摘? 要 以數(shù)字化技術(shù)為支撐，結(jié)合高職相關(guān)專業(yè)教學(xué)需求，開發(fā)各類虛擬仿真教學(xué)資源，是解決實驗實訓(xùn)設(shè)施不足、設(shè)備更新緩慢，解決實驗實訓(xùn)安全性問題的有效手段。實現(xiàn)虛擬教學(xué)資源與課程教學(xué)融合，促進課程教學(xué)質(zhì)量的提高，提升高職院校教育教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞 高職院校;虛擬仿真資源;教學(xué)資源;實驗實訓(xùn)

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）21-0056-03

1 引言

虛擬仿真教學(xué)資源開發(fā)以現(xiàn)代教育思想為依據(jù)，以現(xiàn)代教育技術(shù)為支撐，結(jié)合相關(guān)專業(yè)教學(xué)需求，是解決實驗實訓(xùn)設(shè)施不足、設(shè)備更新緩慢、實驗實訓(xùn)安全性問題的有效手段。在一些專業(yè)的實驗實訓(xùn)及綜合創(chuàng)新技能培養(yǎng)中，有一些是訓(xùn)練條件不具備或難以完成的教學(xué)內(nèi)容，如變電所高電壓設(shè)備的運行狀態(tài)巡視及倒閘作業(yè)，鐵路接觸網(wǎng)的安裝調(diào)試及運行維護，牽引供電系統(tǒng)的高電壓、大電流運行環(huán)境等真實訓(xùn)練環(huán)節(jié)，學(xué)生參與程度低;還有一些訓(xùn)練項目成本高、消耗大、不可逆、存在安全隱患等。利用虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)模擬仿真實際操作，實施“真實場景與虛擬仿真相結(jié)合”的教學(xué)模式，克服相關(guān)專業(yè)崗位面臨的高空、高壓、高速等危險帶來的實訓(xùn)困難，為實際操作積累經(jīng)驗，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為“教學(xué)做一體”提供了可實施性，也為高職院校培養(yǎng)高層次技術(shù)技能型人才發(fā)揮了重大作用。

2 開發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源的基本要求

虛擬仿真教學(xué)資源須具備兩項功能

1）解決實體實驗、實訓(xùn)條件不足的問題，利用虛擬技術(shù)滿足學(xué)生實驗、實訓(xùn)的需求;

2）配合教學(xué)資源庫建設(shè)，提供仿真、可視、交互的學(xué)習(xí)資料，為教師講解新知識、展示新技術(shù)，學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)新知識等提供參考資料。

虛擬教學(xué)資源須涵蓋三個層次

1）滿足講解演示、零部件認知需求的虛擬零件、虛擬裝置等。這類虛擬教學(xué)資源規(guī)模很小，涵蓋的知識點盡可能單一，僅具有基本的交互性。主要利用此類虛擬零件、虛擬裝置、虛擬工藝，講解、演示、認知一些微觀、不可見、不可拆解或高危裝置，或講解一項基本的加工工藝。

2）滿足單項實驗要求的資源包。結(jié)合項目課程中涉及的實驗項目，每個資源包能夠滿足一個實驗項目的訓(xùn)練需求。

3）滿足綜合實訓(xùn)要求的虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)某個關(guān)鍵能力的培養(yǎng)要求，提供綜合的、完整的、一體化的虛擬實訓(xùn)條件，如動車駕駛實訓(xùn)系統(tǒng)。

虛擬教學(xué)資源須滿足五個特性

1）獨立性。每個資源文件（包）都可以獨立存在和運行，并針對某個相對獨立的知識點、學(xué)習(xí)項目、能力訓(xùn)練項目等。對于小規(guī)模的虛擬教學(xué)資源，應(yīng)該能夠方便地導(dǎo)入教學(xué)資源庫并可以快速下載和調(diào)用。

2）高效性。每個資源文件（包）都可以方便地上傳到教學(xué)資源庫中，并可以快速下載和調(diào)用，能夠快速地響應(yīng)用戶操作，做出正確的交互反饋。

3）自主性。在虛擬仿真資源文件（包）中嵌入相關(guān)的輔助學(xué)習(xí)功能，如實驗指導(dǎo)、操作說明、錯誤提示、文字講解、音視頻講解等，方便學(xué)生對虛擬設(shè)備、實驗方法和步驟等進行自主學(xué)習(xí)和練習(xí)。

4）綜合性。對于綜合實訓(xùn)虛擬教學(xué)資源，不僅能夠涵蓋課程標準中的實訓(xùn)內(nèi)容，還要盡可能對實訓(xùn)結(jié)果進行自動記錄和判斷，指導(dǎo)學(xué)生糾正實驗錯誤的方法;不僅能進行實訓(xùn)教學(xué)，而且能對實訓(xùn)的質(zhì)量做出記錄和評估，便于實訓(xùn)績效的考核。

5）開放性。虛擬教學(xué)資源開始時要注意便于后期的升級和后繼資源的引入，在必要時也可以根據(jù)相應(yīng)需要進行單元的替換。提高資源的開放性，可以盡量降低后期維護、升級的成本。

3 虛擬仿真教學(xué)資源開發(fā)要求

虛擬仿真教學(xué)資源的開發(fā)原型選擇

1）在實際操作訓(xùn)練中所涉及的反復(fù)拆卸、不可觸摸、微觀、高壓和危險等操作，適合開發(fā)虛擬教學(xué)資源。

2）實驗實訓(xùn)設(shè)施數(shù)量不足，無法滿足項目教學(xué)要求，且購買新設(shè)備投資較大的，適合開發(fā)虛擬教學(xué)資源。

3）購置真實的實驗實訓(xùn)設(shè)備沒有足夠空間擺放，或者不宜布置成真實工作場景的，適合開發(fā)虛擬教學(xué)資源。

4）實驗實訓(xùn)過程中需要大量反復(fù)練習(xí)、消耗大量原材料、成本較高的，適合開發(fā)虛擬教學(xué)資源。

虛擬仿真教學(xué)資源開發(fā)的注意事項

1）虛擬教學(xué)資源建設(shè)要與課程內(nèi)容對接。虛擬仿真資源不能盲目建設(shè)，或者采用簡單購置的方式，應(yīng)該結(jié)合能力培養(yǎng)需求，與課程內(nèi)容對接，很好地支撐課程教學(xué)。在虛擬教學(xué)資源規(guī)劃建設(shè)時，應(yīng)該根據(jù)課程內(nèi)容和能力培養(yǎng)目標，明確每一個資源的規(guī)模、涵蓋的知識點、交互方式等。對于理論課、理實一體課程，要注重中小規(guī)模的虛擬演示資源包、虛擬實驗資源包的建設(shè);對于實踐課程，要注重虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。此外，虛擬教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)該能夠支撐精品資源共享課的資源建設(shè)，促進精品課程的網(wǎng)絡(luò)化、共享化。

2）虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)要與傳統(tǒng)教學(xué)資源對接。開發(fā)虛擬教學(xué)資源時，需要與傳統(tǒng)教學(xué)資源（文本、圖片、動畫、視頻等）對接，在整體規(guī)劃階段就要確定好哪些內(nèi)容使用傳統(tǒng)資源，哪些內(nèi)容使用虛擬教學(xué)資源，使虛擬教學(xué)資源與傳統(tǒng)教學(xué)資源相輔相成、相互補充。

3）虛擬教學(xué)資源建設(shè)要注意不同層次資源間的互補和重用。一方面要注重不同層次教學(xué)資源之間的互補，教學(xué)演示資源、單項實驗資源、綜合實訓(xùn)資源涵蓋的知識點、技能訓(xùn)練目標、要求要相互關(guān)聯(lián)、相互補充，又各有側(cè)重點;另一方面，在建設(shè)過程中考慮到節(jié)約投資、加快進度，要注重研究不同層次教學(xué)資源之間的重用性。比如要考慮已開發(fā)教學(xué)演示資源能夠用來制作實驗資源包，實驗資源包能否用來開發(fā)綜合實訓(xùn)虛擬教學(xué)資源。

4）虛擬教學(xué)資源應(yīng)該盡量仿真并體現(xiàn)真實工作環(huán)境。除了原理解釋型的虛擬教學(xué)資源，操作訓(xùn)練類、實體認知類的虛擬教學(xué)資源都應(yīng)該盡量仿真，與真實的實驗實訓(xùn)設(shè)備擁有盡量一致的顏色、標簽、質(zhì)感、操控界面，以方便學(xué)生快速地從虛擬教學(xué)資源轉(zhuǎn)移到真實的實驗實訓(xùn)設(shè)備。對于大型實訓(xùn)類虛擬教學(xué)資源，還需要在場景規(guī)劃、場景布置等方面盡量貼合真實的工作環(huán)境。

5）虛擬教學(xué)資源建設(shè)應(yīng)考慮二次開發(fā)問題。隨著技術(shù)更新、設(shè)備更替或者項目課程的改革，教學(xué)內(nèi)容和能力培養(yǎng)目標都會發(fā)生一定變化。因此在規(guī)劃和建設(shè)虛擬教學(xué)資源時，尤其是在確定每個虛擬教學(xué)資源的模塊大小和接口時，應(yīng)該考慮課程的動態(tài)變化，提高資源的可重用性，并盡量具備二次開發(fā)能力。

6）虛擬教學(xué)資源開發(fā)過程中要不斷測試和調(diào)整設(shè)計方案。由于虛擬教學(xué)資源開發(fā)工作量大，投資大，開發(fā)時間長，因此在起步階段不能求大求全、全面展開，可以先從某門課程、某個關(guān)鍵能力培養(yǎng)、某個實訓(xùn)設(shè)備出發(fā)，由點帶面，逐步展開。開發(fā)過程中不斷對已完成的工作進行測試，及時找出問題并修改，可以根據(jù)開發(fā)和測試過程中遇到的問題調(diào)整原規(guī)劃設(shè)計方案。

虛擬仿真教學(xué)資源交互措施的選擇? 對于實體認識類虛擬教學(xué)資源，可以僅具有旋轉(zhuǎn)、移動、縮放等基本的交互措施;對于規(guī)模較大的實驗、實訓(xùn)虛擬教學(xué)資源，應(yīng)盡量采用下面的交互措施。

1）真實設(shè)備、虛擬操作。采用計算機虛擬控制界面，通過虛擬的控制臺遙控遠端真實的實驗設(shè)備和控制系統(tǒng)，進行編程、校對、啟停、測試、監(jiān)控等操作;同時，計算機采集遠端數(shù)據(jù)，在虛擬系統(tǒng)中生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)、圖像。比如為避免直接操作高壓供電設(shè)備產(chǎn)生危險，學(xué)生可以利用虛擬系統(tǒng)進行遠端遙控，同時觀察真實設(shè)備的操作情況進行學(xué)習(xí)。

2）虛擬設(shè)備、真實操作。控制臺是仿真的或者是真實的，但是被操控的設(shè)備是由計算機虛擬出來的，學(xué)生通過真實的操作臺、操作界面，控制計算機中的虛擬設(shè)備，進行編程、校對、啟停、測試、監(jiān)控等操作;同時，計算機根據(jù)學(xué)生的操作實時生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)、圖像、動畫。典型的應(yīng)用就是動車模式駕駛系統(tǒng)。

3）虛擬設(shè)備、虛擬操作。所有實驗相關(guān)的設(shè)備、操作界面、操作條件等都用計算機來模擬，并以文字、圖形或動畫方式交互顯示。這種方式只使用一臺計算機就可以模擬一個或多個完整的設(shè)備和操作，實驗室占地小、投資少，資源的可重復(fù)利用率高。它不僅可以控制學(xué)習(xí)情境的復(fù)雜度和逼真度，還可以弱化甚至剔除真實情境中無關(guān)的干擾因素;學(xué)生可以“隨機進入”，身臨其境地進行實時操作。但是要注重提高仿真的程度，讓學(xué)生不僅可以“做”，還可以“親身體驗”。

4 開發(fā)虛擬仿真教學(xué)資源的基本步驟

1）學(xué)校根據(jù)相關(guān)專業(yè)虛擬教學(xué)資源建設(shè)計劃，科學(xué)規(guī)劃，制訂年度虛擬教學(xué)資源開發(fā)計劃。

2）相關(guān)專業(yè)帶頭人、骨干教師、企業(yè)工程師聯(lián)合提出虛擬教學(xué)資源建設(shè)方案，并在專業(yè)內(nèi)論證，重點論證虛擬教學(xué)資源的數(shù)量、體系完整性、與教學(xué)需求的結(jié)合程度、交互性、制作手段等。論證結(jié)束后提交論證報告。

3）以專業(yè)為單位，聘請校外專家，開展虛擬教學(xué)資源的論證報告會，重點論證建設(shè)投資、建設(shè)時限、建設(shè)可行性、不同教學(xué)資源模塊之間的整合與取舍等，并提交論證報告。

4）校企合作，開展虛擬教學(xué)資源建設(shè)。根據(jù)企業(yè)的人才需求確定專業(yè)培養(yǎng)目標，根據(jù)相關(guān)專業(yè)典型工作崗位的職業(yè)能力要求確定教學(xué)內(nèi)容，最終實現(xiàn)“教學(xué)活動與生產(chǎn)過程相通”。并根據(jù)相關(guān)專業(yè)主要技術(shù)工種的技能要求設(shè)置技能訓(xùn)練內(nèi)容，按照專業(yè)特有工種的技能標準進行訓(xùn)練考核，拓展實踐領(lǐng)域、豐富教學(xué)內(nèi)容，提供綠色、可靠、安全和經(jīng)濟的訓(xùn)練項目。

5）虛擬教學(xué)資源的驗收。評價虛擬教學(xué)資源的優(yōu)劣主要從制作手段（采用的開發(fā)軟件、系統(tǒng)平臺、可移植性等）、資源數(shù)量、體系完整性、操作靈活性、交互性、可管理性以及對學(xué)生的可考核性上著手。

5 結(jié)語

虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)，相關(guān)專業(yè)要堅持“科學(xué)規(guī)劃，共享資源，突出重點，持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，針對人才培養(yǎng)模式、課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等進行一系列教育教學(xué)改革，使教學(xué)資源建設(shè)見成效、見特色。虛擬仿真教學(xué)為提高學(xué)生的基本能力、專業(yè)能力、職業(yè)能力及學(xué)習(xí)質(zhì)量與技能水平起到積極的推動作用，同時促進了相關(guān)專業(yè)的內(nèi)涵發(fā)展和人才培養(yǎng)水平的提升。

參考文獻

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*資助項目：山東職業(yè)學(xué)院教育教學(xué)改革立項項目“高職院校信息化條件下的混合式教學(xué)模式的研究”。

作者：趙永君，山東職業(yè)學(xué)院，教授，從事高職教育教學(xué)及研究工作（250104）。