郭士茹，王 輝，王誠林，孫詣博

(長春電子科技學院，長春 130114)

為完善教育部關(guān)于提高高校教育質(zhì)量的規(guī)范要求，各高校陸續(xù)開展虛擬仿真實驗教學建設，將虛擬仿真技術(shù)應用于教學工作中，構(gòu)建相應的教學中心，其涵蓋范圍較廣，包含醫(yī)、理、工等學科領(lǐng)域，實現(xiàn)了信息技術(shù)與學科專業(yè)的深度融合。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)于20世紀60年代出現(xiàn)，與傳感器技術(shù)、光學計算機、圖形學人工智能等領(lǐng)域關(guān)聯(lián)密切，隨著三維技術(shù)的發(fā)展，其應用效果不斷提高，為技術(shù)應用提供了有力支撐。當前，虛擬仿真技術(shù)以計算機為基礎，從聽覺、視覺、觸覺等方面進行一體化設計，在特定范圍內(nèi)形成了非常真實的虛擬環(huán)境，用戶可以在自然狀態(tài)下或借助設備等方式于虛擬環(huán)境中完成對象交互，以此獲得身臨其境的體驗感[1]。我國虛擬仿真技術(shù)始于20世紀90年代，與西方發(fā)達國家相比技術(shù)研究時間較短，在技術(shù)應用方面還存在一定的差距。我國對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用重視程度較高，制定了一系列與虛擬現(xiàn)實技術(shù)研發(fā)相關(guān)的規(guī)劃項目。

2 虛擬仿真技術(shù)在高校不同學科中的應用

2.1 理學教育領(lǐng)域

虛擬仿真技術(shù)應用在理學教育領(lǐng)域，根據(jù)教育要求構(gòu)建虛實結(jié)合的教學環(huán)境，搭建教學體系，為人才培養(yǎng)提供物質(zhì)支撐。虛擬仿真技術(shù)改變了傳統(tǒng)演示教學、教師宣講的方法，讓學生在虛擬環(huán)境中通過自主學習完成實驗任務，學生可以在任何時間、任何地點完成理學實驗預習，通過移動智能設備在教育平臺中下載學習資料，運用線上線下相結(jié)合的學習方式，使學生根據(jù)獲取的資源掌握實驗內(nèi)容，對實驗的理論知識有較深的理解，進而提高學生綜合能力[2]。

在傳統(tǒng)的物理、化學實驗教學中，受學生人數(shù)以及其他客觀因素影響，教學成本不斷提高，虛擬仿真技術(shù)的應用可以有效解決此類問題，將相應技術(shù)貫穿到實驗的各個環(huán)節(jié)中，對預習實驗活動具有較大幫助，使實驗預習、實驗后測試等環(huán)節(jié)有機關(guān)聯(lián)在一起，讓學生在虛擬仿真技術(shù)打造的環(huán)境下有身臨其境的感覺，引導學生預習和開展實驗，提高學生的實踐技能。

與傳統(tǒng)單一、理論與實驗結(jié)合不緊密的教學方法不同，虛擬仿真技術(shù)能夠應用在分子生物實驗教學中，為學生模擬真實的環(huán)境。海洋科學研究涉及內(nèi)容非常廣泛，生物、化學、物理知識均包含其中。由于海洋實驗的條件比較特殊，很多環(huán)境難以在實驗中展現(xiàn)出來，通過虛擬仿真技術(shù)可以模擬實驗對象與環(huán)境，打造實驗模塊并開展相應的實踐活動，為學生提供更加真實的學習環(huán)境，對學生理解知識內(nèi)容具有較大幫助。數(shù)字化模塊與虛擬仿真模塊是海洋地質(zhì)與海洋生物模擬環(huán)境的主要內(nèi)容，利用數(shù)字切片系統(tǒng)與數(shù)字化資源庫，可以打破時空限制，為學生學習提供大量數(shù)據(jù)。在仿真模塊內(nèi)可以按照虛擬實驗需要，為學生創(chuàng)造實驗環(huán)境，幫助學生掌握儀器操作原理和過程，讓學生更好地按照實驗操作步驟開展實踐，提高操作能力[3]。

2.2 工學教育領(lǐng)域

工學教育需要學生感受工作環(huán)境，這也是大部分院校工學專業(yè)對學生的要求。但是，受現(xiàn)實因素和教學條件的限制，很多工學專業(yè)學生無法較好地進行實踐鍛煉。虛擬仿真技術(shù)可以為學生提供石油鉆采機械、船舶操控設備等真實的操作環(huán)境，提升學生對機械設備的認識和操作水平。運用軟件制作模型，并通過視頻展示模型，充分調(diào)動學生的學習熱情，通過實踐操作加深學生對理論知識的理解程度。例如，通過虛擬仿真技術(shù)學生可以在可視化影像中，確定井下設備與石油鉆采設備的情況，評估相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，減輕石油工作者在井下作業(yè)的工作量，提高工作效率，保障生產(chǎn)安全[4]。

受現(xiàn)實因素的制約，學生缺少實踐體驗的機會。以海洋油氣作業(yè)為例，由于海洋勘探可能存在大量危險性因素，學校出于對學生安全方面的考慮，沒有提供讓學生參與實踐的機會，而通過虛擬仿真技術(shù)，可以利用海洋油氣工程虛擬仿真平臺為學生再現(xiàn)真實的工作場景，學生可以在相關(guān)場景中結(jié)合課上學習的理論知識參與實踐活動，提升實踐技能。又如，鋼鐵冶金操作要求多、生產(chǎn)工藝非常繁雜，單純的校內(nèi)實習無法滿足實際工作需要。運用虛擬仿真技術(shù)可以模擬生產(chǎn)期間的各項活動，使學生在虛擬仿真平臺中進行實踐，不會受到時間和場地的約束，可以反復研習。在此過程中，學生從被動學習變?yōu)橹鲃訁⑴c，通過積極參與實踐活動，提高了學生的思考能力、動手操作能力以及知識遷移能力。

2.3 醫(yī)學教育領(lǐng)域

虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域具有較高的應用價值，醫(yī)學包含的知識內(nèi)容較龐雜，是一門實踐性較強的學科，臨床實習與實驗操作貫穿于醫(yī)學教育的始終。實驗教學是醫(yī)學教育工作中的重要環(huán)節(jié)，學生應對醫(yī)學課程相關(guān)內(nèi)容具有清晰的認知。在傳統(tǒng)的醫(yī)學教育中，人體結(jié)構(gòu)一直無法直接展示，很多教學內(nèi)容也無法進行直觀體現(xiàn)，對學生深入掌握醫(yī)學知識造成了一定的阻礙。

部分醫(yī)學實驗存在成本高、危險性大的特點，因此學校開展實驗活動非常謹慎，導致實驗活動的數(shù)量有限。運用虛擬仿真技術(shù)可以動態(tài)展現(xiàn)診斷、護理等各個階段，通過人機交互的形式形象、生動展示人體結(jié)構(gòu)、疾病發(fā)生原理與演變過程，讓學生在真實的情境中學習和掌握醫(yī)學知識，提高教學質(zhì)量和效果。比如，在解剖學教學中，由于學校的標本資源數(shù)量過少導致很多學生無法獲得參與解剖標本的機會，而虛擬仿真技術(shù)的引入能夠通過構(gòu)建虛擬“數(shù)字人”，使學生在課堂中動態(tài)觀察解剖過程，掌握結(jié)構(gòu)形態(tài)與毗鄰關(guān)系。

3 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)可以在計算機以及其他技術(shù)的支撐下模擬實際環(huán)境，為教學活動的開展營造良好的氛圍與真實的實驗情境，解決資源不足、時空受限等問題，保障教學活動的順利開展。教育工作者應更新教學理念，優(yōu)化教學內(nèi)容，探索技術(shù)與教學融合的方法，圍繞課程要求、學科特點，打造虛實結(jié)合的課程體系，為實踐活動的開展提供支持。