信息化下的職業(yè)教育虛擬仿真教學探究

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摘要：為培養(yǎng)高質量、高素質的技能人才，國家高度重視職業(yè)教育信息化建設。虛擬仿真教學是依托虛擬仿真教學資源的教學活動，是信息技術與教育教學深度融合的產物，具有情境性、交互性、開放性和共享性的特征，開展虛擬仿真教學要遵循“能實不虛、虛實互補、虛實互促”的原則。虛擬仿真教學對于提升學生的學習效果、降低教學成本、提高技能人才培養(yǎng)的質量具有重要的意義，但在教學實施過程中出現(xiàn)了教學信息化程度不夠、資源構建力度不夠以及教師參與程度不夠等問題，為此提出了加強虛擬仿真教學信息化建設、完善虛擬仿真教學資源構建以及重視虛擬仿真師資隊伍培養(yǎng)的三大策略。

關鍵詞：職業(yè)教育；虛擬仿真教學；虛擬仿真師資隊伍

現(xiàn)代信息技術的不斷發(fā)展為職業(yè)教育虛擬仿真教學的開展創(chuàng)造了前所未有的機遇。2012年，教育部頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》中指出，職業(yè)教育信息化是“教育信息化需要著重加強的薄弱環(huán)節(jié)”，要“加快建設職業(yè)教育信息化發(fā)展環(huán)境”“有效有效提高職業(yè)教育實踐教學水平”，并針對教育系統(tǒng)的不同需求提出了開發(fā)“1500套虛擬仿真實訓實驗系統(tǒng)”的發(fā)展目標［1］?！督逃畔⒒?.0行動計劃》指出，虛擬仿真實訓實驗系統(tǒng)是教育信息化數(shù)字資源的重要組成部分，具有“突破時空限制”“快速復制傳播”“呈現(xiàn)手段豐富”的獨特優(yōu)勢，是提高教育質量的重要手段［2］。虛擬仿真教學資源的有效應用、虛擬仿真教學的大力開展，對于實現(xiàn)信息技術與教育教學的深度融合，引領教育信息化從而引領教育現(xiàn)代化具有重要的意義。

一、虛擬仿真教學的內涵、特征及開展原則

（一）虛擬仿真教學的內涵虛擬仿真教學是以依托虛擬仿真教學資源的教學活動。虛擬仿真教學資源是在仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術的基礎上共同開發(fā)的數(shù)字化資源，主要涉及基礎設施及設備、實驗材料、實驗軟件和實驗系統(tǒng)等，通常包括仿真硬件、仿真軟件、仿真數(shù)據(jù)及仿真平臺［3］。仿真技術在20世紀初就得到了廣泛的應用，虛擬現(xiàn)實技術更加注重人機交互的體驗和虛擬空間的感受［4］。虛擬仿真教學和傳統(tǒng)教學的最大區(qū)別在于教學中融合了虛擬現(xiàn)實技術和仿真技術的優(yōu)勢，提升了教學的信息化水平。

（二）虛擬仿真教學的特征虛擬仿真教學具有情境性、交互性、開放性和共享性的特征。情境性是指開展虛擬仿真教學的虛擬環(huán)境是實際工作環(huán)境或者工作案例的模擬，學員可以在虛擬環(huán)境中進行技能的模擬訓練和知識的鞏固學習，例如極地特種醫(yī)學的虛擬仿真教學，將極地極寒、極夜、極晝、強磁場的環(huán)境模擬出來，展現(xiàn)常規(guī)實驗中無法實現(xiàn)的工作環(huán)境，為有效開展極地環(huán)境下的人體及動物的醫(yī)學研究提供了重要的環(huán)境條件［5］。交互性是指利用虛擬仿真實驗系統(tǒng)具有人機交互功能，在教學中用戶可以獲得更好的學習效果。例如在煤礦虛擬仿真實習培訓系統(tǒng)中，學員可以通過鍵盤的按鍵來控制井下人物的運動，達到安全實習培訓效果，并能實現(xiàn)多人同時在線互動，提高多人合作的能力［6］。開放性是指虛擬仿真教學為學生提供了一個開放的學習平臺。在液壓與氣動實驗的教學中，通過發(fā)揮網絡技術、數(shù)據(jù)庫技術及虛擬仿真技術的優(yōu)勢，開發(fā)相應的虛擬仿真網絡課程，學生在網絡平臺中可以完成課程項目的學習和成績評定，也能在線與教師探討，且根據(jù)學生反饋和實際需要，虛擬實驗項目的數(shù)量也可不斷增加，滿足不斷變化的教學需求［7］。共享是構建一體化的“互聯(lián)網+教育”大平臺、發(fā)揮虛擬仿真數(shù)字教育資源優(yōu)勢的重要途徑。虛擬仿真教學的共享性特征表現(xiàn)在，通過資源共享不斷提高虛擬仿真教學資源的利用率，讓更多的學生享受到通過虛擬仿真教學帶來的知識、技能的提升，從而不斷提高職業(yè)教學的質量和水平。

（三）虛擬仿真教學的開展原則開展虛擬仿真教學應遵循“能實不虛、虛實互補、虛實互促”的原則。虛擬仿真教學為學生的個性化情境學習和交互操作提供了重要的虛擬化學習環(huán)境，開放、共享的學習平臺為多人交互、共同完成某項學習任務提供了可能，但學生利用真實的實訓實驗設備、材料進行技能訓練和知識鞏固學習的作用是不可替代的，如果以虛代實過多，會造成學生在學習時眼高手低、避實就虛，不利于學生的技能培養(yǎng)。虛擬仿真教學任務為真實設備上完成任務提供了重要的參考［8］。在教學中，可先利用虛擬環(huán)境具有強大的容錯功能，使學生多次嘗試獲得一定的操作經驗，再轉向實物的操作，從而在一定程度避免材料的浪費以及對設備的損壞；對于教學場地不能提供的教學場景和操作任務，開發(fā)相應的虛擬仿真教學資源，能夠豐富課堂教學，彌補實驗實訓條件的不足；要充分發(fā)揮虛擬仿真教學和實物教學的優(yōu)勢，使虛擬的環(huán)境更接近于真實的教學場景，真實的教學場景更貼近于實際的工作崗位，實際的工作崗位指導虛擬環(huán)境的構建，通過“虛擬-真實-實際”的循環(huán)促進，不斷提高學生的崗位技能。

二、開展虛擬仿真教學的重要意義

（一）打破教學時空的限制，提升學習效果職業(yè)教育主要是以提高學生技能為培養(yǎng)目標，部分技能的訓練對教學環(huán)境的要求比較高，比如極地環(huán)境下的醫(yī)學實驗、煤礦專業(yè)的井下操作等，普通的教學場景不能達到技能訓練的要求。利用虛擬仿真技術創(chuàng)設的虛擬環(huán)境，可以有效豐富教學環(huán)境，為學生的技能訓練創(chuàng)設條件，為以后進入真實的工作環(huán)境、走向現(xiàn)實的工作崗位奠定理論和實踐基礎［9］；虛擬仿真教學資源的共享為學生提供了課外學習平臺，學生可以利用共享的教學資源在課后加強訓練，不斷提升自己，教師也可以在線上對學生進行指導。教學環(huán)境的虛擬構建、“線上+線下”的多元教學使得虛擬仿真教學打破了傳統(tǒng)教學時間和空間的限制，有效提升了學生的學習效果。

（二）突破教學條件的約束，降低教學成本職業(yè)教育傳統(tǒng)實訓教學的開展需要滿足相關教學條件才能開展，比如建立實訓室、購買實訓設備等，某些技能的訓練還需要大量的教學耗材提供給學生進行練習。比如在實訓室里進行模擬電子線路的教學，學生操作的過程是利用各種電子元器件比如二極管、三極管、電容等在電路板上搭建相應電路進行安裝調試的過程，這些元器件在一次安裝完成后基本上不能再次使用，且電子元器件安裝的時候極易由于操作不當損壞造成損失，當電路安裝完成后需要多種儀器（儀表）比如萬用表、示波器進行測量或者讀取實驗結果。實訓室的建立、元器件的損耗、儀器（儀表）的購買這些都需要大量的教學成本。采用電子電路虛擬仿真軟件可以有效降低教學成本，虛擬的元件庫和儀器（儀表）庫為電路的設計、搭建、調試和分析提供了便捷的途徑，實驗中不需要消耗任何元器件，節(jié)能環(huán)保且安全可靠［10］。

（三）沖破能力培養(yǎng)限制，提高人才質量傳統(tǒng)的教學實驗，內容比較單一且固定，且絕大多數(shù)是驗證性實驗，學生只需按照操作步驟完成實驗即可，不利于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。虛擬仿真教學突破了傳統(tǒng)教學的諸多限制，是專業(yè)教學和信息化技術深度融合的重要產物，是提高學生科學的思維能力、大膽的實踐精神和勇于創(chuàng)新的重要手段。學生可以在虛擬環(huán)境中進行自我探索，思考并設計符合要求的實驗方案，獲得不同形式的實驗結果并進行分析，有利于學生構建屬于自己的知識體系，激發(fā)學生的學習興趣，激勵他們不斷創(chuàng)新［11］。

三、職業(yè)教育虛擬仿真教學問題分析

虛擬仿真教學對于提升學生的學習效果、降低教學成本、提高人才培養(yǎng)質量具有重要的意義，在職業(yè)教育的文化、旅游、醫(yī)學、工科及農林檢測等課程中，虛擬仿真教學的開展也比較廣泛［12］，但在虛擬仿真教學實施的過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。

（一）虛擬仿真教學的信息化程度不夠虛擬仿真教學的信息化主要表現(xiàn)在兩個方面，一是虛擬仿真教學資源的共享，二是虛擬仿真教學有利于實現(xiàn)學生的遠程自主學習。許多職業(yè)院校都開展了虛擬仿真資源的建設和教學工作，但如何建設、如何教學、如何共享及共享覆蓋面絕大多數(shù)是各院校的自主行為，沒有統(tǒng)一的建設標準，缺少可遵守執(zhí)行的技術規(guī)范，缺乏溝通協(xié)調，造成了虛擬仿真資源的重復開發(fā)和零散建設，資源的質量難以保證，并且因沒有統(tǒng)一的開發(fā)平臺和技術支持，虛擬仿真資源的共享性和可移植性差，造成教學資源的浪費；學生能進行遠程自主學習是虛擬仿真教學的優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的以教師為主的課堂教學，不利于學生培養(yǎng)學生自主學習的能力，且大多數(shù)虛擬仿真實驗系統(tǒng)突出功能的實現(xiàn)，對學生的學習評價功能不夠完善，教師也不能很好地掌握學生學習的情況，這些不利于學生的自主學習，降低了虛擬仿真教學的信息化程度。虛擬仿真教學資源的共享性差，學生遠程自主學習困難，這嚴重阻礙了虛擬仿真教學的信息化進程，不利于虛擬仿真教學的開展。

（二）虛擬仿真教學資源的構建力度不夠虛擬仿真教學資源是實現(xiàn)虛擬仿真資源從功能實現(xiàn)到教學應用的橋梁，是實現(xiàn)“虛實結合”教學的重要教學參考。目前虛擬仿真教學資源的構建著重于虛擬仿真軟件、硬件、數(shù)據(jù)及平臺的建設，但對開展虛擬仿真教學所需教學資料的建設力度不夠。虛擬仿真教學資料所包含的內容應該是多方面的，除了包括教材、實訓指導書、虛擬仿真系統(tǒng)等的使用說明、課程項目的實現(xiàn)過程外，還應包括“虛實結合”教學銜接與實施的教學參考。虛擬仿真教學資料的缺失不利于虛擬仿真教學的開展，也就無法有效地指導教師的“教”和學生的“學”，尤其在學生課后自學的時候，沒有任何可參考的學習資料，學習效果不佳。

（三）虛擬仿真教學教師的參與程度不夠虛擬仿真教學是專業(yè)教學和信息技術結合的產物，企業(yè)有技術的優(yōu)勢，依靠校外企業(yè)開發(fā)或者校企合作是虛擬仿真資源開發(fā)的首選。但是完全依靠企業(yè)或者簡單的校企合作，很難實現(xiàn)虛擬仿真教學的可持續(xù)發(fā)展。企業(yè)對教學的了解不多、學校教師的參與度不夠，開發(fā)的虛擬仿真實驗系統(tǒng)不一定能夠完全滿足教學的需求。要深入發(fā)揮虛擬仿真的信息化優(yōu)勢，離不開具有先進技術及教學實踐經驗的教師參與。信息技術的不斷發(fā)展與更新，使得虛擬仿真資源的開發(fā)變成了一項長期的、不斷革新的實踐性工作，因此需要有專門的教師從事此項工作。

四、虛擬仿真教學實施的策略

（一）加強虛擬仿真教學的信息化建設加強虛擬仿真教學的信息化建設，一方面要改革教學模式，在教學活動中以學生為主，培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力，提高學生自主學習的能力，同時需要完善虛擬仿真教學資源中的評價功能，為學生更好的完成虛擬仿真課程任務,及時獲得學習反饋奠定基礎；另一方要加強虛擬仿真資源的共享和推廣，這是信息化資源建設任務的要求，也是實現(xiàn)信息技術與職業(yè)教育深度融合的重要途徑，虛擬仿真資源的共享離不開院校間的交流與合作，要建立實時、開放、共享的信息數(shù)據(jù)庫，為更好地發(fā)揮虛擬仿真教學的優(yōu)勢創(chuàng)造條件。從培養(yǎng)學生學習能力出發(fā)，到虛擬仿真資源功能的不斷完善，再到虛擬仿真資源的開放、共享，將不斷提升虛擬仿真教學的信息化水平。

（二）完善虛擬仿真教學資源構建為了更好地發(fā)揮虛擬仿真教學的優(yōu)勢，要完善虛擬仿真教學資源的構建，不斷加強虛擬仿真平臺、虛擬實驗系統(tǒng)等建設，豐富和強化虛擬仿真的教學功能和評價功能，及時有效地提供教學反饋；要開發(fā)和編寫滿足虛擬仿真教學、注重學生能力培養(yǎng)的教學資料和學習資料，為更好地開展虛擬仿真教學做準備；要探索適合虛擬仿真教學以及虛實結合教學的方法，引導學生循序漸進地學習，提升教學效果。

（三）重視虛擬仿真師資隊伍培養(yǎng)重視虛擬仿真師資隊伍的培養(yǎng)，必須提高教師的信息化水平，提升教師的專業(yè)實踐能力。虛擬仿真資源的開發(fā)周期較長，離不開學校的政策支持和資金投入，學校應在保障研發(fā)過程的順利進行的前提下，通過激勵方式提高教師參與的積極性和熱情；必須要認識到企業(yè)在信息化技術上的優(yōu)勢，教師要參與企業(yè)實踐，掌握先進的技術，找到發(fā)揮企業(yè)技術優(yōu)勢和學校教學優(yōu)勢的契合點，開發(fā)虛擬仿真實驗系統(tǒng)，編寫相關的教材，服務于教學；教師能力的可持續(xù)發(fā)展是實現(xiàn)虛擬仿真教學可持續(xù)發(fā)展的重要保障，只有更多優(yōu)秀的教師參與到虛擬仿真資源的建設中來，才能實現(xiàn)虛擬仿真教學的可持續(xù)發(fā)展。

五、結語

隨著現(xiàn)代信息技術的不斷發(fā)展，職業(yè)教育的信息化水平也將不斷提高。盡管虛擬仿真教學不能完全替代傳統(tǒng)的、真實的技能訓練和知識學習，但是開展虛擬仿真教學在教學時空、教學成本及學生能力培養(yǎng)方面的優(yōu)勢也是不容忽視的。隨著虛擬仿真技術的不斷發(fā)展，未來將會建設功能更加強大、更加貼合教學實踐性、操作性和互動性更強的虛擬仿真實訓實驗系統(tǒng)，虛擬仿真教學在職業(yè)教育人才培養(yǎng)的過程中也將發(fā)揮越來越重要的作用。

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作者：石秀玲 付鋮 單位：貴州師范大學