xué)的好壞對(duì)學(xué)生職業(yè)素質(zhì)具有重要作用。實(shí)訓(xùn)教學(xué)在激發(fā)學(xué)生自主性和能動(dòng)性的同時(shí)，可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。但是傳統(tǒng)的實(shí)體型實(shí)訓(xùn)教學(xué)往往存在著實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)、課程內(nèi)容滯后、實(shí)訓(xùn)師資缺乏等具體問題。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)則通過(guò)模擬一個(gè)逼真的虛擬學(xué)習(xí)和訓(xùn)練環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺等感官接收和處理學(xué)習(xí)內(nèi)容。將虛擬仿真系統(tǒng)引入高職教學(xué)，可以改善學(xué)習(xí)條件，提高學(xué)習(xí)效率，降低教師工作量，促進(jìn)教育的信息化。隨著虛擬仿真技術(shù)的逐步成熟，虛擬仿真教學(xué)在高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。本文以應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)為例，探討我校自主設(shè)計(jì)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在電子技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用過(guò)程。

2.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)

虛擬仿真是一種新型的教學(xué)形式，它利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真或虛構(gòu)情境，供學(xué)生觀察、操作、建構(gòu)其中的對(duì)象，使他們獲得類似真實(shí)的體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而更牢固地掌握知識(shí)理論體系或者獲得某種技能的資源。虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)可基于真3D或者偽3D構(gòu)建，具有“沉浸性”和“交互性”，并具有“泛在學(xué)習(xí)”特點(diǎn)。

我校自主設(shè)計(jì)開發(fā)了一套服務(wù)于電子信息技術(shù)專業(yè)大類的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。所有教學(xué)和實(shí)訓(xùn)點(diǎn)以“虛擬電子科技有限公司”為載體，以典型電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)為主線，涵蓋了技術(shù)部、規(guī)劃部、生產(chǎn)部、質(zhì)檢部、設(shè)備維護(hù)部、元器件庫(kù)、儀器儀表庫(kù)、學(xué)習(xí)島八大模塊。其中，前五個(gè)模塊為功能模塊，每個(gè)模塊下有對(duì)應(yīng)的崗位和任務(wù)，并覆蓋相應(yīng)的教學(xué)點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)點(diǎn)；后三個(gè)模塊為教學(xué)輔助模塊，學(xué)生可以在使用過(guò)程中隨時(shí)調(diào)取并學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。實(shí)訓(xùn)過(guò)程的情節(jié)驅(qū)動(dòng)以典型電子產(chǎn)品為線索，向?qū)W生完整展現(xiàn)一款電子產(chǎn)品從原理設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)前準(zhǔn)備、生產(chǎn)加工、質(zhì)量檢測(cè)，到電子生產(chǎn)線大型生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)的全過(guò)程。讓學(xué)生在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)下，完成真實(shí)環(huán)境難以實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知和實(shí)踐過(guò)程，從而提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解和綜合運(yùn)用程度[1]。

3.教學(xué)應(yīng)用

下面以應(yīng)用電子專業(yè)生產(chǎn)型實(shí)訓(xùn)為例，對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用作介紹和分析。

在貼片機(jī)設(shè)備教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)所覆蓋的教學(xué)點(diǎn)包括操作步驟演示、操作方法演示、偶發(fā)事件演示、錯(cuò)誤操作結(jié)果演示等。例如，錯(cuò)誤操作結(jié)果演示，這種演示具有強(qiáng)烈的刺激作用，可使學(xué)生產(chǎn)生深刻的記憶。演示功能可實(shí)現(xiàn)如下教學(xué)效果：使操作者熟悉操作程序；使操作者了解操作過(guò)程邏輯關(guān)系；使操作者高度重視安全操作與安全生產(chǎn)；使操作者牢記現(xiàn)場(chǎng)誤操作所帶來(lái)的嚴(yán)重后果[2]。圖1所展示的是虛擬貼片機(jī)操作界面截圖。

互動(dòng)操作功能是虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中最重要的一種應(yīng)用方式，其目的是讓受訓(xùn)者按照某種操作規(guī)范學(xué)習(xí)、掌握規(guī)定的操作技能，達(dá)到可以上崗操作的目的。以“虛擬電子科技有限公司”質(zhì)檢崗為例，本崗位完全依據(jù)真實(shí)電子生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)檢崗設(shè)計(jì)，以典型電子產(chǎn)品重錘料位計(jì)的出廠前質(zhì)量檢驗(yàn)為線索設(shè)計(jì)教學(xué)點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)點(diǎn)，在本崗位可學(xué)習(xí)和操作通用的質(zhì)量檢測(cè)方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件，學(xué)生完成所有任務(wù)和考核內(nèi)容即可基本具備質(zhì)檢崗位上崗資格。

圖1 虛擬貼片機(jī)操作界面

圖2 虛擬仿真的質(zhì)檢崗截圖

傳統(tǒng)的實(shí)體實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所學(xué)生人數(shù)多、實(shí)訓(xùn)設(shè)備有限、實(shí)訓(xùn)過(guò)程難以讓每個(gè)學(xué)生反復(fù)操練、重要故障問題難以再現(xiàn)，以及實(shí)訓(xùn)所需設(shè)備成本高、操作不當(dāng)易損壞等問題，在引入虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)后得到了很好的解決。

4.教學(xué)效果分析

通過(guò)課堂觀察發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課相比，在虛擬仿真教學(xué)中，學(xué)生的注意力明顯集中，表現(xiàn)出更大的學(xué)習(xí)興趣，也能提出更多有針對(duì)性的問題。虛擬仿真系統(tǒng)提供逼真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，寓教于樂，富有趣味性，可實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，反復(fù)練習(xí)，泛在學(xué)習(xí)。

5.結(jié)語(yǔ)

虛擬演示、虛擬操作、虛擬體驗(yàn)、虛擬考核，是虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的四大特點(diǎn)。當(dāng)前，教育信息化和現(xiàn)代化已是大勢(shì)所趨，虛擬仿真教學(xué)的廣泛普及是職業(yè)教育信息化的必然要求。虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用，都應(yīng)該以學(xué)生為中心，為教學(xué)服務(wù)，才能達(dá)到教學(xué)過(guò)程的最優(yōu)化，即在一定的教學(xué)條件下尋求合理的教學(xué)方案，使師生花最少的時(shí)間和精力獲得最好的教學(xué)效果[3]。

[1]吳涓,孫岳民,雷威等.東南大學(xué)機(jī)電綜合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)規(guī)劃思路與進(jìn)展[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2014,10(31):5-9.

[2]孫愛娟.職教領(lǐng)域虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用探討[J].中國(guó)電化教育,2012,11:109-112.

[3][蘇]巴班斯基.教學(xué)過(guò)程最優(yōu)化——一般教學(xué)論方面[M].人民教育出版社,2007.

中國(guó)建設(shè)教育協(xié)會(huì)“職稱委”“遼寧建設(shè)職業(yè)教育集團(tuán)”專項(xiàng)2016年度重點(diǎn)課題“虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)與研究”（課題編號(hào)：ZJX2016JT02ZD）。

楊中興（1982－），現(xiàn)供職于遼寧建筑職業(yè)學(xué)院自動(dòng)控制系，專業(yè)方向應(yīng)用電子技術(shù)。