信息化下的职业教育虚拟仿真教学探究

摘要：为培养高质量、高素质的技能人才，国家高度重视职业教育信息化建设。虚拟仿真教学是依托虚拟仿真教学资源的教学活动，是信息技术与教育教学深度融合的产物，具有情境性、交互性、开放性和共享性的特征，开展虚拟仿真教学要遵循“能实不虚、虚实互补、虚实互促”的原则。虚拟仿真教学对于提升学生的学习效果、降低教学成本、提高技能人才培养的质量具有重要的意义，但在教学实施过程中出现了教学信息化程度不够、资源构建力度不够以及教师参与程度不够等问题，为此提出了加强虚拟仿真教学信息化建设、完善虚拟仿真教学资源构建以及重视虚拟仿真师资队伍培养的三大策略。

 

关键词：职业教育；虚拟仿真教学；虚拟仿真师资队伍

 

现代信息技术的不断发展为职业教育虚拟仿真教学的开展创造了前所未有的机遇。2012年，教育部颁布的《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》中指出，职业教育信息化是“教育信息化需要着重加强的薄弱环节”，要“加快建设职业教育信息化发展环境”“有效有效提高职业教育实践教学水平”，并针对教育系统的不同需求提出了开发“1500套虚拟仿真实训实验系统”的发展目标［1］。《教育信息化2.0行动计划》指出，虚拟仿真实训实验系统是教育信息化数字资源的重要组成部分，具有“突破时空限制”“快速复制传播”“呈现手段丰富”的独特优势，是提高教育质量的重要手段［2］。虚拟仿真教学资源的有效应用、虚拟仿真教学的大力开展，对于实现信息技术与教育教学的深度融合，引领教育信息化从而引领教育现代化具有重要的意义。

 

一、虚拟仿真教学的内涵、特征及开展原则

 

（一）虚拟仿真教学的内涵虚拟仿真教学是以依托虚拟仿真教学资源的教学活动。虚拟仿真教学资源是在仿真技术和虚拟现实技术的基础上共同开发的数字化资源，主要涉及基础设施及设备、实验材料、实验软件和实验系统等，通常包括仿真硬件、仿真软件、仿真数据及仿真平台［3］。仿真技术在20世纪初就得到了广泛的应用，虚拟现实技术更加注重人机交互的体验和虚拟空间的感受［4］。虚拟仿真教学和传统教学的最大区别在于教学中融合了虚拟现实技术和仿真技术的优势，提升了教学的信息化水平。

 

（二）虚拟仿真教学的特征虚拟仿真教学具有情境性、交互性、开放性和共享性的特征。情境性是指开展虚拟仿真教学的虚拟环境是实际工作环境或者工作案例的模拟，学员可以在虚拟环境中进行技能的模拟训练和知识的巩固学习，例如极地特种医学的虚拟仿真教学，将极地极寒、极夜、极昼、强磁场的环境模拟出来，展现常规实验中无法实现的工作环境，为有效开展极地环境下的人体及动物的医学研究提供了重要的环境条件［5］。交互性是指利用虚拟仿真实验系统具有人机交互功能，在教学中用户可以获得更好的学习效果。例如在煤矿虚拟仿真实习培训系统中，学员可以通过键盘的按键来控制井下人物的运动，达到安全实习培训效果，并能实现多人同时在线互动，提高多人合作的能力［6］。开放性是指虚拟仿真教学为学生提供了一个开放的学习平台。在液压与气动实验的教学中，通过发挥网络技术、数据库技术及虚拟仿真技术的优势，开发相应的虚拟仿真网络课程，学生在网络平台中可以完成课程项目的学习和成绩评定，也能在线与教师探讨，且根据学生反馈和实际需要，虚拟实验项目的数量也可不断增加，满足不断变化的教学需求［7］。共享是构建一体化的“互联网+教育”大平台、发挥虚拟仿真数字教育资源优势的重要途径。虚拟仿真教学的共享性特征表现在，通过资源共享不断提高虚拟仿真教学资源的利用率，让更多的学生享受到通过虚拟仿真教学带来的知识、技能的提升，从而不断提高职业教学的质量和水平。

 

（三）虚拟仿真教学的开展原则开展虚拟仿真教学应遵循“能实不虚、虚实互补、虚实互促”的原则。虚拟仿真教学为学生的个性化情境学习和交互操作提供了重要的虚拟化学习环境，开放、共享的学习平台为多人交互、共同完成某项学习任务提供了可能，但学生利用真实的实训实验设备、材料进行技能训练和知识巩固学习的作用是不可替代的，如果以虚代实过多，会造成学生在学习时眼高手低、避实就虚，不利于学生的技能培养。虚拟仿真教学任务为真实设备上完成任务提供了重要的参考［8］。在教学中，可先利用虚拟环境具有强大的容错功能，使学生多次尝试获得一定的操作经验，再转向实物的操作，从而在一定程度避免材料的浪费以及对设备的损坏；对于教学场地不能提供的教学场景和操作任务，开发相应的虚拟仿真教学资源，能够丰富课堂教学，弥补实验实训条件的不足；要充分发挥虚拟仿真教学和实物教学的优势，使虚拟的环境更接近于真实的教学场景，真实的教学场景更贴近于实际的工作岗位，实际的工作岗位指导虚拟环境的构建，通过“虚拟-真实-实际”的循环促进，不断提高学生的岗位技能。

 

二、开展虚拟仿真教学的重要意义

 

（一）打破教学时空的限制，提升学习效果职业教育主要是以提高学生技能为培养目标，部分技能的训练对教学环境的要求比较高，比如极地环境下的医学实验、煤矿专业的井下操作等，普通的教学场景不能达到技能训练的要求。利用虚拟仿真技术创设的虚拟环境，可以有效丰富教学环境，为学生的技能训练创设条件，为以后进入真实的工作环境、走向现实的工作岗位奠定理论和实践基础［9］；虚拟仿真教学资源的共享为学生提供了课外学习平台，学生可以利用共享的教学资源在课后加强训练，不断提升自己，教师也可以在线上对学生进行指导。教学环境的虚拟构建、“线上+线下”的多元教学使得虚拟仿真教学打破了传统教学时间和空间的限制，有效提升了学生的学习效果。

 

（二）突破教学条件的约束，降低教学成本职业教育传统实训教学的开展需要满足相关教学条件才能开展，比如建立实训室、购买实训设备等，某些技能的训练还需要大量的教学耗材提供给学生进行练习。比如在实训室里进行模拟电子线路的教学，学生操作的过程是利用各种电子元器件比如二极管、三极管、电容等在电路板上搭建相应电路进行安装调试的过程，这些元器件在一次安装完成后基本上不能再次使用，且电子元器件安装的时候极易由于操作不当损坏造成损失，当电路安装完成后需要多种仪器（仪表）比如万用表、示波器进行测量或者读取实验结果。实训室的建立、元器件的损耗、仪器（仪表）的购买这些都需要大量的教学成本。采用电子电路虚拟仿真软件可以有效降低教学成本，虚拟的元件库和仪器（仪表）库为电路的设计、搭建、调试和分析提供了便捷的途径，实验中不需要消耗任何元器件，节能环保且安全可靠［10］。

 

（三）冲破能力培养限制，提高人才质量传统的教学实验，内容比较单一且固定，且绝大多数是验证性实验，学生只需按照操作步骤完成实验即可，不利于培养学生的实践能力和创新能力。虚拟仿真教学突破了传统教学的诸多限制，是专业教学和信息化技术深度融合的重要产物，是提高学生科学的思维能力、大胆的实践精神和勇于创新的重要手段。学生可以在虚拟环境中进行自我探索，思考并设计符合要求的实验方案，获得不同形式的实验结果并进行分析，有利于学生构建属于自己的知识体系，激发学生的学习兴趣，激励他们不断创新［11］。

 

三、职业教育虚拟仿真教学问题分析

 

虚拟仿真教学对于提升学生的学习效果、降低教学成本、提高人才培养质量具有重要的意义，在职业教育的文化、旅游、医学、工科及农林检测等课程中，虚拟仿真教学的开展也比较广泛［12］，但在虚拟仿真教学实施的过程中也发现了一些问题。

 

（一）虚拟仿真教学的信息化程度不够虚拟仿真教学的信息化主要表现在两个方面，一是虚拟仿真教学资源的共享，二是虚拟仿真教学有利于实现学生的远程自主学习。许多职业院校都开展了虚拟仿真资源的建设和教学工作，但如何建设、如何教学、如何共享及共享覆盖面绝大多数是各院校的自主行为，没有统一的建设标准，缺少可遵守执行的技术规范，缺乏沟通协调，造成了虚拟仿真资源的重复开发和零散建设，资源的质量难以保证，并且因没有统一的开发平台和技术支持，虚拟仿真资源的共享性和可移植性差，造成教学资源的浪费；学生能进行远程自主学习是虚拟仿真教学的优势，但传统的以教师为主的课堂教学，不利于学生培养学生自主学习的能力，且大多数虚拟仿真实验系统突出功能的实现，对学生的学习评价功能不够完善，教师也不能很好地掌握学生学习的情况，这些不利于学生的自主学习，降低了虚拟仿真教学的信息化程度。虚拟仿真教学资源的共享性差，学生远程自主学习困难，这严重阻碍了虚拟仿真教学的信息化进程，不利于虚拟仿真教学的开展。

 

（二）虚拟仿真教学资源的构建力度不够虚拟仿真教学资源是实现虚拟仿真资源从功能实现到教学应用的桥梁，是实现“虚实结合”教学的重要教学参考。目前虚拟仿真教学资源的构建着重于虚拟仿真软件、硬件、数据及平台的建设，但对开展虚拟仿真教学所需教学资料的建设力度不够。虚拟仿真教学资料所包含的内容应该是多方面的，除了包括教材、实训指导书、虚拟仿真系统等的使用说明、课程项目的实现过程外，还应包括“虚实结合”教学衔接与实施的教学参考。虚拟仿真教学资料的缺失不利于虚拟仿真教学的开展，也就无法有效地指导教师的“教”和学生的“学”，尤其在学生课后自学的时候，没有任何可参考的学习资料，学习效果不佳。

 

（三）虚拟仿真教学教师的参与程度不够虚拟仿真教学是专业教学和信息技术结合的产物，企业有技术的优势，依靠校外企业开发或者校企合作是虚拟仿真资源开发的首选。但是完全依靠企业或者简单的校企合作，很难实现虚拟仿真教学的可持续发展。企业对教学的了解不多、学校教师的参与度不够，开发的虚拟仿真实验系统不一定能够完全满足教学的需求。要深入发挥虚拟仿真的信息化优势，离不开具有先进技术及教学实践经验的教师参与。信息技术的不断发展与更新，使得虚拟仿真资源的开发变成了一项长期的、不断革新的实践性工作，因此需要有专门的教师从事此项工作。

 

四、虚拟仿真教学实施的策略

 

（一）加强虚拟仿真教学的信息化建设加强虚拟仿真教学的信息化建设，一方面要改革教学模式，在教学活动中以学生为主，培养学生独立思考和解决问题的能力，提高学生自主学习的能力，同时需要完善虚拟仿真教学资源中的评价功能，为学生更好的完成虚拟仿真课程任务,及时获得学习反馈奠定基础；另一方要加强虚拟仿真资源的共享和推广，这是信息化资源建设任务的要求，也是实现信息技术与职业教育深度融合的重要途径，虚拟仿真资源的共享离不开院校间的交流与合作，要建立实时、开放、共享的信息数据库，为更好地发挥虚拟仿真教学的优势创造条件。从培养学生学习能力出发，到虚拟仿真资源功能的不断完善，再到虚拟仿真资源的开放、共享，将不断提升虚拟仿真教学的信息化水平。

 

（二）完善虚拟仿真教学资源构建为了更好地发挥虚拟仿真教学的优势，要完善虚拟仿真教学资源的构建，不断加强虚拟仿真平台、虚拟实验系统等建设，丰富和强化虚拟仿真的教学功能和评价功能，及时有效地提供教学反馈；要开发和编写满足虚拟仿真教学、注重学生能力培养的教学资料和学习资料，为更好地开展虚拟仿真教学做准备；要探索适合虚拟仿真教学以及虚实结合教学的方法，引导学生循序渐进地学习，提升教学效果。

 

（三）重视虚拟仿真师资队伍培养重视虚拟仿真师资队伍的培养，必须提高教师的信息化水平，提升教师的专业实践能力。虚拟仿真资源的开发周期较长，离不开学校的政策支持和资金投入，学校应在保障研发过程的顺利进行的前提下，通过激励方式提高教师参与的积极性和热情；必须要认识到企业在信息化技术上的优势，教师要参与企业实践，掌握先进的技术，找到发挥企业技术优势和学校教学优势的契合点，开发虚拟仿真实验系统，编写相关的教材，服务于教学；教师能力的可持续发展是实现虚拟仿真教学可持续发展的重要保障，只有更多优秀的教师参与到虚拟仿真资源的建设中来，才能实现虚拟仿真教学的可持续发展。

 

五、结语

 

随着现代信息技术的不断发展，职业教育的信息化水平也将不断提高。尽管虚拟仿真教学不能完全替代传统的、真实的技能训练和知识学习，但是开展虚拟仿真教学在教学时空、教学成本及学生能力培养方面的优势也是不容忽视的。随着虚拟仿真技术的不断发展，未来将会建设功能更加强大、更加贴合教学实践性、操作性和互动性更强的虚拟仿真实训实验系统，虚拟仿真教学在职业教育人才培养的过程中也将发挥越来越重要的作用。

 

参考文献：

 

［1］中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划（2011—2020年）［EB/OL］.

 

［2］教育部.教育信息化2.0行动计划［EB/OL］.［2018-4-13］.

 

［3］王娟，陈瑶.资源建设新形态:虚拟仿真资源的内涵与设计框架［J］.中国电化教育，2016(12):91-96．

 

［4］彭梓涵，王运武.职业教育虚拟仿真资源建设现状、挑战及对策［J］.成人教育,2019(01)：76-81.

 

［5］冯逸飞，王伟忠，黄罡，等.极地特种医学仿真实验应用模式研究［J］.第二军医大学学报,2019(01):90-93.

 

［6］潘志君，孟传飞，王颖.基于虚拟仿真技术的煤矿实习培训系统［J］.中国矿业,2017(09):152-154.

 

［7］吕明珠.虚拟仿真技术在液压与气动实验教学中的应用［J］.实验技术与管理,2015(04):144-146.

 

［8］苏东梅.慕课背景下利用虚拟仿真技术进行理实一体课程开发初探［J］.职业技术教育,2014(29):22-24

 

［9］金丽娇，顾至欣.虚拟现实技术与传统课堂对导游实训课程教学效果的对比研究—以南京旅游职业学院为例［J］.河北职业教育,2017(04):58-62.

 

［10］储开斌，杨长春，朱正伟，等.虚拟项目教学法在模拟电子技术教学中的应用［J］.实验室科学，2011（06）：109-112.

 

［11］王智明，潘洪涛，叶亮，等.虚拟仿真技术在高职以太网原理项目化教学中的应用［J］.河北职业教育，2017（08）.51-52.

 

［12］王海，李波.虚拟仿真技术在职业教育实践性教学环节中的应用［J］.中国职业技术教育，2011(14)：48-51.

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