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篇1

文章編號(hào)：1671-489X（2016）10-0021-04

Construction of Mechanical and Electrical Virtual Simulation Experiment Teaching Center//LI Jifang， XIE Huomu， SUN Daoheng， ZHUO Yong， XU Yingjie

Abstract To train students’ comprehensive design and innovation ability， we share quality teaching resources and improve the experimental training and teaching system for undergraduates in Xiamen University. Relying on technology as virtual reality， multimedia， HCI， databases， and network communication， we practically construct the mechanical and electrical virtual simulation experiment teaching center. Based on combination of virtual and real （preferring real once it is available）， we focus on construction of virtual simulation teaching resources， virtual simulation platform and the teaching team.

Key words mechanical and electrical engineering； virtual simu-lation； experimental teaching center

1 引言

在機(jī)電類學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)以及綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)中，有一些是真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)內(nèi)容，如機(jī)械設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易觀察；有一些是真實(shí)實(shí)踐訓(xùn)練學(xué)生參與程度低、成本高的內(nèi)容，如機(jī)床拆裝、復(fù)雜模具裝配等；還有一些實(shí)踐訓(xùn)練高危、消耗大、不可逆。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間有限、設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足、學(xué)生課上實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)時(shí)間受限、教學(xué)資源緊張等問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合高等教育信息化建設(shè)開(kāi)展機(jī)電類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革，成為克服實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)技術(shù)困難的一條重要途徑[1]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容。2013年，教育部根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011―2020年）》，決定開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。

廈門大學(xué)機(jī)電工程訓(xùn)練中心是省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，面向全校16個(gè)專業(yè)對(duì)約2000名本科生開(kāi)設(shè)機(jī)械技術(shù)實(shí)踐訓(xùn)練和電氣技能實(shí)踐訓(xùn)練的課程，年實(shí)驗(yàn)人時(shí)數(shù)超過(guò)10萬(wàn)。另外，省級(jí)測(cè)控技術(shù)及儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心承擔(dān)學(xué)院機(jī)電類各專業(yè)約300名本科生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。

隨著學(xué)校機(jī)電類多學(xué)科的發(fā)展，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求不斷擴(kuò)大，為了全面培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和提高實(shí)踐能力，共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，進(jìn)一步完善本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以及滿足可持續(xù)發(fā)展的需要，學(xué)校在機(jī)電工程訓(xùn)練中心和測(cè)控技術(shù)及儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心兩個(gè)省級(jí)示范中心的基礎(chǔ)上，整合機(jī)電類相關(guān)學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和人力資源，按照國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)要求，組建“廈門大學(xué)機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”。中心以建設(shè)和共享信息化優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，開(kāi)發(fā)大量虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)資源，搭建網(wǎng)絡(luò)信息化管理平臺(tái)，逐漸形成校內(nèi)全部開(kāi)放、校外預(yù)約開(kāi)放的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，取得較大效益和成果。2013年12月，廈門大學(xué)機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心入選首批100個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)工作主要體現(xiàn)在以機(jī)電類虛擬仿真資源的建設(shè)為核心、以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)為支撐以及加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)三個(gè)方面。

2 以機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)為核心

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)理念 機(jī)電類專業(yè)具有實(shí)踐性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生工程能力培養(yǎng)要求高的專業(yè)特點(diǎn)。廈門大學(xué)機(jī)電類專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心規(guī)劃建設(shè)上以達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)目的為基本要求，以提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨，以實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能為建設(shè)重點(diǎn)，明確虛擬實(shí)驗(yàn)的定位，確立了“虛實(shí)結(jié)合，注重基礎(chǔ)，融入前沿，開(kāi)放共享”的建設(shè)理念。以“虛”來(lái)加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)踐動(dòng)手操作的聯(lián)系，以“實(shí)”來(lái)提高學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，注重學(xué)生基礎(chǔ)性實(shí)踐技能的培養(yǎng)。建設(shè)資源滿足反復(fù)練習(xí)、強(qiáng)化記憶的功能。充分利用本學(xué)科教師前沿的研究成果轉(zhuǎn)化成虛擬仿真教學(xué)資源，讓學(xué)生接觸到本學(xué)科前沿技術(shù)，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。充分利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)開(kāi)放共享，學(xué)生可以24小時(shí)隨時(shí)訪問(wèn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，滿足更多學(xué)生在平臺(tái)下自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)需求。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的延伸和有效補(bǔ)充，它可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的不足，可以豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵，帶動(dòng)實(shí)踐教學(xué)模式的創(chuàng)新。虛擬仿真還可以輔助理論教學(xué)，使之成為理論學(xué)習(xí)的重要輔助手段。理論教學(xué)中抽象的、難以理解的內(nèi)容可以通過(guò)虛擬仿真的形式展現(xiàn)出來(lái)，易于學(xué)生的學(xué)習(xí)與掌握。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)深刻影響教師教學(xué)授課方式，帶動(dòng)專業(yè)建設(shè)與改革；可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，增強(qiáng)教學(xué)效果[2]。

中心基于多年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究積累，在建設(shè)上充分利用機(jī)電類學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮教師的自主研發(fā)能力，并積極利用合作企業(yè)的開(kāi)發(fā)能力和支持服務(wù)能力建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。多種形式的資源建設(shè)途徑為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了可持續(xù)發(fā)展的思路，校園網(wǎng)寬帶技術(shù)的支撐為可持續(xù)發(fā)展提供了物質(zhì)保證，優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊(duì)及合作企業(yè)為教學(xué)資源的建設(shè)提供了技術(shù)保證，校企合作模式可保證新教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)和資源的維護(hù)更新，并進(jìn)一步豐富教學(xué)內(nèi)容。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建 中心在深入研究機(jī)電類包含的機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)及儀器、電氣工程及其自動(dòng)化以及飛行器動(dòng)力工程等機(jī)電類專業(yè)本科生培養(yǎng)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，圍繞“卓越工程師計(jì)劃”，瞄準(zhǔn)“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高質(zhì)量工程應(yīng)用型人才和選拔科學(xué)研究型人才”目標(biāo)，在充分分析現(xiàn)有真實(shí)實(shí)驗(yàn)資源的基礎(chǔ)上，本著“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的原則，構(gòu)建了機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。

在機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，采取階梯遞進(jìn)式教學(xué)方式，在建設(shè)中把虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容分為三個(gè)實(shí)踐層次：一是以強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)技能為主導(dǎo)的實(shí)踐層次；二是以強(qiáng)化專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)技能為主導(dǎo)的實(shí)踐層次；三是以強(qiáng)化學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力為主導(dǎo)的實(shí)踐層次。通過(guò)建設(shè)和整合，各種形式的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源構(gòu)成了既層次分明、各有側(cè)重，又相互滲透、互相促進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)體系。

圖1所示是中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)架構(gòu)圖。其中，專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)類實(shí)驗(yàn)資源有15項(xiàng)，專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)類實(shí)驗(yàn)資源有14項(xiàng)，綜合創(chuàng)新實(shí)踐類實(shí)驗(yàn)資源有12項(xiàng)。

第一層次：以強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)技能為主導(dǎo)的實(shí)踐層。該層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置以機(jī)電類相關(guān)的基礎(chǔ)課程為主，包括電工學(xué)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用、機(jī)床數(shù)控技術(shù)訓(xùn)練、數(shù)控切削技術(shù)訓(xùn)練、數(shù)控銑削技術(shù)訓(xùn)練等必修課程的實(shí)訓(xùn)。

這一類資源為軟件共享資源，不帶有實(shí)物對(duì)象，構(gòu)建了高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，包括電氣技術(shù)實(shí)踐訓(xùn)練、數(shù)控技術(shù)實(shí)踐訓(xùn)練、電子技術(shù)實(shí)踐訓(xùn)練以及模具設(shè)計(jì)與制造4個(gè)實(shí)訓(xùn)門類共15門課程。這部分資源與機(jī)電工程訓(xùn)練中心從資源配置上充分體現(xiàn)了虛擬結(jié)合、相互補(bǔ)充的原則，其中一部分課程可補(bǔ)充目前實(shí)踐訓(xùn)練所缺乏的參與程度低、成本高的部分，如模具拆卸與組裝、數(shù)控機(jī)床機(jī)械安裝等課程；一部分課程可作為真實(shí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的訓(xùn)前準(zhǔn)備課程，這部分課程可減少真實(shí)實(shí)訓(xùn)的高消耗，如數(shù)控切削技術(shù)訓(xùn)練、數(shù)控銑削技術(shù)訓(xùn)練課程。

該層次的建設(shè)目的是讓學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)機(jī)電類專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，掌握基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)技能，深化理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，加強(qiáng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。

第二層次：以強(qiáng)化專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)技能為主導(dǎo)的實(shí)踐層。該層次的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置以機(jī)電類相關(guān)的專業(yè)課程為主，構(gòu)建幾個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

1）基于虛擬儀器技術(shù)建設(shè)的可遠(yuǎn)程訪問(wèn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，屬于儀器共享資源，含有信號(hào)與系統(tǒng)及傳感器原理兩門課程資源，共建設(shè)了15個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，輔助理論教學(xué)，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2）工業(yè)機(jī)器人一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，選取國(guó)內(nèi)外主流品牌的典型工業(yè)機(jī)器人，以真實(shí)的工程應(yīng)用項(xiàng)目為背景，基于真實(shí)的工作過(guò)程，構(gòu)建集課程資源包、虛擬仿真軟件、實(shí)物機(jī)器人為一體的“理、虛、實(shí)”一體化的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可完成包括示教編程、離線編程、維護(hù)保養(yǎng)、裝調(diào)維修、綜合應(yīng)用在內(nèi)的全方位教學(xué)與實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)課程作為電氣、自動(dòng)化、測(cè)控專業(yè)一門典型的應(yīng)用型課程，正面臨從傳統(tǒng)的PLC編程教學(xué)，向項(xiàng)目引導(dǎo)、實(shí)踐型、工程化、開(kāi)放性方向靠攏，實(shí)驗(yàn)室總是存在空間有限、資源有限的問(wèn)題。中心自主建設(shè)大量工業(yè)虛擬仿真被控對(duì)象，同時(shí)積極引進(jìn)國(guó)內(nèi)外成熟的生產(chǎn)流水線的教學(xué)對(duì)象，充分重視虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的真實(shí)感、可操作性，解決了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的瓶頸問(wèn)題，促使教學(xué)方式方法改革，提供全開(kāi)放學(xué)習(xí)環(huán)境，有效節(jié)約教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

另外，對(duì)機(jī)電類專業(yè)的一些核心專業(yè)課程，充分利用教師的教研成果，轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，豐富了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

該層次的建設(shè)目的是讓學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，掌握專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力與團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生還可以綜合運(yùn)用多門課程知識(shí)實(shí)現(xiàn)完整應(yīng)用，逐步建立系統(tǒng)的概念。

第三層次：以強(qiáng)化學(xué)生綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主導(dǎo)的實(shí)踐層。該層次的資源設(shè)置主要圍繞完成綜合性實(shí)驗(yàn)，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)完成虛擬仿真創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。另外，參加各種層次學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐大賽完成科研方法訓(xùn)練。在這一層次的教學(xué)中，中心設(shè)立獨(dú)立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為創(chuàng)新活動(dòng)提供指導(dǎo)，提供儀器設(shè)備和場(chǎng)所。采用開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室管理方式，實(shí)驗(yàn)室全天對(duì)學(xué)生開(kāi)放，有專任指導(dǎo)教師給予指導(dǎo)和服務(wù)。

該層次的建設(shè)目的是讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)技能和專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能后，充分利用綜合類實(shí)驗(yàn)資源，對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力和科研方法訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情和參與創(chuàng)新活動(dòng)的積極性。

3 以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為支撐

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境，在廣泛的學(xué)科領(lǐng)域提供更多的虛擬和仿真體驗(yàn)，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程和成果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)支撐教學(xué)資源的開(kāi)放，包括支持虛擬資源的在線開(kāi)放、虛擬與真實(shí)的結(jié)合開(kāi)放。平臺(tái)還應(yīng)具有良好的交互特性，如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的在線收集與成績(jī)?cè)u(píng)判等。

廈門大學(xué)機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心目前已有成熟的信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，一方面擁有獨(dú)立的門戶網(wǎng)站，能實(shí)現(xiàn)中心概況、實(shí)時(shí)新聞、中心動(dòng)態(tài)、全部課程介紹等信息的；另一方面建設(shè)有遠(yuǎn)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程開(kāi)放、學(xué)生選課、遠(yuǎn)程答疑、作業(yè)提交批改等教學(xué)管理功能。中心特別配套有專門高性能服務(wù)器，以滿足信息化平臺(tái)對(duì)性能及穩(wěn)定性的要求。校園門戶網(wǎng)站對(duì)校內(nèi)外公布虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息，提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)鏈接等相關(guān)服務(wù)。

教學(xué)資源集成在遠(yuǎn)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可開(kāi)展網(wǎng)上學(xué)習(xí)、考試、評(píng)價(jià)和互動(dòng)交流等活動(dòng)。平臺(tái)提供不同的權(quán)限。

1）學(xué)生通過(guò)賬號(hào)、密碼由學(xué)生端登錄系統(tǒng)，完成學(xué)習(xí)、閱讀公告、自我測(cè)試、上傳作業(yè)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目練習(xí)、在線提問(wèn)、討論等內(nèi)容。

2）教師可通過(guò)賬號(hào)密碼登錄教師端，完成公告、授課、報(bào)告評(píng)判等授課行為。針對(duì)不同的學(xué)習(xí)群體，可以設(shè)置不同實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，組織學(xué)習(xí)與培訓(xùn)，并可以實(shí)時(shí)查看學(xué)員的學(xué)習(xí)次數(shù)及學(xué)習(xí)效果；針對(duì)總體情況，靈活調(diào)整個(gè)性化學(xué)習(xí)方案。平臺(tái)集學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、考試、評(píng)價(jià)、管理功能于一體，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的在線網(wǎng)絡(luò)化。

3）教務(wù)管理人員通過(guò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人員管理、教務(wù)管理等功能。

4）教學(xué)平臺(tái)的運(yùn)行與維護(hù)由負(fù)責(zé)后臺(tái)管理的技術(shù)員完成，包括賬號(hào)管理、權(quán)限設(shè)置以及實(shí)驗(yàn)?zāi)０骞芾怼?/p>

虛擬仿真應(yīng)用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。它營(yíng)造了“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學(xué)”的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)。學(xué)生可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)24小時(shí)操作，徹底打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室時(shí)間與空間的限制，在保證教學(xué)效果的前提下，極大地節(jié)省了成本。

4 加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

中心在建設(shè)過(guò)程中著力建設(shè)成了一支教學(xué)、科研、技術(shù)人員相結(jié)合，核心骨干人員相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，形成一支教育理念先進(jìn)、學(xué)術(shù)水平高、教學(xué)科研能力強(qiáng)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、勇于創(chuàng)新的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理隊(duì)伍。中心設(shè)置主任1人、副主任2人，并成立了機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心發(fā)展委員會(huì)。本中心學(xué)科專業(yè)教師與信息技術(shù)研發(fā)人員配置合理，有專業(yè)教師36名（專任教師兼職為主），其中教授7人、副教授12人、助理教授17人，負(fù)責(zé)課程制定和教授；工程技術(shù)人員38

名，高級(jí)工程師6人，工程師32人，其中實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)及資源維護(hù)25人，網(wǎng)絡(luò)資源管理團(tuán)隊(duì)5人，負(fù)責(zé)網(wǎng)站建設(shè)、信息、課程教務(wù)管理；研發(fā)團(tuán)隊(duì)8人，與合作企業(yè)配合，能根據(jù)課程需要完成網(wǎng)絡(luò)課程資源的開(kāi)發(fā)、維護(hù)及更新。

中心借助廈門大學(xué)現(xiàn)有青年教師人才培養(yǎng)計(jì)劃的政策優(yōu)勢(shì)、平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)吸取寶貴經(jīng)驗(yàn)，積極拓寬人才培養(yǎng)渠道，進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬仿真和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面青年教師人才的培養(yǎng)力度。

5 結(jié)語(yǔ)

廈門大學(xué)機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通過(guò)虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)推廣，達(dá)到了以下效果。

1）實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的大范圍共享，可供本校全校學(xué)生共享和部分校際共享。

2）豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，利用更形象、直觀的教學(xué)手段進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了教學(xué)效果。

3）豐富了實(shí)踐教學(xué)手段，通過(guò)三維虛擬現(xiàn)實(shí)的動(dòng)畫(huà)演示、手工操作，增強(qiáng)了教學(xué)過(guò)程的真實(shí)性，引導(dǎo)學(xué)生能夠親自參與各種實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高了動(dòng)手操作能力。

篇2

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；土木工程；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；

作者簡(jiǎn)介：徐明(1972—)，男，黑龍江大慶，博士，研究員級(jí)高級(jí)工程師，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心副主任，主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)技術(shù)

1土木工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)

土木工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)具有行業(yè)的特殊性。

(1)空間體量巨大。土木工程的服務(wù)對(duì)象是建筑物、橋梁、隧道，一般體量巨大。現(xiàn)在世界最高的建筑物高度超過(guò)800m，橋梁的最大跨度達(dá)1991m，超高層建筑物的單根柱子、單根樁基的承載能力上萬(wàn)噸。進(jìn)行這些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的實(shí)體實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的，即使是縮尺實(shí)驗(yàn)，也存在實(shí)驗(yàn)構(gòu)件及加載設(shè)備體量大、實(shí)驗(yàn)環(huán)境惡劣、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高的問(wèn)題，限制了學(xué)生的參與。

(2)施工周期長(zhǎng)。土木工程的建設(shè)周期一般比較長(zhǎng)，世界最高建筑物———迪拜塔的建設(shè)歷時(shí)6年，通常一幢普通的住宅樓施工工期也需要1年以上。由于時(shí)間的限制，學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)無(wú)法得到工程建設(shè)全過(guò)程的體驗(yàn)。

(3)工程參與方多。土木工程存在不同的建設(shè)參與方(建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方等)，在學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)過(guò)程中，往往只能體驗(yàn)其中某一方的工作，無(wú)法從不同參與方的視角去感受和經(jīng)歷工程。

(4)危險(xiǎn)性高。土木工程實(shí)驗(yàn)很多是破壞性試驗(yàn)，并且是脆性破壞，具有一定的突然性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全問(wèn)題十分突出。同時(shí)，由于施工現(xiàn)場(chǎng)工序復(fù)雜、人員眾多，而很多學(xué)生又缺乏施工經(jīng)驗(yàn)和對(duì)危險(xiǎn)源的判別能力，這使得很多施工單位在安排學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)存在顧慮。

(5)實(shí)驗(yàn)難度大。在土木工程的實(shí)驗(yàn)中，災(zāi)害環(huán)境(如臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)、地震、滑坡和泥石流等)的模擬設(shè)備造價(jià)高(大型地震模擬振動(dòng)臺(tái)的造價(jià)上億元、大型風(fēng)洞的造價(jià)幾千萬(wàn)元)。災(zāi)害環(huán)境實(shí)驗(yàn)難度大、危險(xiǎn)性大、費(fèi)用高。

為解決土木工程傳統(tǒng)理論教學(xué)與學(xué)生工程化培養(yǎng)之間的矛盾，拓展實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)的深度和廣度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)效，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的緊密結(jié)合，特別是進(jìn)行災(zāi)害環(huán)境對(duì)土木工程影響的分析、解決重大工程的防災(zāi)問(wèn)題，盡可能減少實(shí)驗(yàn)成本和潛在危害，東南大學(xué)在課堂理論教學(xué)、原有實(shí)體實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，利用專業(yè)的仿真軟件，采用多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，構(gòu)建了具有高度真實(shí)感、直觀性和精確性的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，作為實(shí)體實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)的有益補(bǔ)充和創(chuàng)新［1－5］。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)

早在2005年“工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”與2006年“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”國(guó)家精品課程建設(shè)期間，東南大學(xué)就開(kāi)始組建土木工程計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，此后結(jié)合“土木工程施工”、“工程合同管理”、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”及“工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)”幾門國(guó)家精品課程和其他相關(guān)課程的建設(shè)，又相繼成立了土木工程施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、土木工程管理信息化等實(shí)驗(yàn)室。2013年通過(guò)資源整合，依托國(guó)家級(jí)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，成立了東南大學(xué)土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

中心面向土木工程、建筑學(xué)、交通工程及其他相關(guān)專業(yè)，形成了“三層次、四模塊、五結(jié)合”的教學(xué)體系。

(1)三層次：按照人才培養(yǎng)需求與教學(xué)規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)訓(xùn)練、提高訓(xùn)練和創(chuàng)新訓(xùn)練；

(2)四模塊：按專業(yè)知識(shí)體系與工程實(shí)踐規(guī)律，搭建土木工程設(shè)計(jì)、施工、管理、創(chuàng)新實(shí)踐4個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；

(3)五結(jié)合：與理論課程相結(jié)合、與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、與科研項(xiàng)目相結(jié)合、與實(shí)際工程相結(jié)合、與企業(yè)實(shí)踐相結(jié)合。

其中，四模塊的18門實(shí)驗(yàn)課程支撐8門專業(yè)主干課程與12門實(shí)體實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，輻射其他16門專業(yè)課程，基本覆蓋了土木工程專業(yè)的主要專業(yè)課。

2.1土木工程結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)虛擬仿真模塊

模塊主要包括：(1)基本構(gòu)件虛擬仿真、樓蓋設(shè)計(jì)虛擬仿真及單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)虛擬仿真等基礎(chǔ)訓(xùn)練層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；(2)建筑結(jié)構(gòu)抗震虛擬仿真、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)虛擬仿真、大跨空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)虛擬仿真及橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)虛擬仿真等提高訓(xùn)練層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；(3)復(fù)雜結(jié)構(gòu)虛擬仿真、基于MTS混合實(shí)驗(yàn)、大跨橋梁抗風(fēng)虛擬仿真、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗火虛擬仿真等創(chuàng)新訓(xùn)練層次的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是“工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”、“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”與“工程結(jié)構(gòu)抗震與防災(zāi)”這3門國(guó)家級(jí)精品資源共享課的重要建設(shè)內(nèi)容。

結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目充分體現(xiàn)了CDIO(conceive-design-implement-operate)的工程教育理念［6－7］，是從工程的構(gòu)思到概念設(shè)計(jì)，再進(jìn)行仿真分析，根據(jù)仿真分析結(jié)果對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最后按優(yōu)化后結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)的全過(guò)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)。

以特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“基于MTS系統(tǒng)混合模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”為例，傳統(tǒng)的建筑物抗震防災(zāi)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，由于整體實(shí)驗(yàn)成本較高且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排緊張。為了提高實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)際效果和設(shè)備的有效利用，將結(jié)構(gòu)的大部分替換為數(shù)值子結(jié)構(gòu)并采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真，而只有小部分結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行足尺實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)圖1)。仿真實(shí)驗(yàn)具有參數(shù)可調(diào)、實(shí)驗(yàn)方案可擴(kuò)展、不存在硬件損耗的特點(diǎn)，能夠加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解；實(shí)體實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)可靠、直觀性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力。采用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，可以有效提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。同時(shí)，實(shí)時(shí)混合實(shí)驗(yàn)作為目前最先進(jìn)的抗震防災(zāi)實(shí)驗(yàn)手段之一，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)術(shù)水平。

2.2土木工程施工虛擬仿真模塊

該模塊主要包含基本施工技術(shù)虛擬仿真、復(fù)雜工程施工技術(shù)虛擬仿真及關(guān)鍵施工技術(shù)仿真分析3部分?；臼┕ぜ夹g(shù)虛擬仿真主要包括土方、樁基礎(chǔ)、模板、鋼筋工程等施工過(guò)程的虛擬仿真，是模塊的基礎(chǔ)訓(xùn)練部分；復(fù)雜工程施工技術(shù)虛擬仿真主要是針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)、大跨橋梁結(jié)構(gòu)等典型工程施工全過(guò)程的虛擬仿真，向?qū)W生介紹最新的施工技術(shù)和復(fù)雜工程的施工組織，它是模塊的提高訓(xùn)練部分；關(guān)鍵施工技術(shù)仿真分析部分主要針對(duì)全新的施工技術(shù)，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中關(guān)鍵部分的仿真分析，確保施工的順利和安全，它是模塊的創(chuàng)新訓(xùn)練部分。

以典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工虛擬仿真”為例，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以銅陵長(zhǎng)江大橋工程為案例，與中鐵大橋局集團(tuán)和柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司合作完成。對(duì)該工程的施工全過(guò)程進(jìn)行了虛擬仿真，包含樁基礎(chǔ)施工、沉井施工、主塔施工、鋼桁梁吊裝施工、斜拉索施工等子系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)。通過(guò)該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解大跨斜拉橋施工的主要步驟、施工工藝、技術(shù)措施等。

2.3土木工程管理虛擬仿真模塊

該模塊包含工程項(xiàng)目管理、工程造價(jià)管理、工程合同管理和工程管理BIM綜合4個(gè)部分。傳統(tǒng)的信息技術(shù)類課程教學(xué)模式比較注重信息系統(tǒng)管理知識(shí)的介紹和基礎(chǔ)軟件操作，但是存在信息技術(shù)類知識(shí)體系在不同部分之間的割裂問(wèn)題，使學(xué)生難以形成結(jié)構(gòu)化、模塊化的專業(yè)信息技術(shù)能力和素質(zhì)。土木工程管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)課程設(shè)置模式進(jìn)行了改革，根據(jù)多學(xué)科對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用需求，注重學(xué)生專業(yè)核心能力的培養(yǎng)，形成信息技術(shù)類實(shí)驗(yàn)課程平臺(tái)。

以典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“工程管理BIM綜合虛擬仿真”為例，該項(xiàng)目根據(jù)給定的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)(包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等)方案、相應(yīng)的城市規(guī)劃條件以及有關(guān)的地理環(huán)境數(shù)據(jù)，從施工單位、設(shè)計(jì)單位或咨詢單位的角度進(jìn)行項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)方案的多維可視化仿真(見(jiàn)圖3)，并利用BIM模型進(jìn)行輔助施工管理，包括項(xiàng)目的日照分析、建筑能耗分析、綠色建筑評(píng)價(jià)、建筑體量計(jì)算等。

2.4土木工程創(chuàng)新實(shí)踐虛擬仿真模塊

本模塊主要分為基于創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃的虛擬仿真和基于學(xué)生參加科技競(jìng)賽的虛擬仿真兩部分，以滿足學(xué)生課外研學(xué)課程的需要，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)CDIO的工程教育理念。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目的要求，利用已學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，然后運(yùn)用仿真分析軟件進(jìn)行模型計(jì)算分析，根據(jù)仿真分析結(jié)果對(duì)模型設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，完成實(shí)體模型的制作，將制作好的模型進(jìn)行加載或讓其完成特定功能。通過(guò)本模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，可以加深學(xué)生對(duì)各類結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)分析的理解和認(rèn)識(shí)，使學(xué)生在知識(shí)運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等方面得到全面提升［8－9］。

以典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“創(chuàng)新結(jié)構(gòu)體系虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”為例(見(jiàn)圖4)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)并制作創(chuàng)新結(jié)構(gòu)模型，以反映學(xué)生的力學(xué)概念、結(jié)構(gòu)概念和創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目鼓勵(lì)節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新思路，旨在通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、基本構(gòu)件受力狀態(tài)、空間結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn)、典型工程案例分析等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生勤于觀察與思考，并動(dòng)手制作結(jié)構(gòu)模型的能力，使學(xué)生能夠從結(jié)構(gòu)整體上把握建筑物的結(jié)構(gòu)體系及受力特點(diǎn)，并通過(guò)學(xué)習(xí)報(bào)告、制作模型及加載體驗(yàn)的方式提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

3教學(xué)特色

3.1依托優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心長(zhǎng)期堅(jiān)持實(shí)體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)和虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)相結(jié)合，通過(guò)國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的規(guī)劃，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并將學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的學(xué)時(shí)數(shù)比例由總學(xué)時(shí)的19%增加到25%。中心依托國(guó)家級(jí)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，與理論教學(xué)緊密結(jié)合，進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)，有力地支撐了6門國(guó)家精品課程、5門國(guó)家級(jí)精品資源共享課程和1門國(guó)家級(jí)視頻公開(kāi)課的建設(shè)，提升了課程建設(shè)和專業(yè)建設(shè)的水平。2013年，土木工程專業(yè)以優(yōu)秀成績(jī)第4次通過(guò)住建部高等教育土木工程專業(yè)評(píng)估委員會(huì)的評(píng)估，在2012年的全國(guó)學(xué)科評(píng)估中，東南大學(xué)土木工程學(xué)科名列全國(guó)第三。

3.2來(lái)源于科研項(xiàng)目，面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)

中心依托“國(guó)家預(yù)應(yīng)力工程技術(shù)中心”、“混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等國(guó)家和部省級(jí)科研基地，不斷地將最新科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)把科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，把科研方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，向?qū)W生傳授科研理念、科研文化、科研價(jià)值，使學(xué)生了解科技最新發(fā)展和學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)，激發(fā)科研興趣，啟發(fā)科研思維，培養(yǎng)科研道德，提升學(xué)生科學(xué)研究和科技創(chuàng)新能力。

3.3來(lái)源于工程實(shí)踐，面向工程實(shí)踐能力培養(yǎng)

中心的大量虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)自于真實(shí)的工程實(shí)例，是以實(shí)際工程為背景，解決工程實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)的“實(shí)戰(zhàn)型”項(xiàng)目。通過(guò)真實(shí)項(xiàng)目的演練，指導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和實(shí)踐能力，為社會(huì)輸送合格的“來(lái)之能戰(zhàn)”的畢業(yè)生。

已將典型重大工程轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)例有：

(1)山東博物館屋蓋薄壁箱型結(jié)構(gòu)虛擬仿真；

(2)廣州南站大跨空間結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力虛擬仿真；

(3)廣州白云機(jī)場(chǎng)復(fù)雜鑄鋼節(jié)點(diǎn)虛擬仿真；

(4)潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋大跨橋梁抗風(fēng)虛擬仿真；

(5)深圳大運(yùn)會(huì)體育館鋼結(jié)構(gòu)安裝施工虛擬仿真；

(6)滬通長(zhǎng)江大橋橋梁沉井施工全過(guò)程虛擬仿真。

3.4面向防災(zāi)減災(zāi)，開(kāi)展災(zāi)害虛擬仿真

現(xiàn)代土木工程的最大威脅來(lái)自于各種自然災(zāi)害和人為災(zāi)害———地震、臺(tái)風(fēng)、海嘯、火災(zāi)、爆炸、泥石流等。各種災(zāi)害因其巨大的時(shí)空尺度而難以再現(xiàn)，因其復(fù)雜的生成原因而無(wú)法重復(fù)，所以要借助現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行演示。中心依托云計(jì)算中心每秒37萬(wàn)億次峰值浮點(diǎn)計(jì)算能力，運(yùn)用大型虛擬仿真分析軟件，開(kāi)展地震、臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)及爆炸等災(zāi)害的模擬，提升學(xué)生防災(zāi)意識(shí)和減災(zāi)水平。

篇3

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；建設(shè)與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）03-0267-02

在國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，教育信息化在教育教學(xué)領(lǐng)域和管理過(guò)程中的應(yīng)用正在逐步深入，該應(yīng)用有力地促進(jìn)了教育模式、教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式的深刻變革。高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容就是建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。2013年，教育部開(kāi)展了國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)工作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建立是信息化技術(shù)與學(xué)科專業(yè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)發(fā)展深度融合的產(chǎn)物，它順應(yīng)了現(xiàn)代教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)實(shí)需要，對(duì)高等教育質(zhì)量的提升和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深化，產(chǎn)生了積極而重要的影響。

一、計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)必要性

國(guó)內(nèi)高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的理論基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)比較扎實(shí)，但實(shí)踐與創(chuàng)新能力與世界一流大學(xué)的計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生之間有較大的差距。探索提升計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，提高本科生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，是高校計(jì)算機(jī)教師近幾年不懈努力的方向。計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建立的必要性：①它可以為提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)踐課程的興趣和動(dòng)力提供有效途徑。②它是培養(yǎng)學(xué)生自主構(gòu)建計(jì)算機(jī)仿真模型體系的最佳機(jī)會(huì)，有利于夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，促進(jìn)實(shí)踐創(chuàng)新能力的發(fā)展。③它是拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必經(jīng)之路，可以促使高等教育的功能從“人才培養(yǎng)者”向“人才設(shè)計(jì)者”轉(zhuǎn)變。綜上所述，實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)已全面進(jìn)入信息化時(shí)代，建立計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革發(fā)展的必然趨勢(shì)。

二、西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的具體實(shí)施

西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（下面簡(jiǎn)稱中心）是隸屬于校、院兩級(jí)管理的教學(xué)單位，它依托陜西省計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以及網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)，并由學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心為其提供網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。中心主要針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程兩個(gè)一級(jí)學(xué)科專業(yè)，以及其他學(xué)院計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，利用計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院雄厚的技術(shù)力量，圍繞計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)，開(kāi)展基于虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)仿真、網(wǎng)絡(luò)攻防等技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及科學(xué)研究工作。

篇4

1我校化學(xué)反應(yīng)工程授課現(xiàn)狀

我校的化學(xué)反應(yīng)工程課程只針對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)。我校的化學(xué)工程與工藝專業(yè)開(kāi)設(shè)于上世紀(jì)九十年代，而化學(xué)反應(yīng)工程課程的授課歷史也已有二十多年。近年來(lái)，隨著西部大開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，成都及周邊地區(qū)特別是民族地區(qū)對(duì)化學(xué)化工類人才的需求旺盛，我校每年化學(xué)工程與工藝專業(yè)的招生人數(shù)始終保持在140人左右。前幾年由于學(xué)校工科基礎(chǔ)薄弱，我校反應(yīng)工程課程主要通過(guò)課堂教學(xué)為主，缺乏實(shí)驗(yàn)實(shí)踐設(shè)備和場(chǎng)地，學(xué)生對(duì)于課程中涉及的基本原理僅有一些感官認(rèn)識(shí)，無(wú)法深入理解。隨著人才市場(chǎng)對(duì)學(xué)生素質(zhì)要求的不斷提升，僅局限于課堂授課的化學(xué)反應(yīng)工程課程急需通過(guò)改革課程內(nèi)容和授課方法，提升課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素質(zhì)。

2虛擬仿真技術(shù)與化學(xué)反應(yīng)工程課程的融合

從去年開(kāi)始，隨著我?；瘜W(xué)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，學(xué)校加大了對(duì)化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)適時(shí)、創(chuàng)新性地提出將虛擬仿真技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，大膽嘗試提升化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)效果的新方式方法。2.1利用虛擬仿真素材真正實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)十四年前，我校就全面實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)，但是由于多媒體素材開(kāi)發(fā)的滯后，使得過(guò)去的多媒體教學(xué)大部分是文字、公式、圖片等的羅列。由于PPT播放速度快，多數(shù)學(xué)生對(duì)于課程理論內(nèi)容一知半解，對(duì)學(xué)習(xí)的公式和圖片很難融會(huì)貫通。從2014年開(kāi)始，化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的一期建設(shè)項(xiàng)目中加大了對(duì)教學(xué)課件素材的購(gòu)買和建設(shè)，如“合成氨素材庫(kù)”“工業(yè)反應(yīng)器素材庫(kù)”等等，化學(xué)反應(yīng)工程課程在多媒體教學(xué)中更多采用flas等動(dòng)態(tài)多媒體形式進(jìn)行教學(xué)，將公式、文字和圖片融會(huì)貫通，復(fù)雜的內(nèi)容變得淺顯易懂，學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)減輕，提升了學(xué)習(xí)效果。

2.2通過(guò)實(shí)物和實(shí)訓(xùn)模型加深理論學(xué)習(xí)效果

過(guò)去由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地緊缺，化學(xué)反應(yīng)工程課程缺乏對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)課程。自2015年開(kāi)始，借助化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的實(shí)物模型和實(shí)訓(xùn)模型，我們開(kāi)設(shè)了“化工仿真”和“化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)”兩門課程，通過(guò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)于工業(yè)反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)器理論的認(rèn)識(shí)，通過(guò)實(shí)訓(xùn)課程擴(kuò)展學(xué)生對(duì)于實(shí)際反應(yīng)器具體操作方法的知識(shí)了解。例如:通過(guò)全混流反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器仿真模型，學(xué)生可以深入理解“返混”的概念;通過(guò)多釜串聯(lián)實(shí)訓(xùn)模型，學(xué)生可以深入理解停留時(shí)間的評(píng)價(jià)方法。實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生通常4～6人一組，每個(gè)人均能夠動(dòng)手操作，因此加深了理論聯(lián)系實(shí)際的效果。

2.3仿真軟件教學(xué)使表面學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榈讓訉W(xué)習(xí)

除了課件素材和模型以外，化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)中還包括了“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”、“專業(yè)實(shí)驗(yàn)”、“生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)”三大仿真軟件教學(xué)模塊。其中，與化學(xué)反應(yīng)工程課程相關(guān)的軟件包括“CO中溫－低溫串聯(lián)變換反應(yīng)”、“乙苯脫氫制苯乙烯”、“催化反應(yīng)精餾法制甲縮醛”等。以上軟件的使用將學(xué)生對(duì)于理論課程的學(xué)習(xí)不再停留于公式推導(dǎo)、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等孤立的表面學(xué)，而是通過(guò)工業(yè)實(shí)例使學(xué)生將原理、實(shí)物、工業(yè)運(yùn)用融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)一種基于深層次理解的底層學(xué)習(xí)。這一過(guò)程使得該課程的學(xué)習(xí)效果顯著提升。

2.4課上被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為課下主動(dòng)學(xué)習(xí)

由于我校為二本院校且學(xué)生多來(lái)自少數(shù)民族地區(qū)，學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)較為薄弱，為了掌握課程內(nèi)容需要反復(fù)練習(xí)和操作，需要更多的學(xué)習(xí)時(shí)間。但學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地等硬件設(shè)施和資金均無(wú)法滿足學(xué)生的長(zhǎng)時(shí)間的課上學(xué)習(xí)。因此，我?；瘜W(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)投入部分資金建設(shè)了虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)，使得學(xué)生能夠通過(guò)電腦、手機(jī)等客戶端可以方便的訪問(wèn)學(xué)校的虛擬仿真軟件資源。在課余時(shí)間，學(xué)生為了掌握課程內(nèi)容、提升考試成績(jī)，可以花大量的時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)有針對(duì)性的對(duì)個(gè)別難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)操練。這一舉措將學(xué)生的學(xué)習(xí)由課上轉(zhuǎn)變?yōu)檎n下，將學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)。這一措施提升了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程課程的學(xué)習(xí)熱情，讓教師有時(shí)間和動(dòng)力去豐富共享平臺(tái)資源，進(jìn)而從根本上改變了課程的學(xué)習(xí)方式，提升了學(xué)習(xí)效果。

3成績(jī)與問(wèn)題

通過(guò)近一年的教學(xué)改革，我?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)效果初見(jiàn)成效，學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)熱情極大提升，課程期末考試優(yōu)秀率增加至10～15%，學(xué)習(xí)效果有效提高。在實(shí)踐過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)了不少現(xiàn)存問(wèn)題需要解決。本次課程教學(xué)改革主要在于虛擬仿真技術(shù)和多媒體課堂授課之間的融合，由于探索時(shí)間短，故目前主要存在的問(wèn)題都在于二者之間融合的兼容性問(wèn)題，如:(1)如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)課程之間的系統(tǒng)性融合從反應(yīng)工程課程角度而言，新開(kāi)的化工仿真和化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)是反應(yīng)工程學(xué)習(xí)的輔助課程，但從整個(gè)化工專業(yè)角度，三者均為專業(yè)教育服務(wù)，如何能將這局部與整體之間的關(guān)系進(jìn)行融合是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題。(2)硬軟件資源與共享平臺(tái)無(wú)法全方位融合目前，共享平臺(tái)對(duì)于提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自覺(jué)性有很大幫助，但是由于共享平臺(tái)和硬件、軟件資源的接口不同，導(dǎo)致存在兼容性問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)所有硬軟件資源與共享平臺(tái)的全方位融合需要學(xué)校和各個(gè)硬軟件生產(chǎn)企業(yè)深入合作，這需要政策、人力、資金等多方位的支持。(3)實(shí)踐硬件設(shè)備和專業(yè)軟件之間缺乏直接聯(lián)系目前，實(shí)踐硬件設(shè)備和專業(yè)軟件之間并無(wú)必然聯(lián)系，有些硬件設(shè)備沒(méi)有相應(yīng)的軟件支持，而多數(shù)軟件也沒(méi)有硬件實(shí)物作為對(duì)照，故而學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)某個(gè)對(duì)象只能了解其硬件和軟件方面，無(wú)法全面深入理解。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要硬軟件生產(chǎn)廠家提升自身產(chǎn)品研發(fā)深度，盡可能做到硬軟件結(jié)合。

4結(jié)語(yǔ)

篇5

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)管理 虛擬仿真實(shí)訓(xùn) 區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展

為貫徹《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》（教高【2006】16號(hào)文）中“不斷推進(jìn)教學(xué)資源的共建共享”的指導(dǎo)意見(jiàn)，加強(qiáng)對(duì)經(jīng)濟(jì)管理類專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和指導(dǎo)，促進(jìn)利用現(xiàn)代信息技術(shù)改革教學(xué)內(nèi)容和方法。同時(shí)，為了順應(yīng)遼寧經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)先進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)管理人才需求的情況，我們將國(guó)家資源庫(kù)內(nèi)涵建設(shè)的思路與方法輻射到經(jīng)濟(jì)管理課程的建設(shè)上，在遼寧努力打造經(jīng)濟(jì)管理類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心。

一、根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，遼寧對(duì)經(jīng)管類人才的需求

近年來(lái)遼寧省經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，特別是沿海經(jīng)濟(jì)帶和沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，擴(kuò)大了遼寧省的影響力。多年來(lái)，遼寧按照保增長(zhǎng)、擴(kuò)內(nèi)需、調(diào)結(jié)構(gòu)的總體要求，工業(yè)系統(tǒng)緊緊圍繞裝備制造業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，突出裝備制造業(yè)的核心地位，推進(jìn)先進(jìn)裝備制造業(yè)基地建設(shè)?！笆濉睍r(shí)期，產(chǎn)業(yè)集群以其獨(dú)到的發(fā)展特征和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，成為遼寧省結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)型和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇。到2015年，我省百億以上產(chǎn)業(yè)集群將達(dá)到100個(gè)以上，其中五百億到千億的產(chǎn)業(yè)集群達(dá)到30個(gè)，千億產(chǎn)業(yè)集群達(dá)到10個(gè)以上。隨著我省產(chǎn)業(yè)集群的快速發(fā)展，遼寧省對(duì)各類人才的需求將大大增加，尤其對(duì)先進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)管理人才提出了強(qiáng)烈的需求。

遼寧省《2010-2020年人才發(fā)展規(guī)劃》中提到，到2020年，人才資源總量從現(xiàn)在的457萬(wàn)人增加到720萬(wàn)人，增長(zhǎng)58%，其中包含經(jīng)營(yíng)管理人才95萬(wàn)人。在遼寧省重點(diǎn)企業(yè)重點(diǎn)項(xiàng)目緊缺人才需求分析中，急需人才崗位排名中第一位是機(jī)械（11.8%）、第二位的即為經(jīng)營(yíng)管理（9.8%），其人才需求以基層員工為主，半數(shù)以上企業(yè)不注重學(xué)歷，以實(shí)際能勝任崗位為用人的著眼點(diǎn)，注重人才的實(shí)際能力。從606家企事業(yè)單位上報(bào)的未來(lái)五年緊缺人才需求情況，可以看到：人才需求將不斷增長(zhǎng)，人才需求總數(shù)是當(dāng)前需求的1.37倍，需求熱門的崗位包含財(cái)務(wù)金融、經(jīng)營(yíng)管理、人力資源。

在遼寧省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，中小企業(yè)占據(jù)“半壁江山”，2010年的成績(jī)單則顯示，我省中小企業(yè)占全省生產(chǎn)總值的比重已經(jīng)超過(guò)了六成?！笆濉逼陂g，我省將按照國(guó)家總體部署，集中對(duì)12.7萬(wàn)戶規(guī)模以上成長(zhǎng)型中小企業(yè)和7.22萬(wàn)戶成長(zhǎng)型中小企業(yè)給予六大扶持政策。從遼寧省社會(huì)保障廳提供的數(shù)據(jù)來(lái)看，未來(lái)五年，我省中小企業(yè)需要高等職業(yè)教育的應(yīng)用型技能型人才將達(dá)到33.4萬(wàn)人，其中基層管理崗位需要25.7萬(wàn)人，平均每年需要5.2萬(wàn)人，占77%以上。

“十二五”時(shí)期，遼寧省要完成經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，迫切需要大批各種層面的經(jīng)管類應(yīng)用型人才。而傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)管理理念和方法已經(jīng)無(wú)法滿足經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)人員素質(zhì)的總體要求是：創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型。經(jīng)濟(jì)管理人員不僅要系統(tǒng)地掌握管理、經(jīng)濟(jì)、法律等專業(yè)理論知識(shí)，還必須懂得相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)流程、產(chǎn)品特性等業(yè)務(wù)知識(shí)。具有創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)能力、深入研究解決問(wèn)題的能力、領(lǐng)導(dǎo)能力，以及高度的社會(huì)責(zé)任感。持續(xù)、快速、健康的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)目標(biāo)與效率低下的傳統(tǒng)企業(yè)管理方式之間的矛盾，催生了打造遼寧省經(jīng)濟(jì)管理類應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)基地（工商企業(yè)管理虛擬仿真綜合實(shí)訓(xùn)中心）建設(shè)的思路。

二、建立經(jīng)管類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的必要性

（一）培養(yǎng)高技能、應(yīng)用型管理人才，為遼寧經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展服務(wù)

建設(shè)經(jīng)濟(jì)管理類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心是適應(yīng)國(guó)家信息化與工業(yè)化兩化融合發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)信息化管理人才的需要，是服務(wù)于遼寧經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。隨著遼寧產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，人才需求結(jié)構(gòu)在迅速變化，對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求顯著增加。本項(xiàng)目的實(shí)施可以為遼寧經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供急需的信息化管理人才，并拓展管理類專業(yè)為社會(huì)服務(wù)的功能，開(kāi)放學(xué)院教學(xué)資源，建立互動(dòng)交流機(jī)制為我省企業(yè)服務(wù)，可以更好地為遼寧經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展服務(wù)。

建設(shè)集管理工作場(chǎng)景模擬和管理軟件模擬于一體的經(jīng)濟(jì)管理類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心，在實(shí)踐教學(xué)中引用企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理虛擬仿真模式，將“走出校門”的要求與應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段相結(jié)合，采取教學(xué)方法、教學(xué)工具和手段創(chuàng)新的方法使學(xué)生置身于真實(shí)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理氛圍，模仿企業(yè)的實(shí)際運(yùn)作狀況進(jìn)行生產(chǎn)的計(jì)劃與控制等工作，可以讓學(xué)生在緊張而極具趣味性的模擬運(yùn)營(yíng)管理中得到能力的鍛煉、職業(yè)素質(zhì)的提高，提高學(xué)生對(duì)管理的感性認(rèn)知和崗位技能，培養(yǎng)高技能、應(yīng)用型管理人才。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)l中心的建立顯得尤為必要和迫切。

（二）建設(shè)完整的跨專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，提供專業(yè)基礎(chǔ)技能的綜合訓(xùn)練

高等學(xué)校課程體系主要解決兩個(gè)相關(guān)的問(wèn)題：一是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)選擇的課程及其內(nèi)容的深度與廣度；二是各課程內(nèi)容和呈現(xiàn)方式間的互相配合和銜接。課程體系是一個(gè)具有特定功能系統(tǒng)，不僅要將內(nèi)部的要素諸如各類課程連結(jié)成一個(gè)統(tǒng)一整體，還必須充分體現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格，適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，反映科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì)，符合學(xué)制及學(xué)時(shí)限制。

建設(shè)跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)l中心能有效促進(jìn)經(jīng)管類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系的有效整合，對(duì)經(jīng)管類各專業(yè)學(xué)生既具有較強(qiáng)的針對(duì)性，又具有高度的資源共享性，能夠?yàn)楦鲗I(yè)學(xué)生提供專業(yè)基礎(chǔ)技能的綜合訓(xùn)練。

（三）建設(shè)多位一體的實(shí)訓(xùn)基地，促進(jìn)職業(yè)教育更好、更快發(fā)展

建設(shè)經(jīng)濟(jì)管理類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心，可以使職業(yè)教育獲得更有力的資源支持，將實(shí)訓(xùn)中心建成集教學(xué)、職業(yè)培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定、技術(shù)研發(fā)應(yīng)用推廣多位于一體的實(shí)訓(xùn)基地，能夠使其成為一個(gè)輻射遼寧省的示范性工商企業(yè)管理培訓(xùn)基地，極大地改善工商企業(yè)管理專業(yè)群相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件。實(shí)訓(xùn)教學(xué)整體的實(shí)習(xí)環(huán)境和條件也將得到極大的改善與提高，為職業(yè)教育更好、更快發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、建立經(jīng)管類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的可行性

（一）校企共建模式創(chuàng)新

有專家預(yù)測(cè)，未來(lái)5年內(nèi)，整個(gè)職業(yè)教育行業(yè)將根據(jù)“鞏固現(xiàn)有成果、擴(kuò)大合作范圍、提升合作效率”的方針政策來(lái)開(kāi)展校企合作的探索，以此繼續(xù)拉升就業(yè)率?！靶Ｆ蠛献鳌睂?huì)開(kāi)拓更為廣闊的空間，并呈現(xiàn)出“政府、企業(yè)、學(xué)?！比搅Ⅲw合作的局勢(shì)。

目前，很多軟件公司已與高職院校簽署了共建管理信息化人才培養(yǎng)基地戰(zhàn)略合作協(xié)議書(shū)，成為校企合作戰(zhàn)略伙伴，已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的工商企業(yè)管理虛擬仿真綜合實(shí)訓(xùn)中心設(shè)計(jì)階段。例如某軟件公司，已與清華大學(xué)等多家院校共建管理信息化實(shí)訓(xùn)中心和經(jīng)管類人才培養(yǎng)基地。軟件公司對(duì)經(jīng)濟(jì)管理類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)的不斷加大投入，并深度合作，共同設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)中心、共同開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)l項(xiàng)目、共同培養(yǎng)人才，共同建設(shè)和管理實(shí)訓(xùn)中心。

（二）跨專業(yè)的協(xié)同訓(xùn)練

專業(yè)知識(shí)和具體實(shí)踐是多對(duì)多的體系，一個(gè)具體實(shí)踐需要超脫專業(yè)范圍的綜合理論束縛，不存在理論和實(shí)踐的一一對(duì)應(yīng)模式。因?yàn)閷?shí)踐的主體是人，專業(yè)或職業(yè)實(shí)踐是一種社會(huì)活動(dòng)，是人與人之間的合作，表現(xiàn)為人與人之間的相互影響。因此，很多院校在實(shí)踐教學(xué)中關(guān)注協(xié)同訓(xùn)練的問(wèn)題。

跨專業(yè)協(xié)同訓(xùn)練的教學(xué)活動(dòng)已經(jīng)在一些課程中開(kāi)展。如《ERP沙盤(pán)模擬》，《企業(yè)管理設(shè)計(jì)》，《企業(yè)經(jīng)營(yíng)模擬》等等。由不同專業(yè)學(xué)生組成實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)對(duì)多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)和實(shí)踐進(jìn)行訓(xùn)練，溝通人與人、學(xué)校與社會(huì)、專業(yè)與專業(yè)之間的關(guān)系，學(xué)生通過(guò)訓(xùn)練掌握知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)踐能力和合作精神，掌握不同專業(yè)理論知識(shí)的應(yīng)用條件和作用范圍。

（三）特色專業(yè)實(shí)訓(xùn)與綜合實(shí)訓(xùn)l的有機(jī)結(jié)合

根據(jù)經(jīng)管類實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展規(guī)律，在完成了課程級(jí)、專業(yè)級(jí)、專業(yè)綜合級(jí)實(shí)訓(xùn)l教學(xué)課程建設(shè)的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)經(jīng)管類跨專業(yè)校內(nèi)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開(kāi)設(shè)跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)課程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，形成特色專業(yè)建設(shè)與綜合實(shí)訓(xùn)的有機(jī)結(jié)合。

各類學(xué)校也可以在跨專業(yè)實(shí)訓(xùn)l的基礎(chǔ)上，進(jìn)行特色專業(yè)平臺(tái)的打造，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的統(tǒng)一管理。在教學(xué)內(nèi)容上實(shí)現(xiàn)學(xué)科體系到行動(dòng)體系的轉(zhuǎn)變。

（四）高度重視實(shí)踐教學(xué)

“重基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐”一直是經(jīng)管類專業(yè)教學(xué)的基本原則。作為高等教育創(chuàng)新體系建設(shè)的重要組成部分，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以及加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)也是教育部“質(zhì)量工程”建設(shè)的重要內(nèi)容，深化教學(xué)改革的重要體現(xiàn)。因此，各類院校都高度重視經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作，并將實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革作為人才培養(yǎng)模式改革的切入點(diǎn)，及以推動(dòng)教學(xué)理念、教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及管理體制、運(yùn)行體制等方面的改革與創(chuàng)新。

近年來(lái)，各類院校已陸續(xù)建立了經(jīng)管類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)一批有一定實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)的教師和實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)專職教師，這些工作為經(jīng)管類跨專業(yè)實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

四、經(jīng)管類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的功能實(shí)現(xiàn)

以“立足學(xué)情、校企合作、突出特色、資源共享”為原則，通過(guò)統(tǒng)籌規(guī)劃和高端設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)從分散管理向集成管理的轉(zhuǎn)變，實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系由重視單一能力培養(yǎng)向重視綜合能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)從單獨(dú)設(shè)計(jì)向綜合規(guī)劃轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)室功能從單一功能向綜合功能轉(zhuǎn)變，探索構(gòu)建一個(gè)有利于“基礎(chǔ)好、能力強(qiáng)、復(fù)合式應(yīng)用型”人才培養(yǎng)的經(jīng)管類綜合實(shí)訓(xùn)l教學(xué)新模，建立一個(gè)經(jīng)管類跨專業(yè)虛擬仿真綜合實(shí)訓(xùn)中心?？鐚I(yè)綜合實(shí)訓(xùn)中心建成后同時(shí)具備四個(gè)功能：

（一）人才培養(yǎng)功能

經(jīng)濟(jì)管理類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心是針對(duì)行業(yè)或崗位的技能培養(yǎng)而設(shè)立的工作環(huán)境，是系統(tǒng)的技能訓(xùn)練場(chǎng)所，其運(yùn)行從形式上強(qiáng)調(diào)企業(yè)性，從運(yùn)作上講求職業(yè)性，它讓學(xué)生在一個(gè)仿真的企業(yè)環(huán)境下進(jìn)行綜合能力素質(zhì)的訓(xùn)練。而且虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的建成，能夠同時(shí)滿足以工商企業(yè)管理專業(yè)為主體的經(jīng)管類所有專業(yè)的課程單項(xiàng)試驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、專業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)的需要，并輻射遼寧省內(nèi)其他同類專業(yè)院校。

實(shí)訓(xùn)中心的企業(yè)職能模擬訓(xùn)練既可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力，又可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新思維，為遼寧經(jīng)濟(jì)的發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)的人才。

（二）資源共享功能

在政府有關(guān)部門的支持與協(xié)調(diào)下，把跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建成省內(nèi)實(shí)踐教學(xué)及培訓(xùn)基地、人才培養(yǎng)中心和技能鑒定中心。這樣，可利用有限的實(shí)訓(xùn)基地中心為社會(huì)和其他院校服務(wù)。避免重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源共享。通過(guò)資源共享，讓學(xué)生盡可能多地獲得職業(yè)技能的培訓(xùn)l與考核，積累較多的工作經(jīng)驗(yàn)，提前與社會(huì)接軌，縮短就業(yè)上崗后的適應(yīng)期。

（三）服務(wù)社會(huì)功能

可根據(jù)職業(yè)崗位群或?qū)I(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)χR(shí)和能力的要求，制訂相應(yīng)的培訓(xùn)大綱和設(shè)置培訓(xùn)l項(xiàng)目。除面向高職高專學(xué)生上崗前的職業(yè)培訓(xùn)外，還面向社會(huì)開(kāi)展職業(yè)培訓(xùn)，滿足省內(nèi)企業(yè)管理人員的進(jìn)修培訓(xùn)、新員工崗前培訓(xùn)l、管理咨詢、管理軟件開(kāi)發(fā)、各種認(rèn)證考試等社會(huì)需要。

經(jīng)濟(jì)管理類跨專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)l中心逐步創(chuàng)造條件，成為職業(yè)資格鑒定中心，按照政府勞動(dòng)和社會(huì)保障部門及職業(yè)技能鑒定機(jī)構(gòu)對(duì)學(xué)生職業(yè)技能鑒定的具體要求，設(shè)置考核模塊，建立試題庫(kù)，供培訓(xùn)與考核選擇。凡是經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的人員都可以在基地進(jìn)行職業(yè)資格鑒定，取得職業(yè)資格證書(shū)，成為培訓(xùn)、考核現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用性人才和進(jìn)行繼續(xù)教育和職業(yè)技能鑒定的重要基地。

（四）科學(xué)研究功能

篇6

1建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的必要性

實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)代大學(xué)的心臟，是實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)想、產(chǎn)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要場(chǎng)所。21世紀(jì)信息化的快速發(fā)展使教育發(fā)生了重大變革，教育信息化受到了國(guó)家的高度重視?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出：信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視［2］。教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020）》，要求“利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，整合資源，構(gòu)建先進(jìn)、高效、實(shí)用的高等教育信息基礎(chǔ)設(shè)施”，推進(jìn)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等信息化建設(shè)”［3］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)順應(yīng)了新常態(tài)下高等教育的發(fā)展趨勢(shì)，是高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化的最新舉措。以華中師范大學(xué)為例，近年來(lái)，學(xué)校堅(jiān)持“一體兩翼，建設(shè)高水平大學(xué)”的辦學(xué)思想，大力推進(jìn)信息化、國(guó)際化兩項(xiàng)重點(diǎn)改革舉措。在數(shù)字化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)教育建設(shè)的基礎(chǔ)上，華中師范大學(xué)整合心理、信息、工程等學(xué)科資源，依托2010年獲批的“青少年網(wǎng)絡(luò)心理與行為教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和2012年獲批的“國(guó)家級(jí)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”，大力推進(jìn)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，并于2014年1月獲批建設(shè)“國(guó)家級(jí)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”（以下簡(jiǎn)稱“中心”）。該中心旨在貫徹教育部“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，將虛擬仿真技術(shù)引入心理學(xué)的教學(xué)和科研，更好地促進(jìn)對(duì)處于多維信息空間中的個(gè)體如何與外部世界進(jìn)行信息交流的理解和探索，成功模擬、實(shí)現(xiàn)了一批在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法做到，或者具有高風(fēng)險(xiǎn)和高成本的心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，體現(xiàn)了綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念，有效地拓展了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間，提高了心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用

1989年，美國(guó)的Wulf教授提出了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室概念。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室使用虛擬現(xiàn)實(shí)（virtualreal－ity，VR）技術(shù)，綜合了各種計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是現(xiàn)代仿真技術(shù)的延伸。它是由計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)的環(huán)境，參與人員對(duì)虛擬環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行操控和交流，從而產(chǎn)生與真實(shí)環(huán)境相同或相近的體驗(yàn)［4］。對(duì)于心理學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好地呈現(xiàn)視覺(jué)圖形，也能呈現(xiàn)聽(tīng)覺(jué)刺激，而這兩種通道是人獲得外部世界信息的主要通道，占人所獲得外部信息量的95％，是進(jìn)行心理學(xué)研究的主要領(lǐng)域。VR技術(shù)不但可以較好地模擬、再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，構(gòu)建某些基于倫理學(xué)原因無(wú)法通過(guò)其他手段使用的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（例如道德兩難問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景），還可以對(duì)其所模擬場(chǎng)景中的元素（包括刺激的內(nèi)容和表象、任務(wù)的復(fù)雜度和被試的響應(yīng)等）實(shí)施精確、實(shí)時(shí)、全面的控制與記錄?？傊?，以虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的虛擬仿真技術(shù)在心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、研究中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和深遠(yuǎn)的意義。

2．1突破時(shí)空和各種因素的限制

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室，因此學(xué)生可隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流，不受時(shí)間、空間和實(shí)驗(yàn)次數(shù)的限制。對(duì)于某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要數(shù)天或更長(zhǎng)時(shí)間才能觀察到的變化過(guò)程，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室則可在較短的時(shí)間內(nèi)將全部過(guò)程及結(jié)果模擬、呈現(xiàn)給學(xué)生進(jìn)行觀察分析［5］。以虛擬“數(shù)字化生理心理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”為例，它的界面設(shè)置簡(jiǎn)潔、選單操作清晰，只需進(jìn)行點(diǎn)選就能完成高度復(fù)雜的虛擬解剖實(shí)驗(yàn)操作，獲得連續(xù)人體斷層掃描數(shù)據(jù)信息（每個(gè)斷層厚度約1mm），能涵蓋人體所有的解剖結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)有助于教師和學(xué)生全方位觀察人體任一器官的形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在人體中的位置以及斷層中的位置，并且可以做任意角度的旋轉(zhuǎn)觀察，可方便地用于系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)以及運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)等多門課程的教學(xué)，擺脫了傳統(tǒng)生理解剖實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人體器官模型實(shí)物的依賴。此外，通過(guò)借助校園高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生在校園各場(chǎng)所（教室、圖書(shū)館、宿舍、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等）都可以隨時(shí)隨地登錄客戶端，高速、快捷、互動(dòng)地開(kāi)展生理心理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從而達(dá)到突破實(shí)驗(yàn)課時(shí)空限制，隨時(shí)隨地開(kāi)展數(shù)字化生理、心理實(shí)驗(yàn)操作。

2．2創(chuàng)新虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈魂。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在改進(jìn)、完善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)補(bǔ)充了有助于提高學(xué)生研究、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的創(chuàng)新型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。中心在實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)方面明確提出：在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)中體現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則。中心明確要求骨干實(shí)驗(yàn)課教師根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)課程的專業(yè)特色，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相融合，將每門實(shí)驗(yàn)課程安排20％～30％的學(xué)時(shí)開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，新增加的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既包括相關(guān)學(xué)科最新、最前沿的一些實(shí)驗(yàn)，也包括一些利用已有科研成果轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)持續(xù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)不斷擴(kuò)大和創(chuàng)新，大大地豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)的多樣性和靈活性［6］。目前，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)中已增加了近30項(xiàng)心理學(xué)綜合性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，例如：“虛擬學(xué)習(xí)情境中注意多動(dòng)障礙兒童認(rèn)知加工特征”、“虛擬現(xiàn)實(shí)在社交焦慮癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬現(xiàn)實(shí)在恐高癥治療中的應(yīng)用”、“虛擬創(chuàng)造性問(wèn)題解決實(shí)驗(yàn)”、“虛擬兒童養(yǎng)育系統(tǒng)”、“虛擬情境下執(zhí)行功能檢測(cè)和訓(xùn)練”、“虛擬情景中人類空間導(dǎo)航”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2．3模擬高危環(huán)境，避免實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)

利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以模擬一些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法做到的有高度風(fēng)險(xiǎn)、高成本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。以虛擬心理咨詢與治療實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例，通過(guò)構(gòu)建一系列能夠使恐高癥患者產(chǎn)生恐高心理的模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景（例如觀光電梯、高樓頂層、空中索道、懸崖頂端等），然后讓患者反復(fù)暴露在這些場(chǎng)景中，利用系統(tǒng)脫敏法減少患者的恐高心理。虛擬仿真治療中的任何一個(gè)恐高癥模擬場(chǎng)景，都可以應(yīng)患者要求隨時(shí)開(kāi)始、暫停、中止和結(jié)束。這使得虛擬場(chǎng)景治療方法更安全、也更具有彈性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)真實(shí)事物的模擬，使危險(xiǎn)系數(shù)較真實(shí)實(shí)驗(yàn)降低很多，學(xué)生無(wú)需為自己的失誤承擔(dān)后果，給他們帶來(lái)更多的安全感，滿足學(xué)生心理安全的需要。

2．4開(kāi)放性和共享性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模式。學(xué)生利用課余時(shí)間登錄網(wǎng)站，輸入正確的用戶名、密碼就可進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就可以進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作。以虛擬現(xiàn)實(shí)心理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例，該平臺(tái)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體呈現(xiàn)、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和高速網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果［7］。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師和學(xué)生無(wú)需親歷每個(gè)真實(shí)環(huán)境，卻能最大化地體驗(yàn)真實(shí)環(huán)境，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和示范應(yīng)用。中心的虛擬仿真平臺(tái)還可以幫助尚不具備真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)條件的地區(qū)，大幅度提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)和心理學(xué)應(yīng)用服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的地區(qū)平衡和最大化共享。再以“數(shù)字化生理心理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”為例，該平臺(tái)所有教學(xué)過(guò)程的中間環(huán)節(jié)都能夠以圖像方式輸出，并支持音頻、視頻文件導(dǎo)入。因此，教師的教學(xué)過(guò)程、學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程以及師生的互動(dòng)過(guò)程都可以通過(guò)添加語(yǔ)音、視頻標(biāo)簽的方式保留記錄。該設(shè)計(jì)思路旨在方便教師編輯教案和解答學(xué)生提出的疑問(wèn)。教師和學(xué)生也可以就虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，在中心教學(xué)管理平臺(tái)的“互動(dòng)交流”頻道開(kāi)展反饋與交流。

2．5提供多項(xiàng)虛擬心理學(xué)實(shí)踐技能訓(xùn)練項(xiàng)目

華中師范大學(xué)是一所具有鮮明的“教師教育”特色的部屬重點(diǎn)師范大學(xué)，不但重視培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的基礎(chǔ)教育和基礎(chǔ)研究能力，也高度重視培養(yǎng)面向社會(huì)、面向市場(chǎng)的理論與實(shí)踐結(jié)合的復(fù)合型、高技術(shù)人才。利用本中心的專業(yè)資源優(yōu)勢(shì)和虛擬仿真技術(shù)，華中師范大學(xué)心理與行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心面向校內(nèi)高年級(jí)本科生、研究生，提供了多項(xiàng)以實(shí)踐技能為導(dǎo)向的大型綜合性心理學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。這些大型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，依托當(dāng)代最前沿的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，廣泛采用網(wǎng)絡(luò)視頻、在線交流、多媒體演示等信息化教育手段，模擬學(xué)生在課堂管理、教學(xué)技術(shù)、心理咨詢與治療等過(guò)程中所接觸的實(shí)踐場(chǎng)景與環(huán)節(jié)。通過(guò)數(shù)字化教學(xué)演示和學(xué)生在虛擬實(shí)踐平臺(tái)中的反復(fù)練習(xí)，讓學(xué)生將心理學(xué)理論知識(shí)與解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐技能相結(jié)合［8］。這種虛擬仿真的實(shí)訓(xùn)方式既生動(dòng)又安全，又可對(duì)場(chǎng)景多次重復(fù)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2．6綠色環(huán)保，降低成本

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要借助于具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然而實(shí)際使用的一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、損耗大、實(shí)驗(yàn)成本較高；而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室最大的優(yōu)點(diǎn)是成本低。虛擬設(shè)備只是概念上的設(shè)備，沒(méi)有磨損、損壞，可供學(xué)生無(wú)限次重復(fù)使用。另外，由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)備是由軟件虛擬出來(lái)的，因此可有效避免大型設(shè)備重復(fù)購(gòu)置，在同一計(jì)算機(jī)中運(yùn)行不同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就可構(gòu)建不同的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，使實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本降低。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室因管理不善造成的儀器損壞、器械丟失等問(wèn)題，使實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本降低。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)前無(wú)須準(zhǔn)備各種器械、材料，教學(xué)結(jié)束也無(wú)須進(jìn)行瑣碎的整理工作，維護(hù)管理工作量減少，使實(shí)驗(yàn)室管理成本降低［9－14］。

3結(jié)束語(yǔ)

篇7

目前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式大多仍然遵從傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理的同時(shí)也暴露出許多問(wèn)題。一是現(xiàn)有的教學(xué)模式都是教師先講解實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生再一步一步做，與其說(shuō)做實(shí)驗(yàn)不如說(shuō)體會(huì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生在其中很少能夠得到思考，只是機(jī)械地完成課程任務(wù)，這樣的教學(xué)模式無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性與創(chuàng)造性，也不會(huì)激起學(xué)生的濃厚興趣，更不會(huì)深刻理解教學(xué)內(nèi)容從而學(xué)以致用;二是課堂實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的僅僅只是一部分有代表性、易操作、經(jīng)濟(jì)、常用的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，對(duì)于那些需要昂貴儀器、比較耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)大多并不開(kāi)展;三是實(shí)驗(yàn)課的資源(如實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、儀器設(shè)備等)緊張，經(jīng)常多人共做一次實(shí)驗(yàn)，而開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)大都較為簡(jiǎn)單，可以自己獨(dú)立完成，某些復(fù)雜實(shí)驗(yàn)因?yàn)橘Y源緊張只做教學(xué)示教，沒(méi)有鍛煉機(jī)會(huì)，這些都不利于學(xué)生動(dòng)手能力的提高及對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解;四是隨著科技的不斷發(fā)展，一些高端精密儀器設(shè)備也逐步應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，但是生均實(shí)驗(yàn)設(shè)備擁有量低，而且該類儀器由專人操作，采用示范教學(xué)的方法，不利于學(xué)生培養(yǎng);五是部分基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本和耗材難于購(gòu)置(如局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)等課程需用的大量尸體，部分稀缺微生物寄生蟲(chóng)大體標(biāo)本，蟾蜍、狗等特殊實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等)，導(dǎo)致資源的極度緊張;六是某些實(shí)驗(yàn)存在危險(xiǎn)性，如分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)所必須使用的一些試劑有劇毒或神經(jīng)毒性，醫(yī)學(xué)微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中必須用到許多致病菌(如大腸桿菌、痢疾桿菌、結(jié)核分歧桿菌等)，一旦學(xué)生操作不慎或失誤都會(huì)對(duì)學(xué)生的健康造成威脅。

2基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的目標(biāo)

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是針對(duì)本校的管理需求，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和教育技術(shù)，整合國(guó)內(nèi)外成熟的虛擬實(shí)驗(yàn)研究成果，與機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)、形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)、斷層解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)、局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)及病原生物學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，研究開(kāi)發(fā)和部署開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)，提供數(shù)字化網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，在全校范圍內(nèi)開(kāi)展應(yīng)用。在現(xiàn)有的校園網(wǎng)和省級(jí)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心平臺(tái)的基礎(chǔ)上，以各個(gè)學(xué)科的特點(diǎn)建設(shè)不同的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體、全天候開(kāi)放的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。搭建“真實(shí)與虛擬相結(jié)合，教學(xué)與科研相結(jié)合”的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，創(chuàng)建了“理論授課－虛擬實(shí)驗(yàn)－實(shí)驗(yàn)室教學(xué)”融合的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)類學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為醫(yī)學(xué)教育科研服務(wù)?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)包含機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、形態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、人體解剖學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、分子生物與免疫學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)4個(gè)虛擬模塊。主要目的在于實(shí)現(xiàn)虛實(shí)統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與課堂模擬相結(jié)合，使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)等多種技術(shù)融合于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，為學(xué)生提供一個(gè)新的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，提高學(xué)生實(shí)體操作的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，真正實(shí)現(xiàn)綠色、安全、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)將為學(xué)校大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、實(shí)驗(yàn)用尸體標(biāo)本、顯微鏡、切片購(gòu)置和維護(hù)成本，解決珍稀標(biāo)本如胚胎等和尸體標(biāo)本的來(lái)源。同時(shí)使基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)各學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化重組，增加觀念創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及跨學(xué)科綜合運(yùn)用知識(shí)和動(dòng)手的能力。

3基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)模式的探索與實(shí)踐

3．1優(yōu)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中積極探索各種類型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將動(dòng)畫(huà)模擬、虛擬仿真、錄像和實(shí)體實(shí)驗(yàn)優(yōu)化組合。對(duì)于生理、病理及機(jī)能學(xué)等實(shí)驗(yàn)可使模擬醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)和原有的多道生理信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)軟件配合，使高仿模擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)隨意切換。每一個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、模擬實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)3大部分。可完成多達(dá)幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，介紹生理科學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器常識(shí)、常用儀器設(shè)備，常用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種類、品系、實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)等知識(shí)，擁有多部生理學(xué)、病理生理學(xué)和藥理學(xué)操作視頻。高仿實(shí)驗(yàn)有真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，實(shí)驗(yàn)儀器、裝置、實(shí)驗(yàn)對(duì)象與真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)情況一致，實(shí)驗(yàn)儀器界面和操作與真實(shí)的道生理信號(hào)采集處理系統(tǒng)相仿;實(shí)驗(yàn)步驟按實(shí)際實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的活動(dòng)應(yīng)用實(shí)景動(dòng)畫(huà);實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行生理指標(biāo)的定量分析測(cè)量，并可導(dǎo)出?？蓾M足不同學(xué)生的需求，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，提高學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)手能力，能節(jié)約部分實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，并且能解決以往在實(shí)體實(shí)驗(yàn)時(shí)由于操作失誤導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的浪費(fèi)現(xiàn)象。針對(duì)系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)、麻醉解剖學(xué)課程將虛擬解剖系統(tǒng)與傳統(tǒng)的尸體解剖實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可開(kāi)設(shè)幾十個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可查看彩色塑化切片圖像，可根據(jù)教學(xué)需要鎖定顯示畫(huà)面，3D解剖模型與2D切片截面圖像完美結(jié)合，帶來(lái)無(wú)與倫比的視覺(jué)感受，可完全滿足臨床醫(yī)學(xué)、影像學(xué)、中醫(yī)骨傷科學(xué)等特殊專業(yè)對(duì)解剖學(xué)課程的不同要求。使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)解剖教學(xué)擺脫了日常教學(xué)中對(duì)尸體解剖的完全依賴，滿足教學(xué)需要，并可緩解教學(xué)尸體緊缺的難題。運(yùn)用3D技術(shù)并有機(jī)合理地組合文字、圖片、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻等多種媒體，把枯燥乏味的課堂知識(shí)形象、生動(dòng)、活潑地展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生在生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中擺脫以往的抽象枯燥且具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在快樂(lè)中輕松地掌握更多分子生物與免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)，能夠在虛擬仿真的過(guò)程中掌握聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)技術(shù)，克隆核酸電泳，瓊脂糖凝膠電泳，測(cè)序DNA、RNA提取，逆轉(zhuǎn)錄cDNA，以及蛋白免疫印跡(Westernblotting)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可減少分子生物和免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有毒、有害物質(zhì)對(duì)學(xué)生的傷害;減少分子生物與免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)耗材、試劑、抗體等昂貴實(shí)驗(yàn)材料的需求以減少實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，使學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)掌握基本技術(shù)、操作步驟以及特殊儀器設(shè)備使用后能順利完成實(shí)體實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，分子生物學(xué)與免疫學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也可作為對(duì)本科生、研究生及教師科研基本功的培訓(xùn)。

3．2流程化的實(shí)驗(yàn)管理

注重操作細(xì)節(jié)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)管理，通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全流程業(yè)務(wù)功能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排、實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果批改、實(shí)驗(yàn)成績(jī)分析等，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的全流程跟蹤。各類教學(xué)資源建設(shè)也進(jìn)行流程管理?；诰W(wǎng)絡(luò)的流程化管理有效促進(jìn)各種類型實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一安排、優(yōu)化組合，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的效率和規(guī)范，為開(kāi)放共享虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源奠定良好基礎(chǔ)。

3．3智能化的教學(xué)服務(wù)

為了減輕實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的工作量，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，在課前預(yù)習(xí)階段，采用智能組卷技術(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)知應(yīng)會(huì)測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)上實(shí)時(shí)智能指導(dǎo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題，階段性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的有效指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行自動(dòng)化的輔助批改。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生隨時(shí)可以通過(guò)智能答疑系統(tǒng)答疑，學(xué)生可搜索常見(jiàn)問(wèn)題，與教師實(shí)時(shí)互動(dòng)或者向教師發(fā)送郵件。實(shí)驗(yàn)管理者和教師可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳實(shí)的統(tǒng)計(jì)與分析，通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3．4規(guī)范化的資源建設(shè)

篇8

關(guān)鍵詞：3D虛擬仿真；教學(xué)實(shí)訓(xùn)模式；實(shí)訓(xùn)創(chuàng)新改革

中圖分類號(hào)： G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）03-154-2

0 引言

在現(xiàn)今的高職院校當(dāng)中，對(duì)學(xué)生開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)具有針對(duì)性的特點(diǎn)，在專業(yè)課程學(xué)習(xí)過(guò)后，要為學(xué)生對(duì)理論知識(shí)掌握能力進(jìn)行檢驗(yàn)鍛煉和提升，這對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)和專業(yè)技能的掌握具有重大的意義。而在以往實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中，由于受到環(huán)境和設(shè)備的影響，很多具有危險(xiǎn)性的教學(xué)活動(dòng)無(wú)法正常開(kāi)展。這樣對(duì)學(xué)生能力和技能的鍛煉產(chǎn)生一定的影響。因此，在高職院校中開(kāi)展3D虛擬仿真形式的教學(xué)勢(shì)在必行。

1 3D虛擬仿真形式教學(xué)實(shí)訓(xùn)的作用

1.1 能夠創(chuàng)建仿真的教學(xué)環(huán)境

由于3D虛擬仿真形式的實(shí)訓(xùn)課程能對(duì)實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模擬，為學(xué)生提供了良好的鍛煉環(huán)境。采用仿真技術(shù)所建立的技能訓(xùn)練，能對(duì)實(shí)際課程內(nèi)容所需要的真實(shí)環(huán)境、工藝和工具進(jìn)行全面的模擬，這樣的環(huán)境使得學(xué)生如入真實(shí)的環(huán)境，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的相應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)單元控制操作裝置和生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施采取仿真形式的操作，在這樣的模擬操作下，能夠達(dá)到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生開(kāi)展實(shí)訓(xùn)課程教育的意義[1]。

1.2 降低學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)

由于3D虛擬仿真形式的模擬課堂能對(duì)真實(shí)的教學(xué)環(huán)境進(jìn)行模仿，仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)環(huán)境，很多具有安全隱患實(shí)訓(xùn)課程無(wú)法為學(xué)生呈現(xiàn)。導(dǎo)致這樣原因的因素是高職學(xué)校的相應(yīng)設(shè)備和設(shè)施不完善，很難保障學(xué)生在實(shí)訓(xùn)階段的安全性。而3D虛擬實(shí)訓(xùn)課堂的建立和出現(xiàn)，為學(xué)校解決了這樣的問(wèn)題，在提升學(xué)生個(gè)人能力的同時(shí)，能保障學(xué)生專業(yè)技能和技術(shù)的熟練掌握，這對(duì)學(xué)生和學(xué)校具有重大的意義。另外，省去了教師在開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)中對(duì)安全方面的顧慮，能全心全意地為學(xué)生進(jìn)行示范，降低了實(shí)際操作中錯(cuò)誤操作導(dǎo)致不良后果出現(xiàn)的概率。

1.3 為學(xué)生獲得雙證書(shū)提供便利的條件

通過(guò)3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的開(kāi)展，不僅能到達(dá)以上幾種教學(xué)效果，同樣提升了實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程開(kāi)展的效率。這是由于在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)課程開(kāi)展的過(guò)程中，在課程準(zhǔn)備、教師示范和學(xué)生演練等環(huán)節(jié)中，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，每周開(kāi)展的實(shí)訓(xùn)課程的頻率較低，這樣的方式不利于學(xué)生對(duì)專業(yè)課實(shí)操能力的學(xué)習(xí)和鍛煉，延遲了學(xué)生活動(dòng)實(shí)操證書(shū)的時(shí)間。而在采用3D虛擬仿真形式的實(shí)訓(xùn)課程之后，學(xué)生得到鍛煉的頻率較高，增加了鍛煉自身專業(yè)技能的次數(shù)，提高了學(xué)生的實(shí)操的水平，進(jìn)而提升學(xué)生的獲得雙證書(shū)的概率，為學(xué)生的證書(shū)含金量的提升提供了重要的保障[2]。

2 3D虛擬仿真形式教學(xué)實(shí)訓(xùn)的建設(shè)模式

通過(guò)上文的論述得知，3D虛擬仿真形式課堂的開(kāi)展，為學(xué)生提供了較為優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)環(huán)境，提升其自身專業(yè)實(shí)際操作能力。這是由于3D虛擬仿真課堂的開(kāi)展融合了眾多先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，這樣實(shí)訓(xùn)課堂的開(kāi)展才更具有高效性。但是與此同時(shí)，也增加了學(xué)校在該方面的投資，對(duì)于普通高職院校而言，成為一種負(fù)擔(dān)?；谶@樣的狀況，學(xué)校在開(kāi)展這樣的教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中，應(yīng)借助相關(guān)合作單位的力量，開(kāi)展校企合作來(lái)為學(xué)生創(chuàng)辦更好的教學(xué)環(huán)境。例如，計(jì)算機(jī)科技公司和電氣設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，在第三方的幫助下，完成對(duì)3D虛擬仿真形式實(shí)訓(xùn)課堂的建設(shè)，這樣不僅能為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，減輕學(xué)校的經(jīng)濟(jì)投資壓力，同時(shí)也為社會(huì)培養(yǎng)了專業(yè)性較強(qiáng)的綜合型人才[3]。

3 3D虛擬仿真形式教學(xué)實(shí)訓(xùn)改革內(nèi)容探究

3.1 實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)是服務(wù)于教學(xué)活動(dòng)而設(shè)計(jì)的，通過(guò)對(duì)高職院校中相關(guān)零部件與組裝技術(shù)實(shí)際操作的聯(lián)系，進(jìn)行完全的模仿，并最終實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，為學(xué)生的使用提供便捷的服務(wù)。在這樣的教學(xué)模式中，教師可以開(kāi)展遠(yuǎn)程教學(xué)的模式。讓學(xué)生根據(jù)3D虛擬仿真課程中的內(nèi)容來(lái)鍛煉專業(yè)的技能，完成教師分發(fā)的任務(wù)，而教師也能通過(guò)這樣的平臺(tái)來(lái)完成對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)技能的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。在對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行建立的過(guò)程中，應(yīng)保障其支持介入市面上主流建模工具相應(yīng)的模型文件，通過(guò)對(duì)內(nèi)置轉(zhuǎn)換到平臺(tái)中進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，該平臺(tái)中還需要提供更多模型庫(kù)與建模的工具，同時(shí)還可以按照學(xué)校需求實(shí)現(xiàn)其他課程和專業(yè)的3D虛擬仿真課程的開(kāi)展[4]。

3.2 實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

在整個(gè)3D虛擬仿真課程開(kāi)展的過(guò)程中，存在很多不可預(yù)計(jì)的差錯(cuò)發(fā)生。因此，為了更好地避免在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)多變性的事故發(fā)生，在對(duì)3D虛擬仿真課程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)注重以下幾個(gè)方面。一是對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。為了保證各個(gè)仿真實(shí)訓(xùn)課程順利地開(kāi)展，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，應(yīng)對(duì)所有操作的流程獨(dú)立的設(shè)計(jì)，這樣能保障各個(gè)系統(tǒng)之間相互不受影響。二是將實(shí)訓(xùn)結(jié)果進(jìn)行分類設(shè)計(jì)。為了讓學(xué)生在參與實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中獲得較大的成長(zhǎng)，應(yīng)對(duì)實(shí)訓(xùn)后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，將成績(jī)合格與不合格進(jìn)行分類設(shè)計(jì)，并對(duì)當(dāng)中操作不當(dāng)?shù)牟糠殖尸F(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生明確自身存在的不足，進(jìn)而及時(shí)改正。

3.3 實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

在3D虛擬仿真課程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要使用的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾種。一是3D建模技術(shù)。由于該殊形式平臺(tái)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有仿真的效果，對(duì)3D建模技術(shù)的應(yīng)用必不可少，該種技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)三維空間進(jìn)行構(gòu)建，并構(gòu)建出三維形式的數(shù)據(jù)信息模型，能夠滿足實(shí)訓(xùn)環(huán)境下資源模型的需求。其中代表性的系統(tǒng)軟件有Maya、3Dmax。二是3D軟件編寫(xiě)程序。主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)θS物體模型進(jìn)行繪制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該模型的管理和操控，例如，位移和屬性變化。現(xiàn)階段，在市場(chǎng)上主流開(kāi)發(fā)軟件經(jīng)常使用的軟件是Unity3D，能對(duì)三維動(dòng)畫(huà)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并能支持多種不同類別的計(jì)算機(jī)腳本語(yǔ)言，具有較高的智能性[5]。

4 3D虛擬仿真形式教學(xué)實(shí)訓(xùn)形式展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，為當(dāng)前高職學(xué)校提供了有利的技術(shù)支持，同樣在科學(xué)技術(shù)和系統(tǒng)軟件的升級(jí)下，在未來(lái)的發(fā)展中，更多先進(jìn)技術(shù)將會(huì)使用在3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課堂中。采用3D虛擬仿真技術(shù)的三維立體效果模型的建立、信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互、信息屬性的抓取的特征，將對(duì)有效促進(jìn)教學(xué)實(shí)訓(xùn)后得到的教學(xué)效果，有效地解決了實(shí)訓(xùn)投資成本高、實(shí)訓(xùn)效率低、各項(xiàng)資源耗費(fèi)大和環(huán)境污染嚴(yán)重等方面的問(wèn)題。在教學(xué)理念與3D虛擬仿真技術(shù)的升級(jí)下，3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，能為現(xiàn)今更多的學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)服務(wù)，并在不斷的試驗(yàn)和修正中得到完善和提升，進(jìn)而更好地應(yīng)用到各大高職院校中，檠生實(shí)訓(xùn)課程的開(kāi)展提供技術(shù)支持。

5 結(jié)論

通過(guò)本文的論述得知，在現(xiàn)今的高職院校中，對(duì)學(xué)生開(kāi)展實(shí)訓(xùn)的教學(xué)活動(dòng)受到很大的局限，這樣不利于學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)和鍛煉。通過(guò)3D虛擬仿真形式實(shí)訓(xùn)課程的開(kāi)展，能為高職學(xué)校解決開(kāi)展實(shí)訓(xùn)課程面臨的難題?；?D虛擬仿真形式實(shí)訓(xùn)課堂具有眾多的優(yōu)勢(shì)，單靠學(xué)校擁有的資源很難順利地完成實(shí)訓(xùn)課程的改革和創(chuàng)新。因此，要借助于第三方的力量來(lái)完成對(duì)該種新型教學(xué)模式的設(shè)計(jì)。在本文的論述中，對(duì)3D虛擬仿真形式教學(xué)實(shí)訓(xùn)改革內(nèi)容進(jìn)行探究，通過(guò)對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，望能促進(jìn)D虛擬仿真形式實(shí)訓(xùn)課程的創(chuàng)新和改革，進(jìn)而為社會(huì)培養(yǎng)更多優(yōu)秀的人才。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王娟，吳永和，段曄，等.3D技術(shù)教育應(yīng)用創(chuàng)新透視[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2015，01：62-71.

[2] 梁承龍，莫品疆.建筑工程技術(shù)課程教學(xué)中虛擬實(shí)訓(xùn)室的研究與實(shí)踐[J].經(jīng)營(yíng)管理者，2015，08：372.

[3] 周鵬，潘燕.虛擬仿真技術(shù)在高職教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，05：43-45.

篇9

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)內(nèi)容；管理機(jī)制；工程管理

一、前言

工程管理虛擬仿真教學(xué)依托仿真實(shí)驗(yàn)工作環(huán)境以及仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，教學(xué)信息量大、直觀、全面、客觀，打破現(xiàn)有的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式的限制，已成為工程實(shí)踐教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)很多高等院校已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，通過(guò)對(duì)施工項(xiàng)目建立三維虛擬仿真環(huán)境，分析研究規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理中存在的問(wèn)題。因此，工程管理虛擬仿真教學(xué)的培養(yǎng)模式和運(yùn)行機(jī)制方面的研究與實(shí)踐，已成為亟待解決的問(wèn)題。

二、工程管理虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)

虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)就是高效管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享，滿足多學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。平臺(tái)整合學(xué)校購(gòu)置的實(shí)驗(yàn)軟件，通過(guò)系統(tǒng)間的無(wú)縫連接，使之達(dá)到整體的實(shí)驗(yàn)效果。開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和共享平臺(tái)的基本架構(gòu)見(jiàn)圖1。

三、工程管理虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與管理機(jī)制

1．主要仿真模塊構(gòu)成包括工程項(xiàng)目管理模塊、工程造價(jià)管理模塊、工程合同管理模塊和工程管理BIM設(shè)計(jì)實(shí)施管理綜合模塊四個(gè)部分。2．主要的功能層次構(gòu)成(1)第一層次———是專業(yè)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程入門階段的模擬仿真實(shí)踐，鞏固理論基礎(chǔ)，增強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的理解與應(yīng)用。(2)第二層次———開(kāi)放型綜合實(shí)驗(yàn)的構(gòu)成。(3)第三層次———?jiǎng)?chuàng)新科研型實(shí)驗(yàn)的構(gòu)成，以學(xué)生科研創(chuàng)新為基礎(chǔ)，以各類競(jìng)賽為切入點(diǎn)。

四、工程管理虛擬仿真實(shí)踐優(yōu)勢(shì)分析

綜合來(lái)看，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)具有以下特點(diǎn):1．情景性。全部訓(xùn)練在三維場(chǎng)景下進(jìn)行，學(xué)生模擬真實(shí)，彌補(bǔ)了下現(xiàn)場(chǎng)難的困難。2．過(guò)程性。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)以真實(shí)工程項(xiàng)目為背景，以施工工藝為主線，以技術(shù)規(guī)范為指導(dǎo)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。3．交互性。實(shí)訓(xùn)貫徹以學(xué)生為主體的思想，設(shè)有項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工組織、項(xiàng)目管理、造價(jià)分析等環(huán)節(jié)，可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下由學(xué)生自主操作，突出了技能訓(xùn)練。

五、結(jié)語(yǔ)

工程管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)面向社會(huì)變革和教學(xué)實(shí)際需求，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)一體化模式，學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力將得到增強(qiáng)。不僅能夠推進(jìn)專業(yè)課和綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐的教學(xué)需求，還對(duì)挑戰(zhàn)杯、BIM大賽等提供有力的軟硬件的支持和保障。同時(shí)，工程管理專業(yè)學(xué)生通過(guò)與企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展仿真案例教學(xué)培訓(xùn)，積極參與生產(chǎn)實(shí)踐，從而提升學(xué)生就業(yè)的能力優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn):

［1］李慧，張靜曉．開(kāi)放型工程管理專業(yè)仿真實(shí)踐教學(xué)構(gòu)建研究［J］．高等建筑教育，2012，(01):116－121．

［2］熊梅．工程管理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究與改革探討［J］．價(jià)值工程，2012，(12):237－239．

［3］鄒祝英，彭文武．仿真教學(xué)在工程教育中的應(yīng)用分析［J］．衡陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，(02):146－149．

篇10

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；材料學(xué)科

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）27-0267-02

一、引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科院校歷來(lái)特別重視的教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)材料學(xué)科高素質(zhì)人才的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的職責(zé)，尤其是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)特別明顯的材料學(xué)科更是如此。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)多數(shù)開(kāi)設(shè)材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科的高校均實(shí)行大類培養(yǎng)，對(duì)所有材料學(xué)科的本科生均開(kāi)設(shè)了諸多專業(yè)基礎(chǔ)課。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的多樣性和破壞性，其呈現(xiàn)出課時(shí)多、班級(jí)多、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多、實(shí)驗(yàn)消耗大、耗時(shí)長(zhǎng)、設(shè)備儀器復(fù)雜和占地面積較多等特征。尤其在招生規(guī)模擴(kuò)大和實(shí)行小班分組教學(xué)之后，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境越發(fā)明顯，實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)常呈現(xiàn)顧此失彼、疲于奔命的情況。

二、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問(wèn)題

當(dāng)前，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系具有一定的局限性，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）培養(yǎng)方式一成不變，學(xué)生在接受實(shí)驗(yàn)授課時(shí)為“多對(duì)一”的培養(yǎng)模式，也就是一個(gè)老師要為一個(gè)班甚至一個(gè)學(xué)院來(lái)做服務(wù)；（2）由于課時(shí)關(guān)系，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，學(xué)生的接受能力有限，難以在有限時(shí)間內(nèi)充分理解課程內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)，經(jīng)常是一知半解，課后的習(xí)題和報(bào)告冊(cè)也是草草了事，效果非常不好；（3）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上很少有參與感，親身感覺(jué)還不夠到位；（4）實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍整體水平還不夠高，個(gè)別教師長(zhǎng)期為一線實(shí)驗(yàn)操作人員，難以科學(xué)地、直觀地展示所有教學(xué)內(nèi)容，展示的深度和廣度還不夠；（5）實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源平臺(tái)各司其政，實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源沒(méi)有充分系統(tǒng)化和條理化，各個(gè)平臺(tái)上的教學(xué)資源不能得到有效共享，沒(méi)有使其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益得到最大化的利用。

三、虛擬仿真在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

近些年逐漸興起的虛擬仿真技術(shù)日益成熟，也逐漸應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)和混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)的逐漸興起可以利用計(jì)算機(jī)生成模擬環(huán)境，將多源信息的交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，能夠生成近似真實(shí)環(huán)境的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、感覺(jué)等感知信息的虛擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的混合世界體驗(yàn)，達(dá)到虛擬仿真的終極形態(tài)。美國(guó)學(xué)者Ivan Sutherland提出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念的雛形，其是利用計(jì)算機(jī)生成一種三維模擬環(huán)境，通過(guò)各種傳感設(shè)備和輸入輸出設(shè)備，使得用戶有親身經(jīng)歷的感覺(jué)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)可以使得學(xué)生在客戶端下載APP或者在電腦前就可以完成以前必須進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室才能完成的實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目。借助專用設(shè)備和虛擬仿真技術(shù)具有的多感知性和模擬的浸沒(méi)感，使得用戶感到自己以第一主角的身份存在于模擬環(huán)境中，借助理想的模擬環(huán)境完全投入到三維虛擬世界中去。而且，學(xué)生能夠在體驗(yàn)過(guò)程中感受到最為重點(diǎn)和直觀的知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率更高。同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)在力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用使得現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)不足和實(shí)驗(yàn)教師不足的情況得以緩解。而且，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程可重復(fù)性好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)掌握得更好。

四、材料學(xué)科的虛擬仿真課堂建設(shè)

1.虛擬仿真課堂構(gòu)成。材料學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課堂建設(shè)包括管理和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)兩個(gè)部分，如圖1所示，其中，管理包括材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)課堂的學(xué)生管理、實(shí)物實(shí)驗(yàn)預(yù)約申請(qǐng)和結(jié)果評(píng)定；虛擬系統(tǒng)指的是具體的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括全局演示、指導(dǎo)教師操作演示、主觀操作模擬實(shí)驗(yàn)和互動(dòng)交流四個(gè)部分。

2.虛擬仿真課堂功能。進(jìn)入虛擬仿真課堂主界面后，選擇不同模塊進(jìn)入不同的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如：《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)中的原子堆垛方式、三元相圖和《材料的力學(xué)性能》實(shí)驗(yàn)中的斷裂韌性試驗(yàn)等內(nèi)容，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都包含以下內(nèi)容：（1）全局展示：在虛擬仿真課堂開(kāi)始，對(duì)實(shí)驗(yàn)中展示具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基本原理、實(shí)驗(yàn)依據(jù)、設(shè)備操作步驟、試驗(yàn)方法制定過(guò)程、數(shù)據(jù)結(jié)果格式進(jìn)行全局展示。學(xué)生可以通過(guò)原理展示對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程有一個(gè)總體的把握。（2）指導(dǎo)教師操作演示：在掌握原理之后，實(shí)驗(yàn)教師通過(guò)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作步驟對(duì)具體的細(xì)節(jié)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的講解，利用虛擬課堂中便捷的圖文并茂的方式，使得學(xué)生快速、有效了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)結(jié)果處理方法。（3）主觀操作模擬實(shí)驗(yàn)：這一部分是整個(gè)虛擬仿真課堂的核心部分，學(xué)生在客戶端通過(guò)自行操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，操作錯(cuò)誤會(huì)及時(shí)給出錯(cuò)誤提示，并解釋原因。學(xué)生可以通過(guò)自行設(shè)置樣品尺寸、試驗(yàn)參數(shù)、變形條件、環(huán)境溫度等信息，從而得到不同的試驗(yàn)結(jié)果，并輔助以實(shí)物實(shí)驗(yàn)的視頻資料作為參考，最終提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行打分排名。（4）互動(dòng)交流：學(xué)生在虛擬仿真課堂中遇到的問(wèn)題和疑難點(diǎn)通過(guò)在線與實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行交流或者通過(guò)學(xué)生之間進(jìn)行分享，教師實(shí)時(shí)可以監(jiān)測(cè)學(xué)生的虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)度及出錯(cuò)情況，優(yōu)選出錯(cuò)率最多的部分進(jìn)行著重講解。

五、使用效果及未來(lái)展望