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高职院校虚拟仿真实训课程开发-虚拟仿真教学资源建设

发布时间:2023-05-23

编辑人:灵图互动

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虚拟仿真实训课程开发是指利用虚拟仿真技术和工具,为学生提供具有实际场景模拟和操作训练功能的在线课程资源。虚拟仿真实训课程开发基于相关专业教学需求,旨在提供一个虚拟环境,使学生能够在实际场景中进行模拟实验、实践操作和技能训练,以达到更好的学习效果和实践能力培养。是解决实验实训设施不足、设备更新缓慢、实验实训安全性问题的有效手段。

1. 虚拟仿真技术在院校教学中的应用

在一些专业的实验实训及综合创新技能培养中,有一些是训练条件不具备或难以完成的教学内容,如变电所高电压设备的运行状态巡视及倒闸作业,铁路接触网的安装调试及运行维护,牵引供电系统的高电压、大电流运行环境等真实训练环节,学生参与程度低;还有一些训练项目成本高、消耗大、不可逆、存在安全隐患等。利用虚拟仿真实训系统模拟仿真实际操作,实施“真实场景与虚拟仿真相结合”的教学模式,克服相关专业岗位面临的高空、高压、高速等危险带来的实训困难,为实际操作积累经验,提高学生的自主学习能力,为“教学做一体”提供了可实施性,也为高职院校培养高层次技术技能型人才发挥了重大作用。

2. 虚拟仿真实训课程开发的基本要求

2.1 虚拟仿真实训课程须具备两项功能

1)解决实体实验、实训条件不足的问题,利用虚拟仿真技术满足学生实验、实训的需求;

2)配合教学资源库建设,提供仿真、可视、交互的学习资料,为教师讲解新知识、展示新技术,学生课下自主学习新知识等提供参考资料。

2.2 虚拟仿真实训课程须涵盖三个层次

1)满足讲解演示、零部件认知需求的虚拟零件、虚拟装置等。这类虚拟仿真实训课程规模很小,涵盖的知识点尽可能单一,仅具有基本的交互性。主要利用此类虚拟零件、虚拟装置、虚拟工艺,讲解、演示、认知一些微观、不可见、不可拆或高危装置,或讲解一项基本的加工工艺。

2)满足单项实验要求的资源包。结合项目课程中涉及的实验项目,每个资源包能够满足一个实验项目的训练需求。

3)满足综合实训要求的虚拟仿真实训系统。该系统能够根据某个关键能力的培养要求,提供综合的、完整的、一体化的虚拟仿真实训条件,如动车驾驶实训系统。

2.3 虚拟仿真实训课程须满足五个特性

1)独立性。每个资源文件(包)都可以独立存在和运行,并针对某个相对独立的知识点、学习项目、能力训练项目等。对于小规模的虚拟仿真实训课程资源,应该能够方便地导入教学资源库并可以快速下载和调用。

2)高效性。每个资源文件(包)都可以方便地上传到教学资源库中,并可以快速下载和调用,能够快速地响应用户操作,做出正确的交互反馈。

3)自主性。在虚拟仿真教学资源文件(包)中嵌入相关的辅助学习功能,如实验指导、操作说明、错误提示、文字讲解、音视频讲解等,方便学生对虚拟设备、实验方法和步骤等进行自主学习和练习。

4)综合性。对于综合实训虚拟仿真教学资源,不仅能够涵盖课程标准中的实训内容,还要尽可能对实训结果进行自动记录和判断,指导学生纠正实验错误的方法;不仅能进行实训教学,而且能对实训的质量做出记录和评估,便于实训绩效的考核。

5)开放性。虚拟仿真实训课程建设开始时要注意便于后期的升级和后继资源的引入,在必要时也可以根据相应需要进行单元的替换。提高资源的开放性,可以尽量降低后期维护、升级的成本。

虚拟仿真实训课程开发的基本要求

3. 虚拟仿真实训课程开发要求

3.1 虚拟仿真实训课程的开发原型选择

1)在实际操作训练中所涉及的反复拆卸、不可触摸、微观、高压和危险等操作,适合开发虚拟仿真教学资源。

2)实验实训设施数量不足,无法满足项目教学要求,且购买新设备投资较大的,适合开发虚拟仿真教学资源。

3)购置真实的实验实训设备没有足够空间摆放,或者不宜布置成真实工作场景的,适合开发虚拟仿真教学资源。

4)实验实训过程中需要大量反复练习、消耗大量原材料、成本较高的,适合开发虚拟仿真教学资源。

3.2 虚拟仿真实训课程开发的注意事项

1)虚拟仿真实训课程开发要与课程内容对接。虚拟仿真教学资源不能盲目建设,或者采用简单购置的方式,应该结合能力培养需求,与课程内容对接,很好地支撑课程教学。在虚拟仿真实训课程规划建设时,应该根据课程内容和能力培养目标,明确每一个资源的规模、涵盖的知识点、交互方式等。

对于理论课、理实一体课程,要注重中小规模的虚拟演示资源包、虚拟实验资源包的建设;对于实践课程,要注重虚拟仿真实训系统的建设,以培养学生的综合应用能力。此外,虚拟仿真实训课程开发应该能够支撑精品资源共享课的资源建设,促进精品课程的网络化、共享化。

2)虚拟仿真实训课程开发要与传统教学资源对接。开发虚拟仿真实训课程时,需要与传统教学资源(文本、图片、动画、视频等)对接,在整体规划阶段就要确定好哪些内容使用传统资源,哪些内容使用虚拟仿真教学资源,使虚拟仿真教学资源与传统教学资源相辅相成、相互补充。

3)虚拟仿真实训课程开发要注意不同层次资源间的互补和重用。一方面要注重不同层次教学资源之间的互补,教学演示资源、单项实验资源、综合实训资源涵盖的知识点、技能训练目标、要求要相互关联、相互补充,又各有侧重点;另一方面,在建设过程中考虑到节约投资、加快进度,要注重研究不同层次教学资源之间的重用性。比如要考虑已开发教学演示资源能够用来制作实验资源包,实验资源包能否用来开发综合实训虚拟仿真教学资源。

4)虚拟仿真实训课程应该尽量仿真并体现真实工作环境。除了原理解释型的虚拟仿真实训课程,操作训练类、实体认知类的虚拟仿真实训课程都应该尽量仿真,与真实的实验实训设备拥有尽量一致的颜色、标签、质感、操控界面,以方便学生快速地从虚拟仿真实训课程转移到真实的实验实训设备。对于大型实训类虚拟仿真实训课程,还需要在场景规划、场景布置等方面尽量贴合真实的工作环境。

5)虚拟仿真实训课程开发应考虑二次开发问题。随着技术更新、设备更替或者项目课程的改革,教学内容和能力培养目标都会发生一定变化。因此在规划和建设虚拟教学资源时,尤其是在确定每个虚拟仿真实训课程的模块大小和接口时,应该考虑课程的动态变化,提高资源的可重用性,并尽量具备二次开发能力。

6)虚拟仿真实训课程开发过程中要不断测试和调整设计方案。由于虚拟仿真实训课程开发工作量大,投资大,开发时间长,因此在起步阶段不能求大求全、全面展开,可以先从某门课程、某个关键能力培养、某个实训设备出发,由点带面,逐步展开。开发过程中不断对已完成的工作进行测试,及时找出问题并修改,可以根据开发和测试过程中遇到的问题调整原规划设计方案。

3.3 虚拟仿真实训课程交互措施的选择

对于实体认识类虚拟仿真实训课程,可以仅具有旋转、移动、缩放等基本的交互措施;对于规模较大的实验、实训虚拟仿真实训课程,应尽量采用下面的交互措施。

1)真实设备、虚拟操作。采用计算机虚拟控制界面,通过虚拟的控制台遥控远端真实的实验设备和控制系统,进行编程、校对、启停、测试、监控等操作;同时,计算机采集远端数据,在虚拟系统中生成对应的数据、图像。比如为避免直接操作高压供电设备产生危险,学生可以利用虚拟仿真系统进行远端遥控,同时观察真实设备的操作情况进行学习。

2)虚拟设备、真实操作。控制台是仿真的或者是真实的,但是被操控的设备是由计算机虚拟出来的,学生通过真实的操作台、操作界面,控制计算机中的虚拟仿真设备,进行编程、校对、启停、测试、监控等操作;同时,计算机根据学生的操作实时生成对应的数据、图像、动画。典型的应用就是动车模式驾驶系统。

3)虚拟设备、虚拟操作。所有实验相关的设备、操作界面、操作条件等都用计算机来模拟,并以文字、图形或动画方式交互显示。这种方式只使用一台计算机就可以模拟一个或多个完整的设备和操作,实验室占地小、投资少,资源的可重复利用率高。它不仅可以控制学习情境的复杂度和逼真度,还可以弱化甚至剔除真实情境中无关的干扰因素;学生可以“随机进入”,身临其境地进行实时操作。但是要注重提高仿真的程度,让学生不仅可以“做”,还可以“亲身体验”。

虚拟仿真实训课程开发要求

4. 虚拟仿真实训课程开发的基本步骤

1)学校根据相关专业虚拟仿真实训课程开发计划,科学规划,制订年度虚拟仿真实训课程开发计划。

2)相关专业带头人、骨干教师、企业工程师联合提出虚拟仿真实训课程开发方案,并在专业内论证,重点论证虚拟仿真实训课程的数量、体系完整性、与教学需求的结合程度、交互性、制作手段等。论证结束后提交论证报告。

3)以专业为单位,聘请校外专家,开展虚拟仿真实训课程的论证报告会,重点论证建设投资、建设时限、建设可行性、不同教学资源模块之间的整合与取舍等,并提交论证报告。

4)校企合作,开展虚拟仿真实训课程开发。根据企业的人才需求确定专业培养目标,根据相关专业典型工作岗位的职业能力要求确定教学内容,最终实现“教学活动与生产过程相通”。并根据相关专业主要技术工种的技能要求设置技能训练内容,按照专业特有工种的技能标准进行训练考核,拓展实践领域、丰富教学内容,提供绿色、可靠、安全和经济的训练项目。

5)虚拟仿真实训课程的验收。评价虚拟仿真实训课程的优劣主要从制作手段(采用的开发软件、系统平台、可移植性等)、资源数量、体系完整性、操作灵活性、交互性、可管理性以及对学生的可考核性上着手。

 

虚拟仿真实训课程开发的基本步骤

虚拟仿真实训课程开发要坚持“科学规划,共享资源,突出重点,持续发展”的指导思想,针对人才培养模式、课程体系、教学内容、教学方法等进行一系列教育教学改革,使教学资源建设见成效、见特色。它能够增强学生的实践能力和技能水平,提供真实且可控的学习体验,并具备评估、迭代、资源共享和教学支持等特点,以促进教学创新和教育改革。

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