虚拟仿真技术教学范例6篇

虚拟仿真技术教学

虚拟仿真技术教学范文1

1虚拟仿真技术在基础医学教育中的应用

基础医学教育中的教学方式一般分为理论授课和实验操作两部分。其中理论教学的方式是课堂讲授加传统医学插图,学生大多感觉学习过程枯燥、不好理解、不好记忆。而利用虚拟仿真技术可以在虚拟的环境下,将人体各器官的解剖、生理学、病理学的数学模型存在数据库中,利用计算机显示屏上有意识地显示某些细节,学生可以将病人的各种病变部位分开或合在一起观察病变情况,同时可以利用此技术培养学生的人体解剖理论的认知能力。举例来说,目前解剖教学上应用的虚拟仿真人体解剖图的数字化的解剖图谱,利用这一图谱,学习者在虚拟的环境中可以自由地选择、观察、移动虚拟对象,并且虚拟的组织器官还能及时给予学习者感官上的反馈,这样就更容易理解和掌握解剖结构。比较典型的应用实例就是利用“虚拟人”数字化数据集进行三维重建,即“人体数字化解剖学”研究,创立虚拟仿真解剖学,同时提供CT、MRI及PET等方面的断层图像,进行一系列医学临床、教学及研究的虚拟模拟。具体步骤就是利用一台人体虚拟解剖电脑,教师可以讲授人体各部分结构的解剖知识,学生也可以在虚拟的组织和器官间的模拟操作感受触觉反馈,使学生更快地掌握手术要领和技术。学生在课堂上能以三维的形式看到人体数千个解剖结构的形状、位置及器官间的相互空间关系等,学习兴趣和效果显著提高。

2虚拟仿真技术在临床医学教育中的应用

在临床医学教育中,临床实践是重要的教学方式,临床实践是对医学学生动手能力培养的重要环节,加强实践技能训练已成为医学教育改革的重点。虚拟仿真技术引入医学临床实践教学是非常行之有效的教学方式。虚拟仿真技术在临床医学教育中最显著的应用是虚拟手术教学,即通过虚拟临床手术技术让学生在手术之前学习新的手术方法和流程,练习所制定的手术计划,在虚拟仿真手术之后,也能让学生温习或重复全部手术过程,并且能够对学生的临床技能进行一个客观的评定。现今医学院校的学生和教师都不能只是局限于书本的知识,必须不断地学习和提高自己的临床技能,而在实践中常会遇到教育资源有限的问题,解决这一问题行之有效的手段就是利用虚拟仿真技术模拟复制手术场景,让学生不断在虚拟现实场景中进行实践训练。这种应用虚拟仿真技术的临床实践教育方式不仅可以让教师在教学中演示不同策略的手术流程,教授学生应对各种突况、避免手术失误、降低手术风险、减少病人损伤、提高手术成功率,而且同时还节约了教育资源,具有零风险、可反复操作等优势,学生可利用它完成手术的各个操作步骤,并对操作的过程和结果进行分析和总结,达到更多地积累临床实践技巧和经验的目的。虚拟仿真技术应用于医学临床实践教学能使学生有更多接触临床的经验,可以提高学生临床技能操作的能力、临床综合诊断思维能力,还可以激发学生的学习热情和潜力,使他们能够运用课堂上所学的临床理论知识较快地掌握临床诊疗实践规律,还有利于学生职业道德和行为规范的养成。

3虚拟仿真技术在远程医学教育中的应用

在远程医学教学中,经常会由于教学设备、试验场地或教学经费等方面的原因,使得一些应该开设的教学内容无法进行。利用虚拟仿真技术可以弥补这些方面的不足,学生足不出户便可以学习各种各样的知识,获得与现场学习一样的效果,从而加深对教学内容的理解。以往对于一些医学实验,在远程医学教学过程中一般采用电视录像的方式来取代实验课程,学生无法直接参与实验,利用虚拟仿真技术进行虚拟远程医学实验,则可以增加学生动手学习的机会。虚拟仿真技术应用于远程医学教育的基础是基于远程医疗的分支网真医学,即远程呈现医学,它把专家的知识通过通讯网络传输到需要的远程位置,在远程医疗应用领域发挥其独特的优势。网真医学是虚拟仿真技术的一个全新领域,它结合了高清视频、音频和交互式组件(计算机软件和硬件),在网络上创建独特的“面对面”体验的新型技术。使用者可以进入某个共享网络空间的图形环境,以远程控制操作或观察为目的的进行人机通信和交互,用这个方法帮助医生有效地进行手术和诊疗。网真医学应用与远程教育可以确保医学生以更有效的方式进行培训,例如记录操作过程、让学生探讨操作细节并拥有沉浸于运作房间的感觉。医学学生可以进入虚拟的手术是或实验室,在虚拟环境下激励一个完整的操作过程,教师也可以将操作中常见问题反馈给学生,从而提高每个人对某个问题的训练。利用虚拟仿真技术可以创建大量的三维人体组织结构,用于医学教学。随着网络技术的飞速发展,把创建的三维医学教学资源应用与远程医学教育,可以使学习者随时随地的学习,是资源得到充分利用。虚拟仿真技术应用于远程医学教育可以将生动的动态三维场景展现给学习者,提高了教学的质量和效果。

4虚拟仿真技术在医学教育中应用的意义

医学教育注重的是直观、形象、生动,传统的医学教学往往不够生动,难以具体化,难以直接展示人体的结构,疾病发生及发展过程等教学内容,同时又存在着医学教学成本大,不可重复执行的问题,这些弊端对学生更好的掌握医学知识极为不利。为了改善原有医学教学模式中存在的这些问题,使虚拟仿真技术应用于医学教学中的教学模式意义重大,该教学模式不仅调动了学生的学习兴趣,而且将抽象的内容具体化、形象化,给学生留下深刻的记忆,也给教师在教学中提供方便,从而达到提高教学水平和科研水平的目的。

作者:姜燕 李亢 单位:湖北医药学院

参考文献:

[1]赵群,娄岩主编.医学虚拟现实技术及应用[M].北京:人民邮电出版社,2014:200-203

[2]王晓,姜燕.计算机技术在医学领域中的应用[J].科技世界,2013(18):15,30

[3]张晗.虚拟现实技术在医学教育中的应用研[D].济南:山东师范大学,2011:39-43

[4]范敏,戴培山.人体解剖生理学课程引入虚拟现实技术的教改探索[J].科技文汇,2014(10):103-104,111

虚拟仿真技术教学范文2

[关键词]虚拟仿真技术;治安教学训练

应用型人才是公安院校人才培养工作的目标,而实践能力是人才培养工作的重要内容,治安课程是建立在治安专业理论基础上的应用性课程,具有较强的实践性,治安专业在实践能力训练中却大量存在实战训练中的高度危险性以及不可及、不可逆的训练环境条件和内容(比如处置、事故现场处置和暴力犯罪的处置、巡逻盘查等),这为发展治安学虚拟仿真实验教学提供了需求和空间。虚拟仿真技术是计算机、智能、传感、图像处理与模式识别、音响与语音处理、网络等多个领域技术的综合性技术。迅速发展的现代教育训练技术把虚拟仿真技术引入到了实践性的教育训练中,使传统的教育模式进一步得到改变,也使得教与学的方式发生了革命性的变化。治安管理虚拟训练系统主要用于公安院校治安专业学员和公安干警岗位能力训练,为公安院校创新开展实训教学提供有效支持。基于虚拟仿真技术内涵分析,探讨治安课程虚拟仿真训练环境设计以及在治安教学领域中的应用前景。

一、虚拟现实及相关技术

(一)虚拟现实概念及特点解析

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR,又称灵境),是指以计算机技术为核心的现代高技术生成融视觉、听觉、触觉等多位一体的虚拟环境,使用者利用匹配的设备以现实的方式与虚拟环境中的对象进行自然交互,从而让使用者会形成亲临真实环境的体验。虚拟环境指利用计算机建构的有逼真色彩的立体几何图像,它既可以是某特定的真实环境,也可以是能够满足使用者需求的虚构虚拟环境。匹配的设备指穿戴于使用者身上或置于使用环境中的传感装置。比如:头盔式显示器、数据手套等设备。自然交互是指用现实活动方式对虚拟环境内的对象进行互动并得到实时反馈,如使用者运动等。虚拟现实具有的三个特点。

一是沉浸性。虚拟仿真技术的沉浸性是其在训练领域的应用技术最突出的特点,运用该技术使受训者能全身心进入到建构的虚拟环境中,调动其感觉器官达到同真实环境相似或相同的逼真程度,成为知识掌握、能力训练直接w验化的工具。这种逼真体验不是获得的间接经验,而是受训者在逼真模拟情境中通过自身的体验获得的直接经验,因此,利用虚拟仿真技术使受训者获得的知识和能力效果最好的。

二是交互性。交互性是虚拟现实技术不同于其它媒体技术的重要特征,体现虚拟现实技术创设的是一个开放的互动性人机环境,利用先进的人机接口,通过多样受训者感觉通道的实时模拟交互,当使用者做出如手控、语言命令等相应的操作时,创设的情景里能具有相应的回应。因此,交互性是指使用者对创设的情景的可操作度和从情景里获得到回应的实时性。

三是构想性。构想性特征反映了虚拟现实技术运用具有无限宽广的想象范围,可拓展人的认知广度与深度,可任意构想现实不存在或是发生可能性小的情景。

随着虚拟仿真技术的在教育训练中的运用,虚拟仿真技术的沉浸感、交互性、构想性三属性,提高了受训者的综合能力培养效率。

(二)虚拟现实技术

1.利用三维建模技术,构建虚拟训练环境。三维建模技术需要CAD和视觉建模等技术的结合,以此提高数据获取的效率,当然在构建虚拟环境中更多需要采用视觉建模技术。而对象物体的三维模型是三维模型建构的基础。在治安学针对治安管理中的虚拟三维训练环境建构,通过建构相应的管理、处置环境图库,包括处置背景、场景、各种警用装备和处置人员等,为使用者创造一种变化多样、逼近真实的立体环境,使用者能够有置身其中的临场感觉。在训练中,可以采用综合了照片、影像和现实街区数字地形数据等生成处置区域三维立体环境,以几乎一致的三维环境来训练执行处置任务的学员,可以提高执行任务的效率。

2.交互技术。虚拟现实系统运用的交互技术主要功能是对物体和各种输入的处理。用户要完成的任务通过仿真引擎输送到虚拟空间,并计算完成动作并呈现在虚拟环境中。虚拟现实中的人机交互方式多样,可以通过计算输入设备,也可利用数据手套、跟踪器、三维探针、操作杆等交互技术等。比如:数据衣、手套可计算出身体、手的空间位置和状态,关节的位置和方向可通过手指动作以及各个部位传感器来确定,为使用者提供真实的三维交互方式,从而实现对虚拟环境中物体的操作,数据手套是VR系统常用的交互设备。

3.传感技术。传感技术包括定位、跟踪、感知反馈等技术。虚拟环境用户的定位和跟踪主要是通过空间传感器来确定。跟踪系统由发射和接收器、电子部件等构成。比如,声音跟踪可以包括多个发射、接受和控制单元,它可以与其它设备相连,如,数据衣和手套等。视觉跟踪技术是跟踪投影在图像投影平面不同时刻和不同位置上的光,确定跟踪对象的空间动静状态。感知反馈是使用者感知图像、声音、作用力等的过程。视觉反馈包括实体造型、光照模型、消影、纹理影射等内容。立体视觉反馈显示器可以使用者两眼呈现视差的平面图像合成并呈现立体视觉反馈。

4.计算处理技术。计算处理技术具有快计算、大储存能力、强处理能力属性,主要包括数据转换与预处理、实时仿真图像生成与显示、声音合成、多维信息数据融合、转换、压缩以及数据库的生成、模式识别以及信息检测、合成和识别、分布式与并行计算等综合性计算技术。可以说虚拟现实系统是以高性能计算技术为核心的创新科技,是系统性能强弱的根本。

二、虚拟治安管理训练模块及环境设计

(一)虚拟治安管理主要训练模块

虚拟治安管理训练模块,采用虚拟现实三维仿真引擎进行开发,主要模拟接处警、公共安全危机处置和消防仿真演练的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程。以工作流程为主线,以交互的方式进行教学实训。主要开发以下实训模块:一是接处警教学实训模块。包括接警、处警、现场控制和现场制止违法犯罪行为等三维交互教学实训子系统。二是公共安全危机管理教学实训模块。包括了群体性危机事件处置、恐怖袭击危机事件处置、公共事故灾难危机事件处理等三维交互教学实训子系统。三是消防仿真应急演练模块。包括演练培训与考核、消防监督检查、消防装备与灭火技术、火灾救援指挥等三维交互教学实训子系统、应急疏散等三维交互教学实训子系统以及通过动作捕捉系统进行交互演练的半实物实训系统。

(二)虚拟治安管理训练环境设计

虚拟现实技术与治安管理实训相结合,可以产生虚拟治安管理及相关问题处理环境,这样的仿真世界如同身临其境,操作者能够进入该环境,直接参与该环境中事物的变化过程并能互动。虚拟治安问题处理环境设计这是基于治安问题分析模型、治安问题处理等虚拟现实,是呈现治安管理及问题处理系统的三维空间和处理过程的虚拟仿真环境,训练者可以根据构想和意愿去构建完善治安管理及问题处理时空关系、分析和处置模型等,并能实时检测交互结果,通过循环性反馈结果获取规律性认识。

一个高效虚拟现实系统,都需要设计模型、处理数据、分析评估等程序。当然,治安管理及相关问题处理虚拟现实系统也需要。根据虚拟现实系统的三属性及其之间关系,可以将治安管理及相关问题处理虚拟现实系统训练看着为一个空间系统,由治安管理相关载体和物理条件所构成。

通过虚拟现实系统实现环境逼真模拟,首先要进行治安管理及相关问题处理环境设计,即将治安管理及相关问题处理环境进行数字处理,这种把环境建构处理成符合治安管理及相关问题处理模拟训练要求的设计过程,就是治安管理环境的仿真设计。为了能够真实模拟治安管理及相关问题处理过程,就需要经过设计使用和验证过程,以保证模拟效果和质量。

治安管理虚拟训练系统涉及数据处理和感知虚拟现实。通过治安管理及相关问题处理数据来识别虚拟环境,并将其模型化,也就是将虚拟环境数据转变为计算机认知虚拟环境模型。虚拟环境感知是以运用虚拟环境影像、声音等内容呈现治安管理环境,训练者运用操作系统体验感觉管理环境,实现现场情况观察、态势走向把握以及决策辅助的目的,并评估和接受感知结果。治安管理虚拟训练系统是以数据处理虚拟仿真为核心,由于模型驱动导致数据信息变化可通过虚拟环境感知转递到训练者,同时,人机交互也可改变数据处理的结果。

建立虚拟治安管理环境需要现实调研获得特征数据。特征数据拥有精确坐标和特征编码,用于表现虚拟现实环境,比如建筑、道路、广场等。对于虚拟三维环境设计,要根据标准数据生成街区等公共场所中的静态以及运动物体,然后覆盖纹理,生成虚拟场景。对于治安管理环境,可以用航拍照片和特征纹理的方法建模,纹理可以通过扫描用数字相机拍摄场景照片和手工绘制图片生成,三维模型建立完成后,可以进行特殊效果处理。

三、虚拟现实在治安学中的应用前景

高速发展的信息技术,虚拟现实与GIS技术的有效结合实现了虚拟仿真,治安管理及问题处理训练仿真系统就是利用虚拟现实和GIS技术的仿真系统。近年来,公安院校大力加强校内外实践教学,虚拟仿真实验教学是公安院校实践教学建设的重要内容,是公安实战能力的重要基础。虚拟现实技术创造了一个新的训练环境,将训练领域和结果接近真实的展示,使其沉浸于其中,激发训练创造性思维,这将学生技能提高到一个前所未有的水平,通过虚拟仿真实验教学,也促进治安学实践教学的整体素质和教育水平。

(一)学生的教育训练

虚拟现实技术运用于教育训练,将更能引起受教育者的兴趣,提高教学训练效果。对治安学有关的教育训练,传统的治安专业知识大都以教科书来呈现,通过讲授以及借助于文字案例、有关的视频等教学工具来实现,但如能借助于虚拟现实技术,就可以将直观的综合性治安信息搭建模型,利用虚拟现实系统的功能系统,让受训者通过一次次足不出户的虚拟经历就能置身于治安问题处理和能力训练。治安学虚拟仿真训练主要结合接处警、公共安全危机处置、公共场所治安防控、治安事故现场处置等,包括的内容涵盖人群管控、违法犯罪的现场制止、公共安全危机管理、治安秩序管控、应急救援等教学训练模块,每个模块根据实际工作内容的复杂程度和工作量的大小不同定制开发一个或多个虚拟三维仿真模拟场景,旨在尽可能真实的还原公共安全工作的真实环境和人物行为,让参训者沉浸在高仿真的环境中,产生身临其境的感观体验,从而达到最佳的教学实训效果。目前,公安院校在处置训练上存在较多问题,由于受现实训练条件限制,实训展开次数少,如果训练操作不当还可能出现危险,如果运用仿真系统实现模拟发生及处置全过程,可以实现训练者在场景中沉浸,并能运用多种方法控制现场、处置事态,观察处置中的变化过程,可以让处置训练者体验并学习到如何对各种处置环节和情形做出反应,并且对处置结果进行直观评价。

(二)研究者理论研究

虚拟现实技术为治安学理论研究提供了特殊手段和方法,利用它可以为治安学理论进行全过程研究,让学者完全沉浸于计算机环境中的三维场景,充分表达学者构想,并得到构想形成的结果,获得规律性的认识。特别是一些难以记忆、掌握的统计数据可以转换成直观性强三维图形图像,寻找各种治安现象之间的关系,更能理解和把握,达到研究目的。比如警察巡逻规划和治安防控制w系建设研究。

(三)课程虚拟实验

利用虚拟现实技术可创建一个基于计算机为核心的虚拟实验平台,利用虚拟仿真技术进行技能训练、虚拟实验,创设的虚拟环境的演示物可摆脱实验室所需昂贵的器材,降低实验成本,而实验效果基本接近现实技能训练的教学效果。对于不具备现实条件开展训练的项目,也能在此环境实现。比如:对公共场所危爆物品处置,传统的教学训练主要依靠讲授和视频展开,而虚拟现实技术提供体验公共场所危爆物品的处置现实环境,并将结果呈现以此检验科学性、合理性。

(四)治安实践应用

虚拟仿真技术教学范文3

关键词:虚拟仿真技术;市政工程技术;实践教学

中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)45-0257-03

Abstract:Occupation education is employment oriented education,vocational education is the core problem of occupation education in higher vocational colleges,how to better complete municipal engineering technology students practice teaching is an important issue at present,with the rapid development of virtual simulation technology and application in high vocational colleges practical teaching,greatly accelerated the modernization of education in the process,improve the level and quality of practice teaching,practical teaching itself also has a very important theoretical and practical significance,this technology can also be used to the application in the practice of municipal engineering technology professional teaching.

Keywords:Virtual simulation technology,Municipal Engineering Technology,Practice Teaching

职业学校市政工程技术专业课程教学是融专业理论基础知识的学习与实践教学于一体的学科,具有较强的实践性。面向企业、市场根据其所需,强化专业实践教学功能,为企业与市场培养应用技术型实用人才,是当前市政工程技术专业教学的主要任务。市政工程专业人才的培养离不开技能的实训,但是由于施工档期、条件、交通、安全等条件的限制,大多数的实训环节不得不在校内解决,然而校内实训也仅限于土工实训、钢筋实训、砌筑实训等一些基本的基础操作,并没有涉及到像桩基础的施工一样的整个工程施工操作流程及施工工艺,而对于市政工程专业,道路的施工技术、管道的施工技术以及桥涵的施工技术这三门专业课程的实践教学对于培养学生的专业技能来说是至关重要的,如何实现这三门课程的实践教学是我们职业教育市政工程专业要重点考虑的问题。

一、虚拟仿真教学及其特点

虚拟仿真教学[1]是随着计算机虚拟现实技术和仿真技术在教育中的应用而逐渐发展起来的一种计算机辅助教学方式。虚拟现实技术[2]是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境。用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互并相互影响,从而获得身临其境的感受和体验。虚拟仿真教学就是基于虚拟现实技术所生成的虚拟仿真环境,并依据真实环境中的相关理论和实践操作规程在虚拟仿真环境中进行相应的设计、操作、验证和运行等的教学方式。

虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心,具有如下特点[3]。

1.打破时空限制,具有灵活性。虚拟仿真教学可以摆脱传统现场教学地点固定、时间有限、设备不足和内容难改的局面,学生只要在计算机中安装了虚拟仿真软件,就可以把虚拟仿真教学延伸到教室、宿舍甚至家庭,随时随地的运用虚拟仿真教学软件进行学习和探索,突破了时间和空间的限制,使学习变得更加灵活。

2.节约教学成本,具有高效性。虚拟仿真教学与实物教学相比,设备和资金投入少,更新、维护方便。学生在虚拟仿真教学平台上,无需完成实物教学中的许多重复性工作,缩短了学生完成工作任务的时间。同时,针对存在的问题还可进行反复的操作训练,也不用考虑设备的损坏和材料的消耗,极大地节约教学成本,提高了学习效率。

3.避免各种危险,具有安全性。众所周知,土工工程等企业由于生产规模庞大,并且具有高温、环境恶劣、噪声高、施工条件复杂多等特点,使现场教学存在较大的危险。而虚拟仿真教学,可以使学生沉浸在仿真实训室的虚拟仿真环境中,身临其境地去完成各种危险的或对人体有害的操作,而不用担心操作失误所带来的各种危险,消除学生的思想顾虑,减少误操作的几率,提高操作质量。

4.激发学习兴趣,具有自主性。虚拟仿真教学可以调动学生学习的积极性和主动性。学生在虚拟仿真教学环境中,自主控制学习行为,完成学习任务,在自主学习和协作学习的过程中获得全新的感受,启发学生思维,激发学习兴趣,充分体现学习的自主性。

这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练,为解决职业教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。

二、虚拟仿真实训教学发展现状

虚拟仿真实训教学技术源于国外,在国外已经取得广泛的应用,也发展到了一个相对较高的水平。国内高职院校也在大力发展虚拟仿真实训教学,并取得了一定的进展,很多高职院校都建立了虚拟仿真实训室。一些社会资源也投入到虚拟仿真实训教学软件的开发之中,专门从事虚拟仿真教学系统开发的企业也应运而生。

目前,高职院校很多专业,如数控技术、焊接技术、机电技术、食品加工、服装设计等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式[4]。国内陆续成立了一些开发虚拟仿真教学软件的公司,开发出一些仿真教学软件平台,如广州迪客信息科技有限公司为物流、市场营销和电子商务等专业提供了虚拟仿真实训教学软件。部分高职院校采购了虚拟仿真软件公司的产品,为学校虚拟仿真实践教学的发展注入了新的活力。

随着虚拟仿真实训技术的发展,实训教学内容、实训教学手段、实训教学设备也将发生新的变革,传统的校内、外实训基地模式也将向着校内、外实训基地与虚拟仿真实训相结合的实训模式方向发展。只有制订虚实结合、融人信息化要素的实训基地建设方案,才能符合职业教育教学技能实训规律,实现智能化实训教学的目的,使学生提早了解工厂、了解岗位、了解工作环境。虚拟仿真实训教学软件可以再现岗位、现场、作业过程,为职业教育课程改革提供了重要的支撑。

虚拟仿真教学的另一个重要功能是它能够满足学生自我测试学习成绩的客观需求[5],同时,教师也可以通过随机搜索达到即时考核的目的,随时监控学生的学习状态,分析学生在线学习能力,等等。这种形式各异、种类繁多和评价标准与社会接轨的考试考核,能够调动学生学习的自觉性,激发其学习热情。

三、虚拟仿真教学在市政工程专业教学中应用的可能性

伴随着国家示范性学校建设工作的展开,苏州建设交通高等职业技术学校在建筑工程技术专业中也与虚拟仿真教学软件开发公司合作开发了建筑工程虚拟仿真实训教学系统软件,该仿真教学系统以分部分项工程为基础,设计了22个较为典型的分项工程的施工工艺仿真操作,其内容包含地基与基础施工工艺仿真系统、砌体结构工程施工工艺仿真系统、混凝土结构工程施工工艺仿真系统、脚手架施工工艺仿真系统等,并且还在进一步的完善过程中。整个仿真教学系统以实际工程项目为主线,以施工任务为引领,突出技能训练;强调职场情景,全部在三维场景下进行,重视教学设计,不同的知识单元含有诸如教学资源、工程图纸、施工准备、规范及标准等多种情境和技能训练教学模块。

运用现代虚拟仿真技术,把工程现场情景化,创造了施工过程交互性的功能,能很好的解决当前土建类专业的传统教学难题。这种实训教学方式的应用只需学生在计算机中安装虚拟仿真软件,就可以把虚拟仿真教学延伸到教室、宿舍甚至家庭,随时随地运用虚拟仿真教学软件进行学习和探索,打破了时空的限制,具有灵活性。与实训基地教学相比,设备和资金投入少,更新、维护方便,无需完成实物教学中的许多重复性工作,缩短了学生完成工作任务的时间,针对存在的问题还可进行反复的操作训练,不用考虑设备的损坏和材料的消耗,极大地节约了教学成本,提高了学习效率。

高职市政工程技术专业与建筑工程技术专业存在很多共同点,比如职业岗位生产环境复杂、生产设备庞大昂贵且危险性大等。企业出于经济效益和安全考虑,不可能同意将课程的全部教学内容都安排在生产现场,学校也不可能将生产车间搬进课堂,工学结合问题较为突出。在高职市政工程技术专业实训教学环节中引入虚拟仿真技术,不仅能够降低教学成本,还能以其广泛的适用性、开放性等特点,丰富教学形式,优化教学效果,加快高素质技能型人才培养的速度和质量。另外,虚拟仿真实训教学技术的应用对于革新高职市政工程专业教学理念、推动高职市政工程专业实训教学改革、解决部分实训教学难题等方面都有非常重要的意义。无论作为一种教学技术,还是作为独立的教学媒介,虚拟仿真技术都是非常重要的教学手段,在市政工程专业中应用前景十分广阔,亟待进一步开发利用。

参考文献:

[1]王金岗,林磊.工学结合模式下虚拟仿真教学系统设计[J].职教论坛,2013,(13):26-29.

[2]李金国,杨林生,李云贵.虚拟现实技术应用于高职模具实训教学的有效性探究[J].职教论坛,2010,(3):69-71.

[3]杜一宁.虚拟实验的研究现状以及在教学中的意义[J].浙江海洋学院学报,2010,29(4):390-393.

[4]林徐润,段虎.虚拟仿真技术在高职实训教学中的应用[J].深圳信息职业技术学院学报,2012,6(2):21-24.

[5]吴勇.以信息化与虚拟仿真推动职业教育教学改革[J].广州城市职业学院学报,2011,5(4):22-25.

虚拟仿真技术教学范文4

计算机虚拟仿真技术、高职院校、强电、实训教学

【中图分类号】G434文献标识码:B文章编号:1673-8005(2013)02-0289-02

随着我国社会主义市场经济和自动化行业的迅速发展,社会及企业对技能人才的知识与技能结构提出了更高的需求,要求高等职业院校学生既要有一定的理论知识又要有很强的实际操作能力。为了完成这一任务,高职院校将计算机虚拟仿真技术引入到实训教学中来。以强电方面教学为例,它的教学内容大部分都涉及到动手,而对电本身来说它是具有一定危险性的,因此在学校的教学过程中,学生不会真正接触到强电,那么在真正的工作中势必要遇到一些问题。

1传统强电实训教学方式的弊端

传统的强电实训课程过程中我们会发现一些问题。首先,强电的操作台实习设备昂贵,设备数量是永远无法满足学生实际需要的,即使是进行了分组合作的方式。其次,教材所涉及的设备系统和型号是多元与广泛的,而实验实习设备的系统无法配齐。再次,真实设备的作用给初次接触实验和实训的学生操作带来很大的压力和人身安全隐患,特别是在通电的情况下这样的问题就更明显了。

2计算机虚拟仿真技术的特点与在强电实训教学中的应用

计算机虚拟仿真技术是借助于计算机技术及硬件设备,实现一种人可以通过一定感知方式所感受到的虚拟环境,提供给人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式。改变了过去人类除了亲身经历,就只能间接了解环境的模式,从而有效地扩展了人类的认知手段和领域。在通过多个阶段的强电虚拟仿真软件教学应用实践和思考后。我认为其对现实教学可以产生以下几个方面的积极影响。

2.1 计算机虚拟仿真技术建立了全新的学习情景--彻底打破了空间、时间的限制。任何强电实验设备的原理和结构,学生开始基本都不具备相应知识基础,在利用虚拟现实技术后,不但可以将设备外部信息直观地展示给学生,甚至可以进入设备的内部进行观察,生动直观的感受与学习。

2.2 计算机虚拟仿真技术节约了教育成本--实现低耗、高效与环保、可持续发展。传统的操作培训中,强电方面的教学都是在尽可能的利用真实的设备。这些设备种类型号繁多,价格也比较贵,因此不可能准备太多。计算机虚拟现实技术引入后,从现实意义上节约了成本,从长远看更是有利于整个行业的环境保护和可持续发展,意义重大深远。

2.3 计算机虚拟仿真技术建立绝对安全环境--实现文明、安全操作。计算机虚拟仿真系统引入后,不会因为学生的错误操作而损坏操作台,更不会造成人身伤害,学生可以大胆地独立进行学习。这样使学生可以进行自主学习,具有一定的学习趣味性,也相应提高了学生的学习积极性,降低了教师的工作强度。

2.4 计算机虚拟仿真技术便于教学--合理组织教学与标准化考核。虚拟仿真技术使得教师可以以广播的方式在每个学生的屏幕上演示其教学内容,使所有学生均能看清楚每个动作细节并进行模仿。

3计算机虚拟仿真技术应用中的注意事项

3.1 要结合学校条件与教材实际,选择合理、系统、功能完善的仿真软件,明确虚拟与现实的差异,特别是对系统欠缺和不完善功能的了解,教学中做到避免系统、型号与功能混乱。

3.2 应该合理安排虚拟仿真学习阶段,一般情况安排在强电学习的初学阶段,学习完线路焊接后为好。

3.3 要在仿真系统学习过程中按实际操作的规范要求严格进行,且不可因为虚拟而不负责任地进行野蛮随意操作,养成不良习惯。

总之,随着计算机技术的发展,必将推动着虚拟仿真技术的不断完善,计算机虚拟仿真技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展,并且与互联网的有机结合将是必然趋势。计算机虚拟仿真技术作为一种新型的教学媒体,它的性能更通用,功能更齐全,成本更低廉,更加逼真的逼真的还原了强电实践应用中场景,这种新的教学媒体必将广泛应用于强电和相关专业的教育教学中来,最终在现代化技术教育领域中发挥其重要作用。

参考文献

[1]贺雪晨等. 《虚拟现实技术应用教程 》 清华大学出版社,2012-06-01

虚拟仿真技术教学范文5

关键词:虚拟仿真;海军院校;教学

中图分类号:G726 文献标识码:A

近年来,海军装备不断推陈出新、海军和平时期使命任务呈多元化发展如海外护航、撤离侨民、联合演习等,对建设海军新型高素质军事人才赋予了新的时代内涵。时展的新形势正迫使海军院校加快培养现代化、信息化条件下的新型军事人才。尤其在全军十五次院校会议之后,任职教育在海军院校教育中的占比呈快速增长的态势,培养能打仗、打胜仗的军事人才已成为海军院校的当务之急。

应用现代化技术为基础的教学,能够革新海军院校的教育内容、方法,适应时展的需求。虚拟仿真技术作为现代化教学的重要手段,是实现海军院校教育改革的强有力支撑。世界发达国家军事院校作为依托虚拟仿真技术教学的先行者,积累了丰富的经验并取得了很大的成效。以美国军事院校为代表的欧美国家十分重视利用模拟仿真手段开展教学活动,美国海军院校使用计算机模拟装备对实装系统进行复制,使学员可以在高度真实的虚拟仿真环境中对装备进行认知、操作、维修等;对海军飞行员培养过程中采用浸入式模拟驾驶方式,让学习和训练打破时间和空间限制;现代化的模拟器还被用于潜艇和水面舰艇学校,已建成了驾驶训练模拟设备,学员可以模拟在低能见度等复杂海况时舰只安全进出港,美军院校还试图利用现代化手段建立“海上课堂”。俄罗斯库兹涅佐夫海军学院建立“海洋”计算机虚拟仿真演习系统,该系统可以让学员与教员进行对抗演习,既可进行单舰、单艇的战术对抗,也可进行舰队和海上舰艇编队司令部的合练。通过训练和演习,加强学员对世界各海区作战情况的认识,极大提高学员的实战和指挥能力。

虚拟仿真技术的应用为海军院校教学的改革开辟了一条新思路。为此,本文首先剖析海军院校教学的现状及存在的问题。然后,具体探讨虚拟仿真技术在海军院校理论教学、实践教学和学员创新能力培养中的应用。

一、当前海军院校教学中存在的不足

(一)当前教学模式与部队实战化需求错位

随着我国海军发展步伐由近海向远洋的加速推进、海军的新装备不断入役、使命任务不断调整,急需能够适应海军发展的新型军事人才。但现在军校基本还是沿用以前的教学体系,此教学体系已不能适应海军岗位需求的变化。当前的军校教育仍存在重理论,轻实践的现状,教员只能花费大量的时间进行理论讲授,导致讲课的效率比较低,学员的理解也往往是一知半解。虽然全军院校对任职教育的研究逐渐深入,但任职教育的方式仍然笼罩在传统教学模式的阴影下,这些都与部队的现实需求存在明显错位。在海军高速发展的形势下,各部队求贤若渴,都希望刚从军校毕业的学员能够尽快独当一面。这就要求军校学员刚毕业就要承担起针对性极强的装备操作、维护等工作,满足第一任职的需求。但军校教育中,理论教学和实践教学不匹配,装备实践环节的教学仍然不足,学员没有充分的机会经历针对性强的装备实践教学,很难顺利适应毕业后的第一任职需求。任职教育在海军院校中的地位正日益凸显,但任职教育的多层次、宽口径等特点,也给教育方式提出了新的挑战。任职教育涵盖了士兵、士官、军官等不同层次的教学任务,有些学员因基础差、年龄和心理等特点大多排斥概念、原理方面等陈述性知识,尤其理论偏深的知识点,学员难以理解。对于实际动手实践的课程,这些学员往往有浓厚的兴趣。教学方法和教学手段也没有及时跟上时展的步伐,对于一个飞速发展的信息时代,一本教案加一份课件已经不能满足当前军校学员的学习需求。显而易见,当前这种定位不清,不能与时俱进的教学模式,已经难以适应军队发展对新型军事人才的要求。

(二)教学装备的发展与海军实战化装备发展严重滞后

近年来,高等院校的不断扩招以及海军院校任职教育任务日益加重,军校教学仪器和设备的建设却没有跟上不断增长的教学需求。教学仪器设备无论在数量上还是质量上,都存在着明显的滞后性。教学仪器设备短缺使得很多需要教学实践的地方,仅由教员进行演示教学,很难让学员吃透重点、难点。即使能够开出比较复杂和专业性的实验,因设备数量不足,使得众多学员围绕着一台设备,很难让每名学员独自动手操作,呈现出的学习效果参差不齐。随着现代化步伐加快,海军新型装备正不断列装,院校的很多教学仪器设备、软硬件等教学资源,可能刚配置到院校不久,就因新技术变革和人才培养目标的转变而面临“下岗”。院校通过改造升级,可以在一定程度上延续这些教学设备的生命力,但毕竟治标不治本。然而,如果通过重新配置新的教学设备,又会造成本来有限的教学资源浪费,因此如何让老设备焕发新活力,是非常值得研究的问题。同时,由于经费等一些客观条件的限制,很多购置的教学设备尤其是大型教学设备,一般都会使用到报废期限为止,虽然能够满足一些基本的教学功能,但是和现役装备已经相差甚远。另外,一些教学设备在频繁操作以及误操作过程中,若得不到有效的维护和更换,容易使得设备老化,甚至出现破损,严重影响正常的教学活动开展。因此,要达到教育部提出的“院校教学设备保持同期服役装备水平,并具有一定的超前性”要求仍然有很大的差距,这种差距在海军院校中显得尤为突出。

(三)实训教学开设困难

军队院校对实训教学的要求呈日益增加的态势,且实训教学的要求越来越高,但通常因教学装备、教学场地、经费等条件的限制,很多实训教学无法开展,即使开展也难以保证教学效果。为此,很多院校放弃了相关实训课程的建设,这就会造成学员只会纸上谈兵,严重影响学员专业实践能力。以动力工程专业为例,大型动力设备的操作、维护、检修等工作是该专业学员第一任职基本能力需求。但目前院校中基本没有完整运行的此类大型动力设备,操作运行训练无法实现,学员实习时间又有限,根本达不到学习的目的。动力设备的维护、检修,尤其发生在特定的故障条件下,很多故障在正常设备上是难以重现的。这就导致在实际装备运行中,一旦出现故障只能是随机应变、临场决策,这会给装备运行带来很大的不确定性。军校一些实训教学中,会有一些具有危险性的项目,导致实训教学危险性高的问题,比如许多装备需要供电,学员具有潜在的触电危险;武器装备课中的枪械操作,实弹射击训练、火炮射击、导弹发射均具有较大的危险性;大型机电设备操作,在高温、高压、高噪声环境下,也存在较大的危险。在危险环境下进行教学,因学员较多,教员难以全面掌握学员的整个教学过程,给安全问题埋下隐患;学员理论基础知识不牢、安全意识不强等,会造成操作不当而引起严重的安全事故,学员安全意识过强又会导致不敢操作。可见,传统实训教学模式下,教员难以帮助学员掌握岗位需要的工作技能。

(四)时间和空间受限、成本高昂

受到时间和空间的限制,很多教学活动难以有效地开展。一方面,一些教学活动很难在短时间内完成,比如舰艇动力设备的热力监控,装备振动、噪声监控教学过程经过数小时才能观察到结果;舰艇蒸汽动力推进系统运行管理的教学,需要综合考虑设计工况、特殊工况等,整个学习过程需经过几天时间才能认识动力系统的内在规律;舰艇典型设备的操作、舰艇操纵训练等往往要几个月的时间;还有一些核潜艇的核反应堆相关教学需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程。另一方面,教学过程可能难以深入到事物或对象的内部,观察内部结构,不利于学员对所学内容的理解,如核反应堆内部结构组成、各组件的连接情况以及运行过程中各部件的功能实现、相互之间作用形式。受空域和场地限制、成本等限制,一些教学训练真实场景不易还原,如舰艇在不同海区,不同季节、海况下航行特点的教学。现代的课堂教学涵盖了小到原子,大到宇宙天体,许多知识点都是抽象的,传统的课堂教学很难让学员深入理解。

二、虚拟仿真技术在海军院校教学中的应用

当前海军院校教学中存在的不足限制了新形势下诸多教学活动的有效开展,不能很好地适应军校人才培养的新目标,教员和学员都在呼唤新型教学模式的出现。依托虚拟仿真技术的教学模式的发展,为军校教学的改革带来了新的契机。虚拟仿真技术是用计算机和专用设备等工具,模拟现实世界的物体、系统运行规律、环境的技术,具有多感知、临境感,交互性、自主性等特点。因此,虚拟仿真技术在教学中的应用可以为教员和学员塑造一个全新的教与学的环境,可贯穿基础理论课、专业基础课、实践教学课等整个教学课程体系,并覆盖本科学员、任职教育学员、研究生等所有的学习群体。

(一)虚拟仿真技术在海军院校理论课教学中的应用

军校理论基础课的知识内容涵盖面广,知识重点、难点和抽象的概念较多,学员不易理解。以虚拟仿真技术配合理论课教学,能提供图文并茂、形声兼备和丰富多彩的多种感官综合刺激,将抽象问题形象化、复杂问题简单化,让学员从思维、情感和行为三个方面参与教学活动,既可以让学员深刻地理解理论知识的要点,又能够吸引学员主动探索知识。比如,基础课学习阶段,数学、物理、化学等课程都可以加入虚拟仿真内容,加深学员的理解。数学课上公式比较多,很多公式有其对应的物理意义,此时可通过仿真以曲线、波形等可视化的方式直观表现出来;物理课上,能和功的转换,振动理论中的节点、频率、振幅等概念,化学课上的布朗运动等知识点都可以用生动形象的仿真动画来模拟。

随着军校人才培养目标向培养新型综合素质军事人才的转变以及海军装备加速列装,迫使学员要在更短的时间内掌握扎实的专业基础知识。军校专业基础课特别是舰船装备相关课程,一般都是针对具体装备需要,这就要求学员对具体装备或系统有一定整体、深入的认知。因此,教员通常安排学员对实装进行结构认知,因时间有限、没有理论作为支撑,学员往往是走马观花,对学习对象看不透、看不全。许多理论知识需要结合实装进行讲解,又不可能将大型设备、整个系统搬到课堂上,这很容易导致学员学习不深入。虚拟仿真技术可以模拟小到原子,大到天体几乎所有学习对象,能够逼真的呈现出装备仿真实体模型和分处于不同空间的系统,真正实现将大型设备或系统搬上课堂。学员可以360°全方位对学习对象进行仔细观察,还可从整体到局部,从外部到内部进行更加深入的认知,做到了对学习对象看透、看全。并且能够让学员一目了然的看清设备各个组件以及尺寸、质量等参数。更重要的是,仿真实体模型让理论讲授和实装无缝对接,这样的教学环境可以大大的激发学员的学习兴趣。

(二)虚拟仿真技术在海军院校实训课教学中的应用

1.虚拟仿真技术在设备虚拟拆装、运行和检修实践教学中的应用

实际装备的拆装教学是认识学习对象的结构特点、工作原理和功能的重要途径之一,但因装备数量有限、学时有限,并且受成本、安全因素等客观条件的限制,实装拆装教学往往不易开展或不能达到学习效果。若建立装备的虚拟仿真模型,以软件的形式呈现,安装在个人计算机上,实现一名学员对应一台设备。这种装备的拆装教学模式,不会损坏实际装备和危害学员的人身安全,甚至能完成一些实装无法完成的教学内容。如,核能工程专业的学员可以对核能设备进行虚拟拆装,船舶工程专业学员可以对整个舰艇或任何部位进行虚拟拆装,动力工程专业学员可以对庞大的柴油机进行精细的虚拟拆装,而这些的教学内容在实装教学中是难以实施的。

装备的运行操作、维护、故障诊断和检修是任职教育学员和本科毕业学员必须具有的且非常重要的任职能力。海军装备的技术含量越来越高、结构越来越复杂,海军训练任务日益加重,这些都使得装备运行操作更加频繁、装备检修的频次越来越高、难度越来越大。当前,院校以书本知识和实装训练的教学方式已难以满足舰艇实际装备的可靠运行和有效维修。而基于虚拟仿真技术的教学训练能够适应部队装备可靠运行、准确检修的新要求,具有显著的经济效益和军事效益,地位日趋重要。虚拟实训教学可满足学员的充分训练,而不用考虑时间、场地、成本等因素的限制。比如,对于舰艇动力设备维修训练,可将收集的舰艇巡航、应急机动等工况下的典型故障数据,输入到虚拟仿真维修模型中,对类似的故障进行反复的演练。虚拟维修可以再现一些舰艇曾经出现而又难以再现的故障维修,以及模拟舰艇尚未出现但存在出现可能的一些故障维修。虚拟维修实训教学可以实现一些高温、高压甚至高危环境下的装备检修的教学,比如机舱、炉舱设备维修、核动力装置故障维修等。虚拟仿真的维修实训教学不仅能够适应部队维修体制由定期维修、预防维修向状态维修的转变,而且不消耗任何实物资源和不污染环境,真正做到绿色维修实训。

2.虚拟仿真技术在模拟训练实践教学中的应用

海军院校部分专业课程需要装备的实操训练,或者在真实的环境中才能达到教学效果,比如舰船航行操作教学、飞机驾驶训练教学、火炮射击教学、战术课教学、声呐专业任职教育等。当前的教学方式还是以理论授课居多,部分院校建设了实物训练模拟器。因数量很少、更新换代成本较高,学员不能得到充分训练,难以达到教学目标。相比而言,虚拟仿真技术在模拟训练实践教学中具有明显优势。例如,用虚拟仿真训练系统来进行舰船航行操作教学,就是一种安全、经济的代替实船训练的方案。首先是安全性,舰船的航行是牵一发而动全身,需要各部门有效配合,毫无经验的学员实操会存在一定的设备安全隐患、人身安全隐患。其次,是经济性,虚拟仿真训练可以模拟现役的不同船型,这是实际操纵和模拟器训练无法比拟的,而且有利于减少实船训练带来的损耗,延长舰船的使用寿命。最后,能够完成一些现实教学无法完成的教学任务,模拟训练中可以模拟舰船的各种航行工况,尤其是一些平时无法训练的极端工况,还可进行不同海洋环境下的操作训练,以及靠码头、进坞等特殊操作。战术课教学配合虚拟仿真技术可以摆脱纸上谈兵的传统教学模式,构建出数字化的战场进行教学,不仅可以将以往的经典演习用虚拟仿真的形式重现,还可以根据教学目标构建不同的战场形式,尤其适合进行多兵种协同作战、恶劣环境下的作战模拟。这种教学方式可以让学员真正的参与到战场中,可以扮演不同的角色,进而从多个角度学习战术应用。作为士兵,能够亲自感受战场的硝烟弥漫,提高学员武器的运用技能;作为指挥官,能够体会运筹帷幄,决胜千里,提升学员的军事指挥素养。任职教育中岗位指向性较强的专业如声呐专业,更加依赖实践教学,而声呐专业采用虚拟仿真实践教学可以模拟真实海洋地貌环境、复杂混响的声场空间、不同种类的声源信号,能够使该专业学员受到更多、更具体、更全面的专业技能训练。

(三)虚拟仿真技术在学员创新能力培养中应用

虚拟仿真技术的趣味性、真实性、沉浸性等特点,使学员能够自主的投入到虚拟仿真环境中进行学习,可以自主控制学习的进度、方式,也可与系统进行交互学习或者同学之间协作学习。教员更易实施启发式教学、案例式教学,也就更容易吸引学员注意力,达到既定的学习效果。虚拟仿真技术具有很强的可塑性,学员可以依据自己的想法调整、替换或者重新设计一些新的系统组件,在这个开放灵活且有新意的学习环境中,学员有兴趣也有机会去探索系统新功能和开发新系统,有利于学员创新能力的培养。

虚拟仿真技术还可以和3D打印技术相结合来支持学员大作业或毕业设计。学员设计出的作品可以无缝的导入到快速成型的3D打印机打印成三维实物,而不仅仅是抽象的设计图纸,让一些难以理解的空间概念和结构映射入现实世界中。通过这种亲身参与,直观形象表现形式,学员的思维能力、自主设计能力和实践能力都能得到全面的提升。

近年来,MOOC的发展如火如荼,但是它的一个软肋就是实践教学非常缺乏,一定程度上来说,这个特点可能会限制它的进一步发展,而虚拟仿真技术和MOOC结合必将摩擦出新的火花,让学员有超越真实课堂的学习效果,有助于扩宽学员的知识面以及获取知识的途径。

由此可见,虚拟仿真技术在海军院校教学中的应用具有显著优势,但它不能完全替代真实的实践教学,两者应互为补充,缺一不可。虚拟仿真技术是对真实教学设备和环境的一种模拟,因此真实教学设备和环境是虚拟仿真技术的基础。依托虚拟仿真技术的教学可以完成实践教学的前导训练,使实践教学更有针对性、学员学习效率更高,还可以作为真实实践教学的有力补充,以及完成一些真实实践无法完成的教学内容。因此,实际教学过程应做到虚实结合、相互补充的基本原则。无论如何,虚拟仿真技术应用是现代化教学改革的重要趋势之一,特别是和当前一些新型开放的教育手段(如MOOC、翻转课堂等)相结合,必将助力军校教学改革更上一层楼,使之适应新时期海军新型人才的培养需求。

三、结语

将现代化技术引入军校教学已成为教学改革一个非常重要的动向。依托虚拟仿真技术的教学就是一种较佳的途径。它使得教学活动具有多感知、临境感、交互性、自主性等特点,能够有效地解决当前教育中面临的诸多问题,如教学模式与部队实际需求错位,教学仪器设备短缺且更新不足,实训教学开设困难,教学活动受限于时间和空间等。依托虚拟仿真技术的教学可促进教学观念的改变,提高教学质量和培养学员创新能力,加快新时期部队所需军事人才的培养。随着国家关于虚拟仿真实验室建设的开展,各军事院校都跃跃欲试,虚拟仿真技术必将为军校院校教学改革带来新的机遇,发展前景广阔。

参考文献

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虚拟仿真技术教学范文6

关键词:微机组装;教学;虚拟仿真

中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1673-9094-(2016)07C-0019-03

《微机组装与维护》是中高等职业教育计算机相关专业必修的一门专业平台课程,是理论和实践相结合的核心课程,其任务是培养学生计算机装配调试、系统维护、检测维修等职业能力。

一、实训教学中面临的问题

当前大多数职业院校的微机组装与维护实训室的实训项目都包括硬件拆装和软件维护两大部分。

1.对于硬件拆装部分,笔者所在院校是以提供40台其他机房淘汰计算机形式进行的,而硬件更新换代的速度是很快的,造成学生学不到最新硬件拆装知识。

2.对于软件维护部分,效率更是问题。软件维护主要包括BIOS设置、硬盘分区、操作系统及应用软件的安装和使用以及软故障类的排除。如果硬件都不能保证正常的启动,那么软件维护更是无从谈起。如果硬件配置太低,造成实验时间过长,效率降低。

二、基于虚拟仿真的教学应用

(一)虚拟仿真系统设计

1.教师或管理员登录显示功能模块,设计图1所示。

课程教学资源应包含教学、实训、考核、备课、授课、学习功能,其中教学模块、实训模块、考核模块在教师账号下都包含教学模式和管理模式,教师可在管理模式下自由创建、上传、编辑自己所需要的教学资源,在教学模式下只可以进行浏览学习教学资源。教师或学生在“我的空间”进行作业、成绩、课程表管理、交流中心、个人信息设置等;教师可以在“授课中心”进行备课、授课等。

“教学”功能主要进行理论知识的演示;“实训”功能主要进行实践操作;教师可以在“考核”功能设置考试审核评分等,学生在此可进行考试考核。

2.学生登录则不显示管理模式和授课中心,学生登录“我的空间”时则不显示管理类模块,只显示个人课程相关内容。

(二)教学内容设计

以“项目引领、任务驱动”的模式建设基于工作实践的教学,坚持“理论和实践一体化”的理念,以学生自我学习为主体,注重职业实践能力的培养。结合本课程的特点,坚持“以行动为导向”的原则,让学生在完成任务的过程中掌握理论知识和操作规范,着眼于学生职业规划和从业能力的培养,引领职业教育一体化课程教学改革。教学内容设计如表1所示。

三、虚拟仿真在实训教学中的优势总结

《微机组装与维护》课程以实践为主体,理论和实践相结合,但在课程实践操作过程中,不可避免的出现各种问题。基于3D图形实时渲染技术,从教学的角度使用虚拟仿真应用开发一款专用于微机组装与维护教学的软件,从而降低硬件投入以及损坏,还可达到理论实践一体化教学的目的,解决了传统教学所不能避免的许多问题。虚拟仿真技术优势如下:

(一)逼真的操作体验感

通过3D技术不仅可以模拟出各种较新计算机硬件模型,还可以360度观察硬件,并可模拟出交互的硬件操作方法及所需的各种材料工具,在关键步骤用文字给学生提示。利用VR技术设计的逼真3D虚拟环境,使学生置身于模拟的学习环境中,体验现实实训不易观察到的部件结构,以及重要部件难以展现的工作原理。

(二)人机交互

虚拟仿真实训平台的人机交互界面可以激发学生的学习兴趣,提高实践能力。平台具有能够对硬件进行90%以上相似度的建模,让虚拟设备能像物理设备一样展现操作;并利用声光电等技术能够让虚拟设备像真实设备一样呈现各种在现实使用过程中可能出现的故障现象,并模拟排除出现的故障等。

(三)增强教学效果

平台支持用户通过计算机网络远程登录,支持多人同时在线学习,不受时间、空间的限制。能够随时上机操作实践,与传统的实验室实体操作硬件相比,既方便了培训时间的安排,又提高了学习效率,还降低了对计算机硬件的损耗。

(四)解决常见难题

在虚拟仿真练习中,学生可全方位掌握计算机硬件的工作原理、拆装、测试、故障排除等。同时解决了实践中的一些常见难题,如看不见(比如内部结构不能拆卸查看)、摸不着(比如硬盘内部故障却无法打开查看)、动不了(一般不会让学生拆装操作最新技术的计算机硬件设备)和难再现(一些故障事故及小概率事件难以在教学中再现)等。

(五)演示及考核

在传统教学中教师演示很困难,造成学生无法看到操作流程。虚拟仿真的演示环节可放大供学生全方位旋转观看。还可以节省时间提高效率。在实物微机组装考核中,教师对学生的一些不规范操作很难做到同时全程监控,虚拟仿真系统则可以记录并评判每一步操作,做到由传统的“结果评价”转为“过程评价”。

虚拟仿真实训平台提供可行节约的解决方案,充分体现现实和虚拟优势互补的原则,创建的可视、互动的学习环境,学生可在虚拟情境中学习,达到与物理操作一致的目的。除了以上优势,虚拟仿真还有操作安全、模拟硬件容易升级、教学环境容易恢复等优势。

四、结束语

使用VR技术对微机组装与维护进行虚拟仿真实训平台的设计与实现,促进了该课程教学方法、形式及观念的变革。仿真系统把传统教学难以展现的内容直观地展现出来,提供良好的实训环境,提高了学生的学习效率以及积极性,提升了教学质量,具有重要实践意义。