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【摘要】隨著時代的發展,科技的進步,虛擬仿真技術在實訓教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件(如Maya、Max等)、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢,從而研究它的價值和市場經濟效益,并探析了虛擬仿真實訓系統開發的技術在實訓教學中的應用。
【關鍵詞】虛擬仿真技術/平臺;虛擬仿真訓練系統;實訓教學
一、虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究
虛擬仿真系統的功能主要體現在它可以讓使用者借助于專用的視、聽、觸覺等具有感知功能的設備,進入仿真系統制造的虛擬空間,并且還能夠與虛擬環境中的人和物體進行實時交互,從而感知和操作虛擬環境中的各種對象,最終達到身臨其境的效果。它的組成主要是把計算機作為主要的部分,其次綜合利用三維圖形、多媒體、仿真等技術構建起一個逼真的虛擬系統。從它的組成部分和應用程序來看,虛擬仿真實訓系統對三維圖形的利用還是十分頻繁的,因此我們應當對其進行重點研究。虛擬仿真實訓系統在工業機器人上的應用設計主要是利用三維建模軟件,通過虛擬現實標準語言建立虛擬環境中的實體模型表現出來,最后通過描述它們之間的結構關系,快速、真實地顯示三維虛擬工業機器人,并為工業機器人控制系統提供一個研究觀察平臺。本段主要通過對虛擬仿真實訓系統的三維建模技術及軟件研究,來發現虛擬仿真技術的優點和研究其未來的發展方向。
Maya軟件是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件,通過對Maya軟件的運用,能夠使虛擬仿真實訓系統在一定程度上提高制作三維動畫的效率和品質,調節出仿真的角色動畫,使其得出更加真實的效果。這是因為Maya軟件不僅僅包括一般三維和視覺效果制作的功能,而且還能夠和世界上最先進的建模、數字化布料模擬、毛發渲染、運動匹配技術相結合,使得虛擬仿真實訓系統所創造出的畫面更加真實有立體感。
二、虛擬仿真技術在各領域內的作用
隨著科技的發展,虛擬仿真技術在一些高科技等高端領域的地位越來越凸顯出來,地位與作用也逐漸提升。尤其是在移動互聯網的應用與開發、手機游戲設計及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的價值更為突出。
Maya軟件是虛擬仿真技術的一種,它應用的對象是專業的影視廣告,角色動畫,電影特技等。它能夠在工作的過程中展現的比較靈活,易學易用,制作出動畫的效率非常高,渲染出畫面的真實效果比較強,它對畫面中角色動作的捕捉尤為清晰,與畫面角色的綁定的聯系性也十分緊密,是虛擬仿真實訓系統中一個比較不錯的系統軟件。MAX軟件它最開始的應用是在電腦游戲中的動畫制作,后來又進一步的開始參與影視片的特效制作,MAX軟件還被廣泛地應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域,也就是虛擬仿真實訓系統當中。它強大的立體三維功能被新媒體、影視動畫、游戲動畫等領域廣泛運用。
三、虛擬仿真技術為機器智能實驗課帶來的好處
虛擬仿真技術的應用為現代化的社會帶來了許多的方便,讓機器實驗課、項目實訓的智能科學與技術專業實驗教學越來越豐富化。虛擬仿真技術的應用可以有效地提高教學的質量和效率。通過對虛擬仿真技術的應用,使得上級和下級、老師和學生的客戶信息以及實訓項目、實訓指導、模擬操作、技能測評等等的信息存儲在管理信息庫中,與此同時,上級和下級或是老師和學生之間就可以通過客戶機對下級或者學生之間的實訓進行遠程的指導與管理。
隨著時代的發展,科技的進步,虛擬仿真技術在在現代職業技能教學中的作用也越來越明顯。虛擬仿真技術的不斷完善和發展,將為機器智能實驗課等實訓課程帶來更多的方便和益處。由于它能夠為人們提供一種高級的人機接口,具備交互性、想象性、沉浸性等特點,所以它主要的應用領域在政府、企業、學校等這些需要實訓學習環境的地方。
四、虛擬仿真實訓系統的應用領域和發展趨勢
作為一項新興的科學技術,虛擬仿真技術還處在一個不斷探索前進與不斷完善的階段當中,其發展趨勢呈一個不斷上升的大幅增長的趨勢。從目前來看,雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景,但在實際中,依然存在著許多問題亟待解決,因此虛擬仿真技術正在與教育、培訓等領域不斷地相適應和匹配。
其次,雖然目前政府、教育部門、學校、教師都已經認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景,但在實際中,依然存在著許多問題亟待解決。雖然目前政府、教育部門、學校、教師都認識到了虛擬仿真技術對于職業教育實踐性教學環節的重要作用和發展前景,但在實際中,依然存在著許多問題亟待解決。例如:虛擬仿真技術對計算機及相關硬件的要求比較高,但是這些方面的發展不能夠滿足人們對虛擬仿真技術的需要,虛擬仿真軟件數據是一個龐大的數據庫,三維立體仿真軟件的應用對顯卡和顯示器等也有很高的要求,也就是說,虛擬仿真系統對硬件的要求較高。因此需要對計算機及相關硬件的發展有一個更高的要求。最后,教學類虛擬仿真軟件的質量還有待提高、對虛擬仿真技術的研發標準也不統一和對虛擬仿真技術應用不夠廣泛等等,這些都是需要發展改善的地方,也是未來虛擬仿真技術發展的一個大的趨勢。
五、虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟效益
虛擬仿真實訓系統作為一個高端的科技系統,對政府、企業、學校等的發展,起到了至關重要的作用,并為其創造了更大的價值。同時虛擬仿真技術的不斷發展,也在打開了市場,擴大了市場份額的同時為市場創造了更多的經濟利益。
在市場經濟為主導的今天,虛擬仿真實訓系統也為市場經濟的發展做了一定的貢獻,為市場經濟的發展添磚加瓦,在自己發展得同時也促進了市場經濟的發展。因此,我們應當不斷地發展虛擬仿真實訓系統,使其深入到更多的地方,讓更多的地方和人們體會到虛擬仿真實訓系統為人們帶來的價值。
總結
虛擬仿真實訓系統的日漸完善,使得人們的生活也不斷的豐富活躍起來,政府、企業、學校等地方對其的應用,也促進了虛擬仿真實訓系統的發展。本論文通過闡論虛擬仿真實訓系統的虛擬仿真機器人機械臂模型用到的三維建模技術及軟件(如Maya、Max等)、原理以及虛擬仿真技術的應用領域和發展趨勢的研究,探討了虛擬仿真實訓系統的價值和市場經濟價值,同時也為虛擬仿真實訓系統的發展奠定了理論基礎。
參考文獻:
[1]劉仲波 李瑞濤 《擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用》 吉林大學交通學院、吉林交通職業技術學院 2012年第12期
關鍵詞:虛擬仿真技術;服裝工藝;教學與學習;應用與實踐
尖端計算機技術的高度發展為虛擬仿真技術的發展提供了重要的科學基礎和形成依據。這使得服裝工藝教學產生了新的思路和成果。虛擬仿真技術作為一種媒體交互技術,通過發揮它自身獨有的特點(如交互性強、模擬真實、選擇多樣、使用靈活等),讓服裝工藝教學能夠在虛擬環境中將服裝設計中各個環節的實踐環境和實踐過程以直觀的方式傳達給學生。由此,學生能夠清晰而深刻地發現實物處理中會出現的種種問題和需要注意的各種細節。讓學生達到對專業技能應用性更深刻的理解,便于學生充分掌握教學知識,對所使用的專業技術理解更加完善,以此來高效而深層次地達到服裝工藝教學的目的。本文將從虛擬仿真技術在服裝工藝教學中的特征和其在服裝工藝教學中的應用這兩個方面來展開探索和討論。
1虛擬仿真技術在服裝教學中的應用特點
虛擬仿真技術在應用于服裝教學過程中,通過配置虛擬的實踐環境,調配虛擬的實踐器材,有著降低教學資金投入、簡化教師描述現象、便于學生直觀理解生產流程及掌握專業知識等特點。具體應由如下三個方面來進行考慮和討論:第一,服裝工藝教學最終要為服裝市場服務,因此不能單獨思考,要同時結合與服裝生產企業,以此來確保服裝工藝教學時,為達到其教學目的所需要的實用性和實踐性。第二,服裝工藝的教學不僅要讓學生在實踐過程中明確和掌握對服裝生產過程中出現的問題及其解決方法,更要培養學生的創新意識,所以需要做到將服裝工藝教學與服裝企業產品的模擬生產有機結合。第三,通過仿真虛擬技術來建立完善且合理的教學體系,讓服裝工藝教學的過程被擴充和豐富,同時注重學生的思維和獨立性,達到因材施教。接下來筆者將具體描述虛擬仿真技術在服裝教學中的三個應用特點。
(1)仿真的教學情景。應用虛擬仿真技術,對服裝企業的生產場景進行一個虛擬化的演示,并同時建立出仿真的服裝生產場景,是學生能夠親眼體驗到實踐情景的保證。在這種虛擬的實踐場景中,學生能感受真實生產中的氛圍和環境,并考慮操作步驟和會產生的問題。這種模擬能夠激發學生的動手動腦能力,這便是虛擬仿真技術的第一個特點――教學情景仿真性。
(2)形象的教學方式。虛擬仿真技術的第二個特色是具有教學方式形象性。在應用虛擬仿真技術時,會有一個直觀而立體的影像展示在學生面前,這個虛擬的影像包含了服裝企業的生產技術與生產流程。這種通過眼鏡直接接受的信息,比起傳統的書面或課件傳授,會讓服裝工藝的教學更利于學生接受,加強學生對服裝工藝專業知識技能的理解與掌握。
(3)實用的教學內容。服裝工藝學科作為一門技術性和實踐性都非常強的學科,對學生應用現代技術的能力要求很高。通過虛擬仿真技術構建的仿真實踐平臺,能夠讓學生在虛擬實踐中對其過程和處理有實感的體驗。這無疑在很大程度上降低了學生和教學者展示實踐,進行實踐和理解實踐的硬件難度。因此,虛擬仿真技術在服裝工藝教學中第三個特點便是教學內容使用性。這種特性充分地體現了虛擬仿真技術在服裝工藝教學中的重要意義,它不僅提高了服裝工藝教學的教學質量與效率,更為社會培養了許多現代化的、高質量的生產技術型人才。
2服裝工藝教學中虛擬仿真技術的應用
為了將虛擬仿真技術在服裝工藝教學中的上述三個特點發揮出來,需要創設合理的虛擬仿真平臺來與之配合。其中,又需要劃分成仿真軟件平臺和仿真硬件平臺這兩個子平臺。
(1)虛擬仿真技術在服裝工藝教學軟件平臺上的應用。仿真軟件平臺的創建有助于實現服裝工藝虛擬仿真教學。它在虛擬仿真教學的直觀表現、網絡傳輸、信息交互和數字化表現等方面都起著主導地位。仿真軟件平臺在協作性上的教學形式和教學情景的虛擬表達以及教學內容的仿真傳遞都至關重要,沒有仿真軟件平臺的搭建很難講虛擬仿真技術應用于服裝工藝的教學中。而將服裝企業現代化生產技術作為主要內容,通過建立仿真模型,并創造一個虛擬的仿真環境來表現給服裝工藝教學就是仿真軟件平臺的本質。它在外部配合仿真操作界面搭建了一個虛擬的仿真實踐環境,而在內部則是對生產技術實踐模式進行了一段仿真演示。要構建仿真軟件平臺,首先要對服裝工藝虛擬仿真教學系統軟件有一個明確的理解,在此之上進行設計與開發。當服裝工藝虛擬仿真教學系統軟件完成后,還需要根據課程和教學目的來進行一個服裝工藝虛擬仿真課件的設計與制作。服裝工藝虛擬仿真課件的制作需要將學生的專業實踐作為參考依據,最終通過虛擬仿真技術,實現一個虛擬的服裝企業生產流程,讓學生能夠獲取一個逼真的生產場景,并且實現生產操作的仿真。使學生能夠在服裝工藝教學中處于一個虛擬的教學場所中,身歷其境地以一位企業服裝工作者的身份感受虛擬仿真操作。在虛擬化的工作中完成服裝企業的現代化生產,這時學生可以更加清晰地了解實際生產過程,充分掌握生產知識。
(2)虛擬仿真技術在服裝工藝教學硬件平臺上的應用。當學生對專業技能進行學習研究和實踐時,則需要搭建仿真硬件平臺來為學生構筑一個工作場所,并且配備相應的工具。換言之,仿真硬件平臺是虛擬仿真技術在服裝工藝教學中硬件設施的基礎。而服裝工藝教學應用到虛擬仿真技術時,仿真硬件平臺所提供的場所和工具的完善程度,將承載著服裝工藝教學的質量與效率。仿真硬件平臺的特點有如下兩個:第一,對企業的生產環境進行仿真。第二,對企業的實際生產過程進行虛擬表現。構建一個完善的服裝工藝虛擬仿真硬件平臺,其實踐的設置和實訓室的布置為重點關注的對象。服裝企業現代化生產過程需要的特點,應在設施實踐中充分體現出來。無論是器械還是設備的配比,都可根據服裝企業生產車間的標準來進行相應的配比和模擬。當然,如果條件允許,在仿真硬件平臺中配置一些并沒有被現代服裝企業所廣泛使用的高端先進生產設備也是可以的,這些基礎設施能夠幫助培養學生在服裝工藝上的創新意識。仿真硬件平臺的配置應當盡可能與現代服裝企業相似,為學生創造仿真度高的生產格局,達到一個虛擬實踐需求的實踐氛圍和環境,并通過這種方式來匹配學生在實際的服裝工藝實踐時基本的硬件需求。
關鍵詞:虛擬仿真技術;市政工程技術;實踐教學
中圖分類號:G712 文獻標志碼:A 文章編號: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
職業學校市政工程技術專業課程教學是融專業理論基礎知識的學習與實踐教學于一體的學科,具有較強的實踐性。面向企業、市場根據其所需,強化專業實踐教學功能,為企業與市場培養應用技術型實用人才,是當前市政工程技術專業教學的主要任務。市政工程專業人才的培養離不開技能的實訓,但是由于施工檔期、條件、交通、安全等條件的限制,大多數的實訓環節不得不在校內解決,然而校內實訓也僅限于土工實訓、鋼筋實訓、砌筑實訓等一些基本的基礎操作,并沒有涉及到像樁基礎的施工一樣的整個工程施工操作流程及施工工藝,而對于市政工程專業,道路的施工技術、管道的施工技術以及橋涵的施工技術這三門專業課程的實踐教學對于培養學生的專業技能來說是至關重要的,如何實現這三門課程的實踐教學是我們職業教育市政工程專業要重點考慮的問題。
一、虛擬仿真教學及其特點
虛擬仿真教學[1]是隨著計算機虛擬現實技術和仿真技術在教育中的應用而逐漸發展起來的一種計算機輔助教學方式。虛擬現實技術[2]是采用以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺等一體化的虛擬環境。用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬世界中的物體進行交互并相互影響,從而獲得身臨其境的感受和體驗。虛擬仿真教學就是基于虛擬現實技術所生成的虛擬仿真環境,并依據真實環境中的相關理論和實踐操作規程在虛擬仿真環境中進行相應的設計、操作、驗證和運行等的教學方式。
虛擬仿真教學技術以提高學生的技能水平為核心,具有如下特點[3]。
1.打破時空限制,具有靈活性。虛擬仿真教學可以擺脫傳統現場教學地點固定、時間有限、設備不足和內容難改的局面,學生只要在計算機中安裝了虛擬仿真軟件,就可以把虛擬仿真教學延伸到教室、宿舍甚至家庭,隨時隨地的運用虛擬仿真教學軟件進行學習和探索,突破了時間和空間的限制,使學習變得更加靈活。
2.節約教學成本,具有高效性。虛擬仿真教學與實物教學相比,設備和資金投入少,更新、維護方便。學生在虛擬仿真教學平臺上,無需完成實物教學中的許多重復性工作,縮短了學生完成工作任務的時間。同時,針對存在的問題還可進行反復的操作訓練,也不用考慮設備的損壞和材料的消耗,極大地節約教學成本,提高了學習效率。
3.避免各種危險,具有安全性。眾所周知,土工工程等企業由于生產規模龐大,并且具有高溫、環境惡劣、噪聲高、施工條件復雜多等特點,使現場教學存在較大的危險。而虛擬仿真教學,可以使學生沉浸在仿真實訓室的虛擬仿真環境中,身臨其境地去完成各種危險的或對人體有害的操作,而不用擔心操作失誤所帶來的各種危險,消除學生的思想顧慮,減少誤操作的幾率,提高操作質量。
4.激發學習興趣,具有自主性。虛擬仿真教學可以調動學生學習的積極性和主動性。學生在虛擬仿真教學環境中,自主控制學習行為,完成學習任務,在自主學習和協作學習的過程中獲得全新的感受,啟發學生思維,激發學習興趣,充分體現學習的自主性。
這些特點有益于教師的實訓教學和學生專業核心技能的訓練,為解決職業教育面臨的實訓難、實習難和就業難等問題開辟了一條新思路。
二、虛擬仿真實訓教學發展現狀
虛擬仿真實訓教學技術源于國外,在國外已經取得廣泛的應用,也發展到了一個相對較高的水平。國內高職院校也在大力發展虛擬仿真實訓教學,并取得了一定的進展,很多高職院校都建立了虛擬仿真實訓室。一些社會資源也投入到虛擬仿真實訓教學軟件的開發之中,專門從事虛擬仿真教學系統開發的企業也應運而生。
目前,高職院校很多專業,如數控技術、焊接技術、機電技術、食品加工、服裝設計等專業都引入了虛擬仿真實訓教學方式[4]。國內陸續成立了一些開發虛擬仿真教學軟件的公司,開發出一些仿真教學軟件平臺,如廣州迪客信息科技有限公司為物流、市場營銷和電子商務等專業提供了虛擬仿真實訓教學軟件。部分高職院校采購了虛擬仿真軟件公司的產品,為學校虛擬仿真實踐教學的發展注入了新的活力。
隨著虛擬仿真實訓技術的發展,實訓教學內容、實訓教學手段、實訓教學設備也將發生新的變革,傳統的校內、外實訓基地模式也將向著校內、外實訓基地與虛擬仿真實訓相結合的實訓模式方向發展。只有制訂虛實結合、融人信息化要素的實訓基地建設方案,才能符合職業教育教學技能實訓規律,實現智能化實訓教學的目的,使學生提早了解工廠、了解崗位、了解工作環境。虛擬仿真實訓教學軟件可以再現崗位、現場、作業過程,為職業教育課程改革提供了重要的支撐。
虛擬仿真教學的另一個重要功能是它能夠滿足學生自我測試學習成績的客觀需求[5],同時,教師也可以通過隨機搜索達到即時考核的目的,隨時監控學生的學習狀態,分析學生在線學習能力,等等。這種形式各異、種類繁多和評價標準與社會接軌的考試考核,能夠調動學生學習的自覺性,激發其學習熱情。
三、虛擬仿真教學在市政工程專業教學中應用的可能性
伴隨著國家示范性學校建設工作的展開,蘇州建設交通高等職業技術學校在建筑工程技術專業中也與虛擬仿真教學軟件開發公司合作開發了建筑工程虛擬仿真實訓教學系統軟件,該仿真教學系統以分部分項工程為基礎,設計了22個較為典型的分項工程的施工工藝仿真操作,其內容包含地基與基礎施工工藝仿真系統、砌體結構工程施工工藝仿真系統、混凝土結構工程施工工藝仿真系統、腳手架施工工藝仿真系統等,并且還在進一步的完善過程中。整個仿真教學系統以實際工程項目為主線,以施工任務為引領,突出技能訓練;強調職場情景,全部在三維場景下進行,重視教學設計,不同的知識單元含有諸如教學資源、工程圖紙、施工準備、規范及標準等多種情境和技能訓練教學模塊。
運用現代虛擬仿真技術,把工程現場情景化,創造了施工過程交互性的功能,能很好的解決當前土建類專業的傳統教學難題。這種實訓教學方式的應用只需學生在計算機中安裝虛擬仿真軟件,就可以把虛擬仿真教學延伸到教室、宿舍甚至家庭,隨時隨地運用虛擬仿真教學軟件進行學習和探索,打破了時空的限制,具有靈活性。與實訓基地教學相比,設備和資金投入少,更新、維護方便,無需完成實物教學中的許多重復性工作,縮短了學生完成工作任務的時間,針對存在的問題還可進行反復的操作訓練,不用考慮設備的損壞和材料的消耗,極大地節約了教學成本,提高了學習效率。
高職市政工程技術專業與建筑工程技術專業存在很多共同點,比如職業崗位生產環境復雜、生產設備龐大昂貴且危險性大等。企業出于經濟效益和安全考慮,不可能同意將課程的全部教學內容都安排在生產現場,學校也不可能將生產車間搬進課堂,工學結合問題較為突出。在高職市政工程技術專業實訓教學環節中引入虛擬仿真技術,不僅能夠降低教學成本,還能以其廣泛的適用性、開放性等特點,豐富教學形式,優化教學效果,加快高素質技能型人才培養的速度和質量。另外,虛擬仿真實訓教學技術的應用對于革新高職市政工程專業教學理念、推動高職市政工程專業實訓教學改革、解決部分實訓教學難題等方面都有非常重要的意義。無論作為一種教學技術,還是作為獨立的教學媒介,虛擬仿真技術都是非常重要的教學手段,在市政工程專業中應用前景十分廣闊,亟待進一步開發利用。
參考文獻:
[1]王金崗,林磊.工學結合模式下虛擬仿真教學系統設計[J].職教論壇,2013,(13):26-29.
[2]李金國,楊林生,李云貴.虛擬現實技術應用于高職模具實訓教學的有效性探究[J].職教論壇,2010,(3):69-71.
[3]杜一寧.虛擬實驗的研究現狀以及在教學中的意義[J].浙江海洋學院學報,2010,29(4):390-393.
[4]林徐潤,段虎.虛擬仿真技術在高職實訓教學中的應用[J].深圳信息職業技術學院學報,2012,6(2):21-24.
[5]吳勇.以信息化與虛擬仿真推動職業教育教學改革[J].廣州城市職業學院學報,2011,5(4):22-25.
【關鍵詞】虛擬;仿真
一、改革意義
仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。虛擬仿真教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境,讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象,很接近現實工作場景,有利于提高學生興趣,使學生在短時間內進入相應情境,真實的體驗在現實生活中進行操作的感覺,以達到更快掌握操作技能的目的,而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景,使學生掌握更多的操作技能。
機電類課程的教學,在傳統的教學模式中,理論課與實驗課是分離的,這就導致技能訓練得不到及時的理論指導,而理論課也沒有結合生產、生活實際,這樣導致了學生的技能掌握不到位。隨著教學改革的發展,出現了“項目教學”、“教、學、做”一體化等新型的教學模式,但在這些新的教學模式下采用的技能訓練通常有兩種:第一種是僅限于實驗箱提供的幾個固定實驗,學生只需按圖接好線、按實驗指導書輸入程序就可完成實驗,學生動手機會少,不能真正地參與到學習活動中;第二種是通過制作一些實際的實驗電路板或實物,然后在上面進行安裝、試驗和調試,大大提高了學生的動手能力,但是實際操作時要受到設備數量、品種等方面的限制,而且耗時大,占用課時太多,耗材的消耗量也很大,成本高。
虛擬仿真教學則以其高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢得到越來越多的應用和推廣。因此應該將“項目教學”、“教、學、做”一體化和虛擬仿真教學的方法結合起來,充分發揮各自的優點,得到更好的教學效果。虛擬仿真教學很容易與其他先進的教學方法相結合,因此在機電類課程的教學中,將虛擬仿真教學與其他教學方法相結合有助于提高課程教學效果,而且成本低、效率高,使學生可以不受場地與設備的限制,掌握更多的技能,在機電類課程的教學中具有重要的意義。
二、具體改革的方法思路
本研究將在深度分析學生學習特點和企業真正需求的基礎上,在建構主義學習理論和混合式學習理論的指導下,按照獨立本科教育工學結合課程改革的基本要求,結合虛擬仿真教學設計的基本原則,借鑒信息化和項目教學設計方法,探索基于典型項目和工作任務的虛擬仿真教學模式,實現“教、學、做”一體化教學設計。
該模式由“項目導入”、“制定計劃”、“實施計劃”和“成果展示與評價”四個環節組成,其中虛擬仿真教學貫穿了該模式的所有環節。下面簡單介紹該模式的具體實施方案:
(1)在“項目導入”環節,任課教師的活動包括三個內容:
① 借助虛擬實驗平臺,導入項目任務及目標、展示項目結果,讓學生對項目有一個直觀的認識,然后再布置具體的學習任務;
② 利用虛擬實驗環境,讓學生明確自己應當完成的具體任務和完成任務后可以得到哪些知識以及達到什么樣的水平;
③ 在充分考慮學生的現有知識和能力水平的基礎上,按照適合協作學習的分組辦法對學生進行分組,安排具體的完成時間和成果的評價方式等。
(2)在“制定計劃”環節,學生通過自主學習、小組協作學習等方式,對該項目的
任務目標進行分析,確定任務所涉及的各種要素,充分應用已掌握的前序知識,基于虛擬仿真實驗平臺進行決策,確定任務的實施步驟,為任務的實施做好充分的準備。
(3)在“實施計劃”環節,學生在虛擬仿真實驗平臺上按照已制定好的計劃逐步完
成項目任務。教師借助虛擬仿真實驗平臺對學生進行指導,實現教師和學生以及學生之間的交流。學生通過應用已學習的知識完成工作任務,進行知識的建構,形成職業崗位能力。
(4)在“展示與評價”環節,學生在虛擬仿真實驗平臺上展示自己的項目成果,然
后接受他人的評價和教師的反饋。同時,學生在匯報和聽取同學匯報的過程中,通過對比自己與其他同學的成果,查找不足,反思其成敗。
三、預期效果
將虛擬仿真教學與項目教學更加緊密的結合起來,更好的實現了“教、學、做”一體化,并且在顯著改善教學條件、提高教學效果的同時減少了設備消耗,尤其是耗材的使用量,節省了教學經費的開支,而且克服了時間與空間上的限制,使學生更好地利用課余時間進行學習與實踐,進一步提高了學風建設。
參考文獻:
[1] 姜學智,李忠華. 國內外虛擬現實技術的研究現狀.遼寧工程大學技術學報.2004,23(2):238-240.
Abstract: Decorative construction technology is the core of professional courses in decorative art design. It has rich content and strong practicality. The traditional teaching methods are limited by various conditions, students can not master the construction process and characteristics of decoration engineering. So the virtual simulation technology is applied to the teaching and practice of decoration construction technology. It effectively solves the deficiency of traditional teaching methods, improves the students' learning effectiveness and efficiency, cultivates the students' ability of innovation and practice and effectively guarantees the curriculum teaching quality of the decoration construction technology.
P鍵詞:虛擬仿真;裝飾施工技術;教學應用
Key words: virtual simulation;decoration construction technology;teaching application
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2017)13-0211-02
0 引言
近幾年,虛擬仿真作為一種新型媒介,已廣泛應用到各個領域。目前很多高職院校都在探索研究將虛擬仿真技術與實踐教學有效的相結合,提高教學質量,國家教育部在《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》中也提出在教學中要充分利用現代信息技術開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。虛擬仿真技術已在城市規劃、機械工程、旅游等多個專業教學上開始應用于實踐,并取得一定成效,但在建筑裝飾施工技術教學中的應用還在初級的探索階段。本文以裝飾藝術設計專業為研究對象,將傳統教學與虛擬仿真教學相融合,以解決《裝飾施工技術》課程施工工藝理論教學枯燥、校內實訓室設備更新慢,校外實訓基地受工期影響、存在安全隱患等問題,以此提高該專業教育教學現代化、信息化水平,從而培養全面發展的高素質技能型人才。
1 《裝飾施工技術》課程教學的現狀
高職院校裝飾藝術設計專業開始的《裝飾施工技術》課程,多采用傳統的課堂理論教學和到校外實訓基地參觀相結合的教學模式,但這種教學模式因理論教學單一化、外出參觀存在危險性、交通安全因素等限制,并不能產生良好的教學效果,其主要表現在以下幾個方面:
1.1 學生興趣難以持久
《裝飾施工技術》課程是一門實踐性非常強的課程,具有涉及面廣、知識更新快的特點,但教師往往采用傳統教學模式,如對照施工圖、節點詳圖進行講解,而學生缺少對圖紙的理解能力和對三維空間想象能力,導致學生很難理解現場施工的全過程,學習起來難度較大,久而久之對本門課失去了學習興趣。
1.2 實踐課程安排不方便
教師授課一般按教學大綱制定的進度完成,校外實訓場地施工進程和教學時間相沖突,常常出現工期和上課時間無法同步的情況。裝飾施工工藝流程講究完整性和連續性,學生沒有足夠的時間到施工現場將整個施工流程完整學習,只能根據教學進度的安排接受片段學習,無法感受施工全過程,對施工工藝還停留在了解層面。其次,校外實訓場地接待學生觀摩人數非要有限,如家裝工程現場場地較小,沒有辦法接待50人次的教學班,而且施工現場存在不定的完全隱患,學生工程現場經驗不足和安全意識的相對薄弱,出于學生安全考慮,很多工程項目負責人不愿意接待學生觀摩學習。
1.3 實訓室建設要求較高
現在目前高職院校都大投入的建設校內實訓室,裝飾藝術設計專業多建立材料實訓室和構造實訓室,對于施工實訓室的建立多是購買一些常用裝飾施工機具和設備,但由于建筑材料日新月異,裝飾機具和設備也要隨著更新淘汰,學校投入經費有限,校內實訓室設備往往跟不上技術發展,使校內實訓室不能發揮很好的作用。
關鍵詞:虛擬仿真技術;機械工程;實驗教學;應用
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.089
操作實踐課屬于眾多高校理工科類專業中非常重要的學科組成內容,而且順應社會發展對人才的需求,我國當前大部分高等院校基本上都建立了專業的工科類操作實驗室,讓學生在學習中能具備實踐動手操作的便利條件。傳統的機械工程實驗教學中,很多實驗涉及到使用儀器設備的情況比較多,這就使得實驗難度更大。再加之不少儀器設備價格不菲,體積結構也不方便學生進行實驗操作。所以過去通常都是通過教材理論知識進行按部就班地操作,這就無法充分調動學生進行自主操作的積極性。再加上還有很多高校因為資金投入有限,很多實驗室中舊的器材設備出現機能老化,無法滿足當前機械工程實驗教學發展的需求。因此,充分將這種虛擬仿真技術積極應用于機械工程的實驗教學過程中,可很大程度上來對目前教學過程存在的問題和不足予以改善和優化,并提升這門課的教學效率。
1 機械工程實驗教學的現狀與問題
機械工程實踐教學的工程主要側重于實踐性操作能力的培養,讓學生在操作中提升動手實踐能力。近年來,隨著高校擴展,大學生數量在不斷增多,而實驗室和相關實驗設備開始供不應求的問題成為影響和制約機械工程實驗教學的重要因素,這些導致學生在機械工程的學習中并沒有太多能切身實踐操作的機會,這也就使得學生無法將所學習和理解的理論知識真正運用到實踐中,影響學生實際的動手操作能力,同時使得學生所學習的理論知識無法在實驗中得到驗證,在很大程度上會降低學生學習這門專業的積極主動性。另外,因為機械工程實驗教學離不開對機械的使用,而很多學校考慮到機械有潛在的危險性,為了確保學生的人身安全,進而通過有關機械工程的講座、參觀來替代實踐教學。但這些形式的替代無法起到與實驗操作教學相同的效果,也無法有效提升學生的動手操作能力,也就因而使得學生對知識的理解和掌握只是停留在理論層面,不利于這門專業的全面透徹化的學習。因此,當前提高我國高校機械工程實踐教學的教學設備和教學質量十分迫切和需要。
2 有關虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用
2.1 關于數控加工技術的仿真實驗
數控加工技術,是我國當前國民經濟發展中現代化制造業的核心技術,現代化數控加工技術的廣泛應用,有效為我國現代機械制造業發展奠定了堅實的基礎,這種數控加工技術,充分集結了微電子技術、機械加工技術這兩種技術,而且也預示著我國機械工程的發展前景。在當前的各大高校專業中,機械制造級自動化成為非常熱門的專業之一。在具體教學過程中,學習本專業的教學與培訓操作中最為主要的內容即是數控機床。但由于數控機床的價格十分昂貴,而且設備單一的同時還有一定的復雜性,因此無法滿足每一個學生的實驗操作的需求,在實驗教學中只可允許少部分學生來進行實踐操作,還有一部分只能在旁觀看和輔助,這就使得教學方法產生了一定的局限性。但如果在機械工程的實驗教學中,通過引入虛擬仿真技術的應用,那么通過對數控機床操作的詳細步驟與過程進行模擬,則就能為工程實驗專業的學生提供學習環境和有利的條件,去實際感受和體驗機床的加工環境及加工流程,并因此而形成系統化的知識構架,提高學習效率。
2.2 有關帶傳動性能的測試實驗
在機械傳動的過程中應用比較廣泛的是帶傳動,通過帶傳動的應用,來完成機械工程實驗教學的基礎性實驗課程的教學工作。帶傳動性能的測試實驗則指的是通過引導學生對帶傳動的過程予以觀察和分析,尤其是注意觀察其是否有打滑現象和彈性滑動的狀況,再對其承載能力的大小進行分析,并結合所觀察和分析所得的相關數據來描繪帶傳動彈性滑動圖和傳動效率圖形。但是,若應用到虛擬仿真技術來做帶傳動性能的測試實驗,那么就省去了電動機、發電機、傳感器以及光電測速裝置等的應用。這是由于虛擬仿真技術的實驗硬件設施是由計算機輔助完成的,而且是利用Lab VIEW 軟件設計帶傳動性能測試系統。
2.3 有關虛擬現實系統的應用
虛擬仿真技術是對各種大型復雜機械裝備的原理演示、故障診斷、功能仿真,同時也是對復雜且精密零件的工藝驗證、復雜綜合控制的模擬分析,并有效為大型復雜機械裝備操作培訓提供了更加新型現代化的方法,解決和完善了大型復雜機械裝備物理實驗存在的漏洞和不足。虛擬仿真技術的實驗教學系統,可充分為高校學生開設面向全斷面掘進機、冶金成套設備等大型復雜機械裝備的虛擬樣機設計與開發、虛擬裝配與功能仿真等虛擬實驗與虛擬實踐訓練課程。
2.4 有關減速器裝備實驗
在機械工程的實驗教學中,常常涉及到對減速器的應用,因此,在機械工程設計的實驗課中,最根本的課程最必不可少的實驗即是減速器實驗。在過去機械工程實驗的減速器實驗教學過程中,老師基本上是通過把一個真的減速器帶到課堂,并通過對其進行逐一拆卸安裝,以此來讓學生了解和掌握其內部結構、功能以及工作原理,但這樣會帶來巨大的資金消耗,而且實驗缺乏穩定性。但此時如果在減速器裝備的實驗中應用虛擬仿真技術,即可實現把對實物的拆裝過程換做操作軟件,來對其進行仿真和修形,從而達到其實驗教學效果,并不斷提升學生對這門課程的學習水平和質量。
3 結語
綜上所述,通過把虛擬仿真這種技術有效應用到機械工程實驗教學中,可對過去傳統儀器設備的缺陷和不足予以改善和優化,滿足了實驗教W改革的發展需求,提升了機械工程實驗教學水平和質量。
參考文獻:
1 環境工程學的特點及傳統教學中存在的問題
隨著環境控制技術迅速發展,污染控制工程理論和實踐的知識量也越來越多,知識點的更新速度也越來越快。我國各理工科院校的環境科學專業基本都開設有環境工程學課程,但縱觀課程的教學現狀,存在諸多不盡如人意的地方。
1.1 教學內容多且廣泛
環境工程學包含廢水污染控制、大氣污染控制、固體廢物處理以及噪聲控制等,內容多而雜,容易造成學生對知識的掌握廣而不深,學而不精。對應的專業教材知識更新慢;理論課程課時過多,實踐課程課時少,專業技能訓練難以保證[1]。
1.2 實習實訓教學效果差
環境工程課程實習實訓都是集中將學生帶到某個與專業相關的單位比如污水處理廠,學生只能參觀某些處理單元,不得隨便操作任何設備、儀器,對于如何控制管理水處理工藝的運行、如何解決運行問題等,仍然得不到學習和鍛煉。實習實訓教學現場通常比較嘈雜,學生對參觀的內容往往是“走馬觀花”,不能達到實習實訓的目的。
1.3 實驗項目偏少且單一
環境工程實驗作為環境工程學理論課程的后續實驗課程,該課程不僅能加深、鞏固學生對環境工程基本理論的理解,同時還可增強分析問題和進行科學實驗的獨立工作能力;有利于掌握有關環境工程實驗研究方法和實驗技巧,培養整理、分析數據能力,提高環境工藝、工程方面的科研思維能力和創新意識。但是目前環境工程實驗教學僅限于幾個固定實驗,比如:活性污泥實驗、大氣除塵演示實驗、氧傳遞系數測定實驗等,實驗項目偏少。教學方式大多是在教師講解之后,學生“依樣畫葫蘆”進行實驗,學生對實驗目的和步驟理解得不夠透徹,在整個實驗過程中處于一種被動的地位。另外,學生對實驗設備缺乏感性認識,即使把實驗指導書中對設備的基本構造、使用方法和注意事項看了多遍,仍不得要領,甚至不能正確地操作設備。另外,某些實驗項目受到設備數量、品種、成本等方面的限制而無法開展。
2 虛擬仿真技術在環境工程學理論及實驗教學中的應用
虛擬仿真教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境,讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。隨著科學技術的迅猛發展,虛擬仿真技術越來越廣泛地被應用于各領域的專業教學,如自動化[2]、水電機組監測與故障診斷等[3]。虛擬仿真教學可以根據教學的實際需要和效果,對教學內容進行動態的組織和修改,具有很強的針對性和互動性,能夠充分發揮學生的主動思維[4]。
2.1 虛擬仿真技術水污染控制的運用
虛擬仿真技術教學可以提升學生對城市生活廢水、工業廢水處理系統的認識,提高教學效果。在仿真系統中,學生按照時間操作規程的要求對各個工藝參數進行調整,最終確定處理后的廢水與污泥能否與實際設計的標準要求相符[5]。學生可根據提示熟悉虛擬水廠構筑物分布和水廠概況,查看主要動力設備的知識點,了解水廠主要動設備能耗和藥劑成本,了解污水處理廠的相關工作規定和安全章程等。比如:虛擬仿真水廠包含巡檢項目和事故預案工況等,分別是正常工況巡檢、出水總氮超標、出水總磷超標、出水COD超標、反應池曝氣量調節、初沉池排泥撇渣、內回流的調節、SVI調節,從而掌握污水處理廠常見事故的應急處理預案和解決措施。
2.2 虛擬仿真技術在大氣污染控制的運用
關鍵詞:數字電子技術實驗 虛擬仿真 改革與實踐
中圖分類號:G420 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)10(b)-0082-02
數字電子技術是筆者學校精品課程,目前正在進行網絡資源共享課的建設,同時它也是理工科電氣工程及其自動化、電氣自動化技術、機械設計制造及其制動化、物聯網工程、應用物理學和計算機科學與技術等專業的專業基礎課。該課程不僅具有自身的理論體系而且實踐性非常強。該課程主要的內容是解決數字電子電路相關理論的入門,學生能夠在掌握基本理論的同時進行簡單的設計,掌握分析和設計的基本方法和基本技能,為后學專業課的學習打下良好的基礎。
以往的數電實驗教學基本上是硬件實驗室內部操作。學生在學習完理論課后,在實驗課上直接通過實驗臺進行驗證性操作或者簡單設計再通過實驗箱搭建電路,這樣的操作設計性比較差,很多知識的掌握達不到加強鞏固的效果。如果有一個好的實驗平臺能夠讓學生對所學的內容進行及時的驗證,教學效果會大幅度地提高。對一些興趣比較高、學有余力的學生還可以針對實際問題設計一些電路,然后在平臺上練習,從而發現問題解決問題。去年該校購置了虛擬仿真平臺,但是由于網絡不穩定、平臺的操作不熟練等因素影響,目前數電實驗目前還停留在實驗箱的階段,雖然經過一定的改革增加了面包板,學生的動手能力有一定的提高。但因有許多問題出現,如初學者對原理掌握不牢固、理論知識跟不上實驗內容效果不佳、教學評價和實驗考核手段比較單一、設備的故障頻發、設備升級不方便等諸多因素嚴重影響教學,也限制了學生的創造力和學習的主觀能動性。
1 數字電子實驗教學改革的意義
數字電子技術工程性和實踐性極強,相應實驗課程的開設,不僅可以幫助學生理解和掌握該課程的基本內容,還可以提高學生的動手能力,培養學生的創新思維。利用網絡技術、計算機技術與虛擬仿真技術在計算機上構建一個虛擬實驗室環境,提供可操作虛擬實驗儀器,使學生在互聯網上通過接近真實的人機交互界面完成實驗,同時還提供網絡實驗教學的一體化管理功能[1]。該校在電類專業中開展了部分仿真課程的公共選修課和專業選修課,已經購置了仿真平臺,以及計算機機房等硬件設備,對于數電實驗的仿真有一定的基礎。但是實踐教學內容和人才培養模式還有一定的差距,而且并不互相兼容,需要系統的虛擬仿真實驗機制來提高實驗教學和管理的有效性和可行性。
采用虛擬仿真的數字電子技術實驗的開設不僅可以彌補傳統硬件實驗的不足,提高學生學習的興趣、動手能力的培養及綜合素質的提升,而且具有以下幾點優勢。
(1)解決了傳統實驗資金不足或不能及時到位的現象。虛擬仿真不像硬件實驗室那樣需要比較高額的維護費用,而且維護起來不受時間和地點的限制,利于實驗教學的管理。
(2)通過綜合實驗群,實現綜合利用資源。數電實驗涉及到信號的產生,數字電路的實現,可將虛擬軟件平臺和EDA實驗室及信號與系統實驗室等多個實驗平臺構建,共同完成綜合性和設計性實驗的仿真及操作。
(3)互動性較強。網絡化實驗室虛擬操作可以實現生與生、生與師、師與師之間的遠程互動與交流。老師可以有效地對學生進行實驗指導、監督和考核,學生通過交流很快地掌握實驗內容,有效地進行實驗操作。
(4)提升學生自主學習的能力。學生可以根據自身條件,除了完成老師交代的內容之外,設計自己喜歡的實驗環境和實驗模式,自我設計與創造,提高自我學習的能力、鍛煉動手能力和設計能力。
(5)與科技發展同步,保證實驗的先進性與前瞻性。及時有效地對虛擬軟件進行更新,與時俱進地采用新的方法授課,引入新的實驗內容,提高學生開展探索性、研究性、創新創意性實驗。
2 虛擬仿真數字電子技術實驗改革與實踐的舉措
為了培養中國特色應用技術型人才,教學中必須加強學生的技術理論、注重技術應用、突出實踐教學,而加強實踐性教學環節建設正是整個教學過程的一個基礎。
2.1 改革教學過程
通過學習其他院校實驗教學模式,根據當前信息網絡技術發展特點,參考其教學經驗與做法,對該課程的教學過程加以調整。針對不同的專業選用不同的教材,精選教學內容、精煉講課題材。
2.2 完善教學大綱,實現人才培養目標,適應人才培養模式
通過課題組成員授課經驗及學習研究的結果,商討完善教學大綱,制定比較合理的實驗教學考核機制,實現人才培養目標。
2.3 改革實踐教學內容和方法
通過引入現代化的教學手段,推進實驗教學方法和手段的提高及改革。構建以網絡為載體的教學平臺,借助一些虛擬軟件實現虛實結合的實踐教學方法。通過已有的虛擬仿真實驗平臺結合原有的硬件設備進行數字電子技術實驗教學,提高了設備的利用率,降低了實驗成本,提高了實驗授課效果。通過改革實驗教學內容,優化驗證性實驗,加強綜合性、設計性和創新性實驗,注重學生創新精神和實踐能力的培養。
教學內容采用虛實結合的授課方式,突出實驗多元化、層次化和系統性。具體實驗內容由數制和碼制、基本門電路的測試、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈沖的產生與整形、ADC和DAC、半導體存儲器和可編程邏輯器件等構成。[1]通過虛擬實驗電路的搭建,使學生對實際電路具有比較直觀的認識,培養學生解決實際問題的能力。
2.4 建O綜合實驗團隊
通過教師或學生自發組織相關協會構建綜合實驗團隊,定期進行數字電子技術實踐理論知識的講授和電子線路的設計。形式可以多樣化、多元化,如講座、授課、競賽和觀摩等。
2.5 構建虛擬實驗室,實現開放式教學
利用虛擬仿真實驗教學平臺、計算機網絡和數字電子技術硬件實驗室共同構建虛擬數字電子技術實驗室,實現一個互聯網上的虛擬實驗環境。虛擬仿真實驗教學平臺主要包括實驗教學管理、實驗教學務管理、實驗前理論知識學習、實驗過程智能指導、實驗結果自動批改、互動交流通知、實驗教學效果評估和實驗教學資源管理等9個模塊,實現開放式虛擬仿真實驗教學管理和共享。該平臺不僅可以實現數字電子技術的實驗操作,還可以擴展到課程設計和課程實訓環節的教學。
利用網絡建立關于數字電子技術實驗為主題的論壇,以促進不同用戶間的信息交流,了解最前沿的數字電子技術實驗,開拓視野[3]。
2.6 構建綜合實驗群
打破課程界限,實行多門實驗交叉匯合,建立綜合實驗群。數字電子技術是一門邏輯性非常強的課程,邏輯變量的產生、傳輸和處理過程要求比較嚴謹,具有工程性和實踐性兩大特點。將已有的數電實驗室、通信實驗室、虛擬仿真平臺和EDA、信號與系統等多個實驗平臺構建一個適用于工科專業的電類虛擬實驗綜合實驗群,共同來完成綜合性、設計性實驗的操作,提高學生學習興趣,促進教學效果的提高。
2.7 改革實驗教材
針對該校轉型發展的目標,該院在人才培養模式上也應有所變化,要促進電類學生知識、能力、素質的平衡協調發展,提高學生的工程實踐能力和創新意識。結合實際情況改革實驗教材。這樣既能提高學生的創新意識,也能培養其解決實際工程問題的能力。
2.8 改革考評機制
過去的數字電子技術實驗都是平時成績加期末抽取實驗操作一次性考核的方式進行。通過虛擬仿真后的試驗考核方式采用考勤成績、平時操作成績、提交作業成績、創新成績綜合考評。同時建立學評學、師評學、學評師的考核機制,共同進步,共同促進教學質量的提高。
3 結語
堅持“育人為本”“以生為本”的基本教育理念,培養應用技術型人才是我們的最終目標。通過實踐證明,對已有的實驗室及其設備進行合理整合,構建綜合實驗群,不僅可以實現數字電子技術綜合實驗和設計實驗的有效進行,也可以實現其他實驗的有效進行。
通過豐富的仿真實驗、實訓軟件培養學生分析問題、解決問題的能力,提高學生設計和創新的能力;整合已有硬件資源和虛擬網絡結合的方式使學生對實際電路有比較直觀的認識,既提高了現有設備的利用率,降低了實驗成本,又提高了實踐教學的效果;最終促進學生“善學習、善實踐、善應用”的專業素養和實踐創新能力的培養。
參考文獻
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化學實驗“綠色化”,目的是把現有化學和化工生產的技術路線從“先污染,后治理”改變為“從源頭上消除污染”,核心是“杜絕污染源”。隨著人們環保意識的提高及環保各項工作的深入,教學實驗的環保問題將被人們重視。同時,結合化學實驗自身的特點,化學實驗教學實現“綠色化”不僅非常必要,而且現實可行。
隨著計算機信息技術的高度發展,我們的中學化學實驗教學已經迎來了改革的春風,中學化學虛擬仿真實驗思想怦然誕生了。中學化學虛擬仿真實驗就是利用計算機編程工具模仿真實的實驗環境編寫的軟件,借助計算機營造一個虛擬的實驗環境,使實驗接近或優于真實的實驗環境,實驗者可借助操作計算機虛擬實驗系統完成各種預定的實驗項目。
事實上,計算機模擬仿真化學實驗是化學實驗擺脫實物教育的一場革命,它的產生和發展,不僅是教育方法、教育手段、教育技巧的更新,而且對保護自然資源、緩解化學實驗對環境的污染都具有深遠的意義。利用模擬仿真對實驗過程和實驗儀器進行剖視及仿真,對有毒物質出現的實驗進行模擬,避免有毒物質危害師生身體的健康。常規的、傳統的化學實驗不可避免的消耗許多藥品和大量的水資源,尤其對于那些要使用昂貴試劑藥品的、實驗中容易引起爆炸或必須采用有毒有害試劑(如氫氣、苯、苯酚、砷化物、重金屬等)的實驗,運用計算機多媒體系統進行仿真實驗顯得尤為重要。這樣,利用計算機多媒體技術對實驗原理、裝置、流程、實驗過程進行仿真,用文字、聲音、圖像、動畫的效果讓學生在計算機屏幕上做實驗,既讓學生學會了實驗方式,領會了化學原理,實現了化學教學與現代信息技術的整合,又節省了資源、保護了環境,使我們的化學實驗變成“綠色化”的實驗。
那么,我們應該怎樣來構建這種“綠色化”的實驗教學呢?這一課題正是我們亟待解決的問題。目前,我們正在著手研討這一問題,現已形成以下幾條研究思路。
思路一:建立新課標背景下的課堂實驗教學設計模型
為了實現新課標提出的化學實驗教學目標,貫徹綠色化學的教學思想,我們創立了下面化學課堂實驗教學設計(初始)模型。
確定實驗課題及類型――展示用品及儀器――實驗指導――實驗過程――總結――撰寫實驗報告
說明:實驗課題即實驗內容,實驗類型即教師演示實驗或學生動手實驗;用品即實驗使用的試劑和藥品,儀器即實驗所要用到的器具;實驗指導即實驗前有哪些準備工作和哪些注意事項;實驗過程即實驗操作流程;總結即實驗過程的注意事項與實驗現象;實驗報告即對實驗的總體匯報。
思路二:建立演示實驗課件平臺
演示實驗是老師為了說明某一化學反應過程或現象而做的實驗。這樣的實驗比較多,我們可以在校園網上建立演示實驗課件平臺,把老師們設計好的演示實驗課件收集其中,老師上課時可以任意選用。
思路三:建立學生實驗課件平臺