高职虚拟仿真实训系统使用需求调查分析

摘要：采用问卷调查的方式，对广东食品药品职业学院教师群体进行有关教师对虚拟仿真实训系统的认识、使用情况，在实训教学中存在的困难，对虚拟仿真实训系统的需求和要求等方面的调查分析，并根据结果提出虚拟仿真实训系统建设与应用的实施方案。

关键词：高职；虚拟仿真；实训系统；使用需求；问卷调查

作者简介：段丹萍（1984-），女，四川遂宁人，广东食品药品职业学院电教信息中心，工程师；唐润华（1976-），男，湖南茶陵人，广东食品药品职业学院电教信息中心，高级工程师。（广东 广州 510520）

基金项目：本文系广东省教育科学“十二五”规划2012年度教育信息技术专项研究课题（课题编号：12JXN031）、广东食品药品职业学院科研项目（项目编号：2010YZ010）支持的研究成果。

中图分类号：G642.44 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0163-02

一、对高职院校仿真实训系统使用需求调研的必要性

高职院校教学改革的核心是以培养生产、建设、管理、服务第一线需要的高素质技能型人才为目标，工学结合，培养学生的动手能力和实践能力，通过动手和实践来学习科学理论知识，练就一身就业的本领。但由于高职院校的办学历史不长，资金来源匮乏，出现对实训基地和设备投入严重不足的现象，直接影响了实验实训仪器设备的数量、技术含量和实训基地的建设。同时随着招生规模的扩大，实训场地不足，设备简陋、落后与实际需求的矛盾日益突出。高职类院校虽然都花费了大量资金购置大批量先进、高档的实验实训器材，但其购置速度还是跟不上其扩招的速度，以致于很多实验是几人合用一台器材或是一个班的学生分批次完成；许多实验设备学校根本无法实际购进，造成了学生在校实验与实际工作相脱节。另外，许多高职类院校虽然都建有校外实训基地，但实际上学生到了校外实训基地后，也只能参观，企业根本不可能让学生进行实际操作。

针对专业和实验特点建设虚拟仿真实验室，将会在很好地保证实训教学质量的前提下，对实训教学起着重要的辅助作用，另外，一定程度上还能解决资金短缺的问题。虚拟仿真实训可理解为：利用计算机来模拟各种真实自然现象或社会现象，学生根据真实环境中的实际操作情况在虚拟的环境中进行设计、操作、验证、运行等各种技能训练的一种教学方式。本研究通过调查广东食品药品职业学院教师对虚拟仿真实训系统的使用需求，为高职虚拟仿真实训系统的建设与应用，以及提高学生的职业技能和实训教学效果的研究提供了依据。本研究的研究目的如下：调查教师对虚拟仿真实训系统的认识、使用情况；调查教师在实训教学中存在的困难和对虚拟仿真实训系统的需求程度；调查教师对虚拟仿真实训系统的要求；针对调查结果进行分析，对虚拟仿真实训系统的建设和应用提出初步的实施方案。

二、调研分析

1.调研模式

本研究采用网络问卷调查的方式，对广东食品药品职业学院的教师群体进行调研，调查内容包括教师对虚拟仿真实训系统认识和使用率，在实训教学中存在的困难和对使用虚拟仿真实训系统的需要程度，对虚拟仿真实训系统的要求等。发放问卷200份，回收问卷180份，有效问卷为156份，问卷回收率为90%。

2.调研分析

（1）对虚拟仿真实训系统的认识、使用率调查。从表1可以看出，多数教师对虚拟仿真实训系统有所了解，且大部分都是通过学术会议、同事或朋友推荐、书籍、杂志、网络等方式了解到虚拟仿真实训系统。有少数教师曾经使用过虚拟仿真实训系统，有超过90%的教师听说过GMP实训模拟系统，部分教师听说过东方仿真实训系统。可见，目前学院教师对虚拟仿真系统的了解大都停留在了解阶段，只有30%左右的教师使用过。

（2）对实训教学中存在的困难和虚拟仿真实训系统的需要程度进行调查。从表2可以看出，在实训教学中教师经常遇到的困难有：学生人数太多，设备无法满足每个学生操作的需要；学生操作秩序混乱；设备太昂贵，学校没有条件购置等。大部分教师认为需要在教学中用到虚拟仿真实训系统来帮助教师教学和学生自主学习，以医药卫生类、食品类专业领域的使用需求最大，且超过50%的教师所在系部有计划购买或者开发虚拟仿真实训系统，但是也存在一些困难，主要表现在三个方面：费用太昂贵；技术难度大，无法实现；没有适合本专业需要的虚拟实训教学系统等。由此可见，开发适合某专业领域，尤其是医药卫生类和食品类专业需求的虚拟仿真实训系统十分必要。

（3）对虚拟仿真实训系统的要求调查。从表3可以看出，教师认为虚拟仿真实训系统应该为教学提供的帮助包括：可操作的仿真实训过程；对学生仿真实训过程的及时反馈和评价；对实训设备的模拟展示；对学生仿真实训过程的实时记录。对于如何使用虚拟仿真实训系统，有九成教师希望在学生实际实训操作前进行仿真练习，八成教师希望用于课堂教学中的操作演示，五成教师希望能够用于学生实训操作的考核，三成教师希望能够直接替代实际的实训操作。在对虚拟仿真实训系统的功能和技术要求上，大部分教师希望虚拟仿真实训系统能够具备互动、演示、考核、实训管理等功能，少数教师希望有漫游功能；九成教师希望虚拟仿真实训系统的界面设计由二维（2D）和三维（3D）相结合，对系统的稳定性、运行速度要求较高。

三、虚拟仿真实训系统建设和应用的实施方案

1.根据专业和实验特点有针对性的建设虚拟仿真实训系统

职业教育实践教学的关键过程为设备讲解—实验讲解—动手实验—反复训练—测评。每一个过程均需要一定的教学条件和教学手段，而现实的条件和手段往往不能满足其需要。但是并非所有专业和实验都需要用到虚拟仿真实训系统：一是设备结构简单、成本低便于购置；二是实验操作过程简单易懂、安全性高；三是实验设备更新换代太快，使用仿真实训系统容易滞后于现实发展。因此，应根据专业和实验特点有针对性的建设虚拟仿真实训系统，从而解决职业教育中亟待解决的问题。针对实验设备结构复杂、购置成本高、操作原理较难理解、操作过程复杂、实验操作过程耗时过长、操作过程中容易出现安全事故等问题，可结合专业特点和实际条件等需要，建设虚拟仿真实训系统来辅助教师教学和学生自主学习。另外，高职类院校的虚拟实验建设还应实现校际共享，以避免重复建设，造成不必要的浪费。

2.设计功能完善的虚拟仿真实训系统

（1）漫游功能。虚拟仿真实训系统的漫游功能可帮助学生认识现场环境，基于三维的虚拟仿真技术可使学生对现场环境产生身临其境的感受，形成较为深刻的印象，从而对现场设施、设备、现场安全生产等形成初步认识。

（2）演示功能。虚拟仿真实训系统的演示功能能够帮助学生深入、形象地了解实训操作过程及原理，同时使学生高度重视实训过程中的安全操作与安全生产及误操作所带来的严重后果。

（3）互动功能。虚拟仿真涉及到对虚拟环境与虚拟对象的直接操纵，因而一般要求具有三维操作界面。虚拟仿真实训系统的互动功能为学生提供了动手实验的机会，学生可利用鼠标、键盘对屏幕画面仿真实物实施自主操作，实现对实训操作前的计算机仿真导训教学，帮助解决目前传统的实训教学中存在的困难。

（4）考核功能。虚拟仿真实训系统的考核功能可帮助验证学生学习能力、专业核心技能，考核学生对核心技能操作是否科学、合理、灵活，操作过程是否符合安全操作与安全生产等。

（5）管理功能。虚拟仿真实训系统的管理功能主要是对知识内容的管理、学生信息和学生操作过程的管理、考核结果的管理等。包括知识点、学生信息的添加、修改、更新、删除、查询等，对学生操作过程的记录、保存和及时反馈等，对系统本身的维护、升级等。

3.选择适合专业需要和满足用户需求的技术手段

由于虚拟仿真系统的硬件设备相对比较昂贵，在一定程度上影响了虚拟仿真技术的普及。因此，在选择虚拟仿真实训系统的技术实现手段时，不仅要考虑虚拟仿真技术为用户带来的强烈的沉浸感、交互感和真实的体验等，还要降低虚拟仿真技术带来的设备和技术成本，从而最大限度地满足专业教学的需要和满足用户的使用需求。如基于3D技术的仿真实训系统可为用户营造一个人为的虚拟环境，通过计算机图形建构三维数字模型并编辑到计算机中从而产生逼真的虚拟情景，使学生产生一种沉侵于虚拟环境中的感受。但是基于3D的虚拟仿真实训系统运行对硬件配置要求高、运行速度慢、技术开发难度大，导致建设成本高，难以普及。而基于2D技术的仿真实训系统，虽然开发难度和建设成本降低，运行速度较快，但难以带给用户真实的感受，较难达到有效的教学效果。可见，在建设虚拟仿真实训系统时，可将2D和3D技术相结合，既能产生逼真的虚拟情景，又能降低成本，提高运行速度。

4.探索有效的虚拟仿真实训系统应用模式

虚拟仿真实训系统为教师讲解设备结构、实验操作原理、实训过程、安全生产等方面的知识提供了真实的模拟演示，同时为学生提供了虚拟的操作环境和互动平台。将虚拟仿真实训系统引入课堂和实训教学，可改善传统教学中存在的问题。根据虚拟实训系统的特点及高职人才培养的目标和要求，可从以下几方面探索有效的虚拟仿真实训系统应用模式。

（1）“情境—互动式”教学模式。“情境—互动式”教学模式就是突出以学生为主体、以教师为主导的教学组织形式，在教学中具有基于建构主义理论的教学设计，利用虚拟仿真实训系统，通过讨论、合作、协商等方式充分发挥学生的主动性和参与性，实现学生、教师和虚拟仿真实训系统的多维互动，其教学过程可分解为：创设情境—探究互动—知识建构—迁移发展。

（2）“协作—探究式”教学模式。“协作—探究式”教学模式是基于建构主义的以学生为中心的教学模式，始终考虑以学生为中心，发挥学生的创新精神、探究能力、协作精神和反馈能力。基于虚拟仿真实训系统的“协作—探究式”教学模式的过程包括：提出问题—分解问题—学生分组开展虚拟实验—形成初步实验报告—修正实验报告—实验成果展示与交流—总结评价等几个阶段。

（3）“虚实结合”混合学习模式。混合学习（Blended learning）过程强调教师的主导作用与学生的主体地位的结合混合学习，基本形式是师生面对面教学与学生在线学习（如基于Web的虚拟课堂、协作学习、流媒体等）有机结合。其教学过程可分解为：提出教学任务—讲解、演示设备和操作原理—学生开展虚拟实验—提交实验报告—交流总结—综合学生问题—评价总结—修改。

四、结语

学生在进入真实的实训环境前，通过虚拟的实训操作，掌握相关的实验知识，熟悉相关实验设备的工作原理和操作步骤，可有效避免学生对实验设备的误操作，降低实验设备的损坏率，提高实验设备的利用率，解决实验设备短缺等问题，从而提高教学效果。虚拟仿真实训系统自由、开放的特性，可促进学生实验技能、综合素质、实验积极性和创造性的培养，为学生独立实践创造条件，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。但是虚拟实训并不能完全代替真实实验，一定要注意虚实结合，这样才能培养出具有较高动手能力的应用型人才。

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