摘要:醫(yī)學(xué)檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業(yè)，注重學(xué)生專業(yè)實驗?zāi)芰筒僮魉降呐囵B(yǎng)。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗實驗教學(xué)存在弊端，采用虛擬仿真技術(shù)（virtualreality，VR）建立醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)平臺可完善并提高教學(xué)質(zhì)量。通過對醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)進行初步探索，對目前存在的困難進行剖析，為響應(yīng)教育部建立國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，促進醫(yī)學(xué)檢驗教育信息化建設(shè)提供新思路。

關(guān)鍵詞:醫(yī)學(xué)檢驗；虛擬仿真；實驗教學(xué)

醫(yī)學(xué)檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業(yè)，尤其2012年教育部將培養(yǎng)目標由五年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗及醫(yī)學(xué)類實驗室工作的醫(yī)學(xué)高等專門人才”改為四年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗及醫(yī)學(xué)類實驗室工作的醫(yī)學(xué)技術(shù)高級專門人才”[1]，著重強調(diào)了專業(yè)實驗?zāi)芰筒僮魉健，F(xiàn)醫(yī)學(xué)進入精準醫(yī)療的大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)的“規(guī)定動作”教學(xué)已不能滿足技術(shù)日新月異的變化，各類因素極大程度的制約著教學(xué)效果，借助虛擬仿真技術(shù)（virtualreality，VR）可有效改善這些問題。VR技術(shù)是一種以計算機為核心的新型認知工具和知識載體，利用高科技生成虛擬環(huán)境，使操作者具有視、聽、觸覺一體化的沉浸感[2]，可借助特殊設(shè)備與虛擬環(huán)境交互，達到身臨其境的感受和體驗。本文對醫(yī)學(xué)檢驗虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)現(xiàn)狀進行分析，為建設(shè)醫(yī)學(xué)檢驗虛擬平臺提供新思路。

1傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗實驗教學(xué)存在的弊端及VR解決方案

1.1驗證實驗占比大，學(xué)生操作機會少

傳統(tǒng)實驗教學(xué)一般由實驗技術(shù)人員備好實驗項目所需儀器、試劑和樣品，在講授實驗?zāi)康摹⒃怼⒎椒ú襟E和注意事項后，學(xué)生“依葫蘆畫瓢”進行實驗。通過VR平臺，可實現(xiàn)“實驗準備→預(yù)實驗→實驗操作→結(jié)果分析”等流程操作。為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)思維和創(chuàng)新素質(zhì)，可在平臺中設(shè)計開放式、研究式的實驗教學(xué)[3]。目前臨床在用的醫(yī)學(xué)檢驗儀器多為全自動化操作，價格昂貴，且實驗場地有限，加上招生規(guī)模擴大，無法做到人手一臺進行操作，大大制約了學(xué)生的動手操作能力。VR通過一臺計算機或一套虛擬設(shè)備即可模擬整套醫(yī)學(xué)檢驗虛擬實驗室，容納檢驗科相關(guān)儀器設(shè)備，學(xué)生通過模擬實驗過程，可反復(fù)進行操作練習(xí)，分析實驗步驟，注意操作細節(jié)，熟練后再實際動手操作，虛實結(jié)合可有效避免因?qū)嶒災(zāi)骋徊襟E出錯而導(dǎo)致實驗無法繼續(xù)進行。

1.2生物安全隱患大，形態(tài)教學(xué)難度大

摘要：隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和應(yīng)用，我國在教育教學(xué)中涌現(xiàn)出了許多的先進技術(shù)和科學(xué)儀器。而化學(xué)教學(xué)中虛擬仿真實驗軟件的使用，不僅有效的提升了教學(xué)效果，還使化學(xué)實驗教學(xué)更高效。虛擬仿真實驗軟件在化學(xué)教學(xué)過程中突顯出不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗軟件；教學(xué)

隨著中國特色社會主義新時代的到來，國家教育事業(yè)也要緊跟時代的步伐，與時俱進。當(dāng)今，我們的課堂教學(xué)也迎來了新的變化，各種教育教學(xué)資源不斷涌現(xiàn)，把這些信息技術(shù)應(yīng)用在化學(xué)課堂上，無疑會大大提高課堂教學(xué)效果。而在如此多的教育教學(xué)資源中，筆者認為化學(xué)虛擬仿真實驗軟件在化學(xué)實驗教學(xué)中有重要作用，[1]并對虛擬實驗軟件在化學(xué)教學(xué)實踐中的運用進行了探討。

一、虛擬仿真實驗軟件有效輔助教學(xué)，解決實驗耗材問題

教師在化學(xué)課堂上經(jīng)常會演示一些實驗，而有些實驗的演示會造成儀器的損壞。對有些實驗，教師只在課堂上給學(xué)生強調(diào)正確的操作方法，不會真實進行演示。因些，有的學(xué)生只能被迫記憶實驗現(xiàn)象。這種教學(xué)方式帶來的效果不明顯，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。有了化學(xué)虛擬仿真實驗軟件，可以通過視頻直觀演示此類實驗。如，實驗室用氯酸鉀制取氧氣時，如果用排水法收集，實驗結(jié)束時，應(yīng)先從水槽中移出導(dǎo)管，再熄滅酒精燈。如果實驗結(jié)束時，兩個實驗操作順序反了，會造成試管炸裂。這個知識點也是中考考試中經(jīng)常考到的重點。而教師在課堂上只給學(xué)生講解理論，不去真正演示。如果學(xué)生實驗時操作順序弄反了，會產(chǎn)生嚴重的后果。此時，教師可以利用化學(xué)虛擬仿真軟件去演示反之操作的現(xiàn)象。這樣，既直觀、不損耗實驗儀器，還能讓學(xué)生操作軟件體會過程，加深他們對這一知識點的理解，增加學(xué)生的課堂參與度。

二、虛擬仿真實驗軟件有效輔助教學(xué)，解決了一些危險隱患

教師在教學(xué)“分子在不斷的運動”這一性質(zhì)時，通常會用濃氨水和酚酞進行實驗。而濃氨水容易揮發(fā)出刺鼻的氨氣，讓整個教室的空氣不清新，而且這一實驗用時較長。這時，教師可以用虛擬仿真軟件做這個實驗，學(xué)生就不會被氨水揮發(fā)出來的刺激性氣味傷害身體，減少等待的時間。還可以讓全班學(xué)生在大屏幕上清楚看到顏色變紅的過程。在稀釋濃硫酸時，教師一再強調(diào)要“酸入水”。因為，濃硫酸的密度比水大，在稀釋過程中會釋放出熱量。如果把水加入酸中，水在上層，稀釋過程中的熱量會使水沸騰。這時，四處飛濺出來的就不只是水了，而是具有強腐蝕性的硫酸溶液。但有些學(xué)生記不住操作流程。這個實驗教師進行實際操作演示也具有危險。因此，用虛擬仿真實驗軟件演示不正規(guī)的操作，可以起到加深學(xué)生記憶理解的作用。

摘要:目的：探討虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)在外科護理課程中的應(yīng)用效果。方法：此次研究的對象為2019年9月期間我校錄取的80名外科護理專業(yè)學(xué)生，將其隨機分為常規(guī)組（實施常規(guī)外科護理課程教學(xué)）和實驗組（采用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)進行外科護理課程教學(xué)），每組40名。比較兩組教學(xué)后的實際操作成績、理論知識成績、實際操作成績和理論知識成績差值以及對教學(xué)方法的滿意度。結(jié)果：經(jīng)過教學(xué)，實驗組的實際操作成績、理論知識成績、實際操作成績和理論知識成績差值均高于常規(guī)組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；實驗組的教學(xué)滿意度為97.50%，顯著高于常規(guī)組的85.00%，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論：通過虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)進行外科護理課程教學(xué)，能顯著提升學(xué)生的實際操作水平和專業(yè)理論知識水平，且學(xué)生對該教學(xué)方法的滿意度非常高，應(yīng)用效果理想。

關(guān)鍵詞:虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng);外科護理;實際操作;理論知識;教學(xué)滿意度

1資料與方法

1.1一般資料。此次研究的對象為2019年9月期間我校錄取的80名外科護理專業(yè)學(xué)生，將其隨機分為常規(guī)組（實施常規(guī)外科護理課程教學(xué)）和實驗組（采用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)進行外科護理課程教學(xué)），每組40名。常規(guī)組有男學(xué)生12名，女學(xué)生28名；年齡為18~20歲，平均年齡為（18.96±0.26）歲；入學(xué)綜合成績?yōu)?0~95分，平均成績?yōu)椋?2.85±0.59）分。實驗組有男學(xué)生14名，女學(xué)生26名；年齡為18~20歲，平均年齡為（18.74±0.36）歲；入學(xué)綜合成績?yōu)?0~95分，平均成績?yōu)椋?2.90±0.38）分。兩組的年齡、性別比例、綜合成績等相比無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。此次研究的開展已嚴格遵循醫(yī)學(xué)倫理委員會制定的相關(guān)標準，均告知所有學(xué)生此次研究情況，學(xué)生同意參與研究。

1.2方法。常規(guī)組實施常規(guī)外科護理課程教學(xué)，即由授課老師進行相關(guān)專業(yè)知識課堂講授，為學(xué)生解答各種疑惑；根據(jù)課程要求適當(dāng)開展實際操作演練，但還是以老師示范為主；利用多媒體播放相關(guān)手術(shù)操作內(nèi)容，供學(xué)生觀看、學(xué)習(xí)；積極開展案例分析，幫助學(xué)生梳理外科護理知識等。實驗組采用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)進行外科護理課程教學(xué)，方法為：（1）構(gòu)建全面的學(xué)習(xí)系統(tǒng)框架，根據(jù)崗位需要、外科護理專業(yè)教材內(nèi)容重構(gòu)課程體系，同時，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)中還要完善相關(guān)的練習(xí)、測試、作業(yè)、討論、評價等功能，讓學(xué)生在系統(tǒng)平臺上能隨時查看教學(xué)資源、提問、練習(xí)、討論等，而授課老師也能根據(jù)系統(tǒng)平臺實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進度、評價反饋，或進行作業(yè)批改、在線指導(dǎo)等。（2）課堂上根據(jù)教材內(nèi)容搭建相應(yīng)的情境進行教學(xué)，或者讓學(xué)生根據(jù)自身的學(xué)習(xí)進度、知識掌握程度等搭建相關(guān)學(xué)習(xí)情境，給學(xué)生更多的實際模擬操作演練，以此提高學(xué)生的理論知識水平和實際動手操作能力。（3）課后給予學(xué)生更多的操作練習(xí)時間，讓其通過虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)不斷鞏固外科護理知識和相關(guān)技能操作，老師再給予相應(yīng)的指導(dǎo)即可。（4）授課老師進行相關(guān)技能、知識考核時，利用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)記錄學(xué)生考核數(shù)據(jù)，并綜合評定學(xué)生平時操作情況，給予公平、科學(xué)、真實的學(xué)習(xí)評價。

1.3觀察指標。比較兩組教學(xué)后的實際操作成績、理論知識成績、實際操作成績和理論知識成績差值以及對教學(xué)方法的滿意度。教學(xué)滿意度：采用我校自擬的問卷調(diào)查表評定，內(nèi)容包括學(xué)習(xí)體會、教學(xué)時間、動手操作次數(shù)、實操頻率等，總分100分，非常滿意：大于90分；滿意：80~90分；不滿意：低于80分；教學(xué)滿意度等于非常滿意率與滿意率的總和。

1.4統(tǒng)計學(xué)處理。通過SPSS19.0統(tǒng)計學(xué)軟件包處理所有數(shù)據(jù)，用計數(shù)資料（％)表示教學(xué)滿意度，用計量資料（）表示實際操作成績、理論知識成績、實際操作成績和理論知識成績差值，若P＜0.05則差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

摘要:本文通過在分析商業(yè)銀行綜合業(yè)務(wù)虛擬仿真平臺建設(shè)的意義、作用的基礎(chǔ)上，提出了商業(yè)銀行虛擬仿真教學(xué)的設(shè)想和思路，并給出了虛擬仿真教學(xué)平臺建設(shè)的重點、難點以及建設(shè)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞:商業(yè)銀行;綜合業(yè)務(wù);虛擬仿真;模擬教學(xué)

隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和應(yīng)用，教育信息化在國家層面上得到了持續(xù)關(guān)注。虛擬仿真教學(xué)模式的推廣和應(yīng)用滿足了各學(xué)科教育信息化的現(xiàn)實需要，推動了高校實踐教學(xué)改革和創(chuàng)新。商業(yè)銀行業(yè)務(wù)的實踐教學(xué)是金融專業(yè)課程建設(shè)的重要內(nèi)容，它不僅僅是將虛擬仿真技術(shù)引入商業(yè)銀行實務(wù)、實訓(xùn)和實踐教學(xué)中，更強調(diào)的是運用將虛擬仿真思想搭建虛擬真實場景、模擬商業(yè)銀行業(yè)務(wù)平臺及后臺數(shù)據(jù)庫、模擬金融的現(xiàn)實問題作為實驗項目，注重讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，獲得知識，提高技能，有效地彌補了金融專業(yè)實踐教學(xué)不足和實操性差的缺陷。

一、商業(yè)銀行綜合業(yè)務(wù)虛擬仿真平臺建設(shè)的意義

(一)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和應(yīng)用型人才的需要

高等院校的學(xué)科建設(shè)和專業(yè)建設(shè)面臨創(chuàng)新性要求的挑戰(zhàn)。教學(xué)研究要思考的重要內(nèi)容就是如何構(gòu)建學(xué)生合理的知識結(jié)構(gòu)、綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。商業(yè)銀行是金融、會計、管理等專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)的重要去向和優(yōu)先選擇，該行業(yè)實踐技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練是經(jīng)管學(xué)科的重要教學(xué)任務(wù)。完成實踐教學(xué)的人才培養(yǎng)目標，迫切需要建立與實際相結(jié)合的教學(xué)體系和教學(xué)平臺，在實踐教學(xué)中鍛煉學(xué)生的實操技能，促進本學(xué)科建設(shè)并提升高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)水平。商業(yè)銀行綜合業(yè)務(wù)虛擬仿真模擬教學(xué)無疑是滿足這一需要的重要手段和教學(xué)方法。

(二)創(chuàng)新經(jīng)管學(xué)科教學(xué)手段，使教學(xué)模式不斷適合社會經(jīng)濟發(fā)展的需要

摘要：闡述Lab VIEW和Multisim軟件建立虛擬仿真實驗平臺，對控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)方法和運行機制進行改革。此平臺操作靈活，易于擴展，可有效鏈接理論教學(xué)和實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞：控制工程，虛擬仿真，實驗教學(xué)。

0  引言

我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)2019  年獲批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點，《控制工程基礎(chǔ)》作為該專業(yè)的一門核心專業(yè)課，其主要任務(wù)是使學(xué)生獲得控制系統(tǒng)的概念、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、特性分析等方面的專業(yè)技能。通過搭建模擬電路，討論電路參數(shù)對系統(tǒng)特性的影響，然而控制系統(tǒng)特征參數(shù)和電路參數(shù)之間又存在復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，在短短的兩學(xué)時實驗中，學(xué)生很難從實驗現(xiàn)象映射到理論知識中，依托第二批新工科研究與實踐項目對該課程從教學(xué)方法與運行機制等方面進行了深入改革。

1  教學(xué)方法改革

基于數(shù)學(xué)模型設(shè)計虛擬仿真實驗。測控技術(shù)與儀器是光學(xué)、機械、電子、計算機、控制等多學(xué)科交叉而形成的一門高新技術(shù)密集型專業(yè)。測控專業(yè)必須順應(yīng)形勢，融合信息和物聯(lián)網(wǎng)元素，重構(gòu)專業(yè)知識課程體系。在教學(xué)改革的過程中，引入現(xiàn)代化教學(xué)手段，將虛擬仿真實驗演示與課堂教學(xué)相結(jié)合，與傳統(tǒng)的硬件操作實驗相結(jié)合，建設(shè)了與傳統(tǒng)實驗教學(xué)體系優(yōu)勢互補的虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容。運用Lab VIEW強大的圖形化編輯語言G編寫程序，根據(jù)控制工程課程的函數(shù)模型，建立程序框圖開發(fā)基于數(shù)學(xué)模型分析的虛擬實驗系統(tǒng)，大尺度的依據(jù)學(xué)生的要求調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)來觀察實驗想象，成為課堂教學(xué)中教師理論教學(xué)的得力助手，可將虛擬仿真教程嵌套在授課PPT中，教師可結(jié)合實際的教學(xué)需求，最大限度地發(fā)揮虛擬元器件資源的優(yōu)勢，課堂上教師只需要選擇相應(yīng)的模塊，改變參數(shù)實現(xiàn)實驗現(xiàn)象的連續(xù)觀測，教學(xué)課件更加靈活多變，增強課堂教學(xué)的趣味性，讓同學(xué)們更加直觀地理解所學(xué)內(nèi)容，從而提高整體教學(xué)質(zhì)量。基于模擬電路設(shè)計虛擬仿真實驗。隨著一流課程改革的推進，線上實驗教學(xué)也隨之以更多元化的形式孕育而生。傳統(tǒng)的實驗隨著設(shè)備元器件的更新速度太多，經(jīng)常跟不上社會發(fā)展的節(jié)奏，所學(xué)的知識脫離實際應(yīng)用，然而Multisim可虛擬電子元器件以及各類電子電工儀表，通過軟件將元器件和儀器融為一體，能滿足中小規(guī)模的模擬、數(shù)字邏輯以及混合電路的仿真需要[1]。根據(jù)控制工程系統(tǒng)模型的多樣性，設(shè)計不同形式的模擬電路，追求數(shù)學(xué)模型到模擬電路的轉(zhuǎn)型，利用其便利的虛擬示波器完成波形的觀察，數(shù)據(jù)的記錄和分析，與實際硬件實驗相比，暫時回避學(xué)生在線上實驗中示波器、信號源使用難的問題，電路復(fù)雜接線錯誤燒壞芯片的問題，把知識先掌握，在仿真電路可以任意的改變電路參數(shù)，分析系統(tǒng)性能的變化，得出正確的結(jié)論，在線下硬件實驗中我們再來解決信號源、示波器與實驗電路連接使用的技巧，解決目前再實驗中經(jīng)常因為不知道實驗想象，盲目的調(diào)整的過程，往往不知道學(xué)生到底是知識點沒掌握，還是儀器設(shè)備不會使用。實現(xiàn)虛實結(jié)合，既是對課堂教學(xué)的補充，也為下線實驗奠定基礎(chǔ)，而后在進行下線實驗時，更能得心應(yīng)手，降低實驗設(shè)備的損壞率的同時提高實驗教學(xué)效果。圖1為虛擬仿真與課程教學(xué)結(jié)構(gòu)圖。以Lab VIEW虛擬仿真平臺建設(shè)促理論教學(xué)，以Multisim虛擬平臺建設(shè)促實驗教學(xué)的改革模式，體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)經(jīng)典理論課程的信息融合。將虛擬仿真引入課程教學(xué)過程是控制工程課程的必要教學(xué)改革手段。

2  實驗改革方案設(shè)計

摘要：目的：在5G技術(shù)的推動下，為了豐富教學(xué)，彌補教學(xué)和練習(xí)條件不足、教學(xué)形式單一等問題。方法：通過無線實時動作捕捉系統(tǒng)與足球?qū)ｍ椪n堂教學(xué)相結(jié)合，將24名學(xué)生隨機分成實驗組和對照組進行實驗研究。結(jié)果：虛擬仿真技術(shù)進入足球?qū)ｍ椪n堂教學(xué)，對提高學(xué)生繞桿射門速度、運球穩(wěn)定性與射門落點準確性具有明顯的效果，且較實驗前后、對照組的差異均具有顯著性（p<0.01）。結(jié)論：虛擬仿真技術(shù)進入高校體育專業(yè)術(shù)科課堂教學(xué)具有一定的必要性，既有利于改善教學(xué)方式枯燥、教學(xué)效果不理想的狀況，又能達到增強學(xué)習(xí)興趣、提高運動技能的目的。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；體育專業(yè)；課堂教學(xué)；足球

虛擬仿真是以計算機技術(shù)為核心生成的具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，使用者利用匹配的設(shè)備進行人機交互聯(lián)系，使人產(chǎn)生身臨其境的體驗。虛擬仿真技術(shù)作為教學(xué)現(xiàn)代信息化技術(shù)應(yīng)用到教育教學(xué)的有效載體，以其主題鮮明、問題聚焦以及交互性強等特征，正在被普遍應(yīng)用到諸多學(xué)科的教育教學(xué)中。在5G技術(shù)的推動下，本研究主要采用實驗法，以高校體育專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為出發(fā)點，將現(xiàn)有大學(xué)生培養(yǎng)模式進行擴展，以學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點，以虛擬仿真實踐教學(xué)為載體，從多層次和多方面設(shè)計體育專業(yè)技術(shù)教學(xué)實驗方案，將虛擬仿真技術(shù)與體育專業(yè)術(shù)科課堂教學(xué)相結(jié)合，改變多媒體課件制作目的不明確、教學(xué)方式枯燥、教學(xué)效果不理想的狀況，以彌補教學(xué)和訓(xùn)練條件不足，解決教學(xué)形式單一等問題，讓學(xué)生能更親密地接觸和體驗體育運動帶來的樂趣，達到提高學(xué)生運動技能、增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、改善課堂教學(xué)效果的目的。

1相關(guān)概念簡介

1.1虛擬仿真相關(guān)介紹。隨著5G技術(shù)的誕生，加大了網(wǎng)絡(luò)速度要求較高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的空間。虛擬仿真是以計算機技術(shù)為核心制成的具有多種感知的虛擬世界，使人產(chǎn)生真實的體驗。該技術(shù)集合了計算機仿真、計算機圖形、人工智能、數(shù)字圖像處理、多媒體技術(shù)、傳感、網(wǎng)絡(luò)及顯示等多個領(lǐng)域技術(shù)的綜合性信息技術(shù)。[1]虛擬仿真技術(shù)被引入實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境中，打破了傳統(tǒng)枯燥乏味的教學(xué)方式，且以有效提高學(xué)生發(fā)展創(chuàng)新思維為目標。

1.2課堂教學(xué)課堂教學(xué)是在各種教學(xué)模式中普遍使用的一種教學(xué)手段。它是指在法定的一次課中，按照教學(xué)大綱和教學(xué)計劃規(guī)定的內(nèi)容，由教師給學(xué)生傳授知識和技能的全過程，它主要包括講解、示范、問答、解惑等教學(xué)活動以及所使用的各種教具。通常把年齡或知識程度相近的人群，聚集在固定的班級，按統(tǒng)一的教學(xué)大綱內(nèi)容，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，并在固定的時間內(nèi)，向?qū)W生教授教學(xué)內(nèi)容的組織形式。[2]

2實驗對象與方法

摘要：在新工科背景下，數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變與開發(fā)在電子信息工程本科教學(xué)中顯得尤為重要，虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)模式開發(fā)中具有獨特優(yōu)勢。本文分析了虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)優(yōu)勢，結(jié)合建構(gòu)主義和教學(xué)心理學(xué)教學(xué)方法，開發(fā)了基于虛擬仿真的數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)模式，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，該教學(xué)模式具有提高學(xué)生探索積極性、擴展學(xué)生知識面、提高學(xué)習(xí)成績以及降低教學(xué)成本等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：新工科；數(shù)字電子技術(shù)；虛擬仿真技術(shù)；教學(xué)模式

2016年1月18日，在十八屆五中全會中指出了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念[1]，并在一帶一路合作高峰論壇中強調(diào)：“我們要促進科技同產(chǎn)業(yè)、科技同金融深度融合，優(yōu)化創(chuàng)新環(huán)境，集聚創(chuàng)新資源。我們要為互聯(lián)網(wǎng)時代的各國青年打造創(chuàng)業(yè)空間、創(chuàng)業(yè)工場，成就未來一代的青春夢想。”而新工科的內(nèi)涵正是為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、《中國制造2025》等一系列國家戰(zhàn)略[2]。綏化學(xué)院作為地方應(yīng)用型本科院校，具有服務(wù)地方，立足于地方性、應(yīng)用型、開放式、國際化的辦學(xué)定位，同時制定厚基礎(chǔ)、強應(yīng)用、養(yǎng)德性、善創(chuàng)新、高素質(zhì)的培養(yǎng)規(guī)格[3]，均符合新工科人才培養(yǎng)理念，“數(shù)字電子技術(shù)”是電子信息工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，為后續(xù)的“單片機原理與接口技術(shù)”“DSP及傳感器原理”等課程的基礎(chǔ)，而傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)模式具有知識面固定、教學(xué)內(nèi)容老化、教學(xué)方法單一以及實驗教學(xué)成本高等弊端，無法滿足我國新時期新工科建設(shè)的具體實際教學(xué)要求，即同時適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的變化和滿足未來行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。基于此，本文為了響應(yīng)“新工科”的教學(xué)背景，設(shè)計并開發(fā)了基于虛擬仿真的數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)新模式。

1虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢分析

為提高新時代背景下高等學(xué)校實驗教學(xué)質(zhì)量和實踐育人水平，教育部從2017年起開展示范性虛擬仿真教學(xué)項目，利用線上+線下相結(jié)合的教學(xué)模式擴展學(xué)生的知識層面、增加學(xué)生的學(xué)習(xí)資源、提升學(xué)生與教師的互動能力，虛擬仿真技術(shù)可以依賴于網(wǎng)絡(luò)云端的教學(xué)資源，有利于教學(xué)資源協(xié)調(diào)建設(shè)、高效管理與應(yīng)用[4]。在資源共享的平臺上，有助于提高教學(xué)質(zhì)量，促進高校之間、校企之間協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)“產(chǎn)出導(dǎo)向”的培養(yǎng)模式，數(shù)字電子技術(shù)中涉及成本較高的耗材時，學(xué)生可采用仿真平臺，通過模型建立、參數(shù)選擇以及仿真計算等過程，在了解芯片電路工作機理的同時，還了解了軟件和平臺的應(yīng)用，潤物細無聲中拓展了學(xué)生的知識，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2教學(xué)模式的開發(fā)

在經(jīng)典的建構(gòu)主義中，教師的講解并不是學(xué)生學(xué)習(xí)知識的有效渠道，通過學(xué)生在錯綜復(fù)雜的政治、社會、經(jīng)濟及文化背景下，教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助資源，學(xué)生自主有效地借助社會中的學(xué)習(xí)資料和資源，通過意義建構(gòu)的方法捕獲工作中所需的知識與能力[5]。而虛擬仿真教學(xué)技術(shù)的特性和優(yōu)勢恰好有利于實現(xiàn)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中的四要素，即“情境”“協(xié)作”“會話”“意義建構(gòu)”，其中情境對于理工科數(shù)字電子技術(shù)中抽象的學(xué)習(xí)顯得尤為重要，集成芯片由上萬個甚至上億個電子元器件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)相對機械零部件更加復(fù)雜，不同集成芯片的工作原理更是各不相同，且在工作上存在較為復(fù)雜的連帶關(guān)系，為此如何運用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)和實現(xiàn)有效的教學(xué)情境可以增進學(xué)生數(shù)字電子技術(shù)的理解非常重要。為真實體現(xiàn)復(fù)雜芯片結(jié)構(gòu)在工作過程中情境的真實有效性，在教學(xué)設(shè)計中需規(guī)范情境所包含的知識，同時更應(yīng)該增加知識在生產(chǎn)生活中的運用場合，增加其與應(yīng)用型本科教學(xué)的契合度，虛擬仿真技術(shù)兼有技術(shù)實現(xiàn)的真實存在感和良好交互特性，將其結(jié)合三維動畫技術(shù)、先進的生活性、發(fā)展性教育理念，鼓勵學(xué)生在虛擬仿真學(xué)習(xí)情境中進行探究、訓(xùn)練和體驗，通過人機交互的方式加深對數(shù)字電子技術(shù)中抽象復(fù)雜知識的應(yīng)用理解[6]。在認知心理學(xué)的教學(xué)范疇內(nèi)，將學(xué)生所學(xué)的知識分為陳述性和程序性，對于大量內(nèi)容為陳述性知識的數(shù)字電子技術(shù)而言，需要虛擬仿真平臺具有較高的擬合度，因此基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中更應(yīng)完全遵循科學(xué)的客觀規(guī)律因素，即應(yīng)該合理運用物理引擎、選用合理的仿真平臺，針對性地模擬數(shù)字電子技術(shù)在現(xiàn)實中的客觀規(guī)律，從而準確、高效地把知識在真實中運用的方式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。基于以上對虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)方法的研究，本課題小組所設(shè)計的教學(xué)策略如圖1所示。

1在機械類課程教學(xué)中實踐的意義

1.1在教學(xué)中應(yīng)用的理論依據(jù)

虛擬仿真技術(shù)可將學(xué)習(xí)對象、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)工具進行有機結(jié)合，將一些看得見表面但摸不著實際的學(xué)習(xí)對象，通過某些技術(shù)和工具，使學(xué)習(xí)者能看得清其實質(zhì)，還能感覺到其實際，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境，有效促進了學(xué)習(xí)者的體驗學(xué)習(xí)。關(guān)于體驗學(xué)習(xí)，美國心理學(xué)家?guī)觳?DavidKolb)用4個元素建立起了4階段理論模型:具體的經(jīng)驗、觀察與反思、形成抽象的概念和普遍的原理以及在新情境中檢驗概念的意義。對學(xué)習(xí)者而言，其學(xué)習(xí)過程應(yīng)遵循“學(xué)習(xí)圈”(learningcycle)。學(xué)習(xí)的起點或知識的獲取首先是來自人們的經(jīng)驗或者感性的認知，有了“經(jīng)驗”，學(xué)習(xí)者的下一步邏輯過程便是對已獲經(jīng)驗進行“觀察”與“反思”(reflection)，把“有限的經(jīng)驗”形成抽象的概念和普遍的原理。在教學(xué)過程中，特別是高等教育中的機械類課程，學(xué)習(xí)者即學(xué)生很難在有限的時間對其學(xué)習(xí)對象如一些機械裝備進行感性認識，虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用恰恰滿足了學(xué)生在學(xué)習(xí)中感性體驗的需求，在情景中體驗概念的意義，使得知識外延擴大。

1.2在機械類課程中教學(xué)的效果

機械基礎(chǔ)類課程通常由《機械制圖》、《機械原理》和《數(shù)控機床》等課程組成。在這些課程的教學(xué)中，既需要演示大量的實物、機械運動過程、加工、制造、檢驗方法和過程等，又需要將工程實際中提出的理論問題用虛擬仿真手段演示。采用虛擬仿真技術(shù)的CAI課件可以為教學(xué)提供很好的資源。如《機械制圖》課程中，除了強調(diào)學(xué)生的識圖繪圖能力之外，空間想象與空間思考能力尤為重要。作為教學(xué)重點與難點，傳統(tǒng)的文字講解與配圖很難讓學(xué)生在腦中具體地構(gòu)造模型，而虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以直接將三維立體圖展現(xiàn)在課堂之上，化抽象為具體。學(xué)生可從內(nèi)部、外部以及各角度觀察立體模型，再與平面繪圖相結(jié)合，利于學(xué)生的理解。在《機械原理》課程中，運動機構(gòu)的認知與理解為教學(xué)的核心，如何將教材中靜止的機構(gòu)配圖的運動情景理解為真實的場景成為學(xué)習(xí)《機械原理》的關(guān)鍵。如在機構(gòu)自由度的分析和計算過程中，復(fù)合鉸鏈很難講解透徹，若用設(shè)計出復(fù)合鉸鏈實際的裝配，學(xué)生會一目了然看到在3個桿件的結(jié)合點有2個鉸鏈，而避免因平面圖形看上去只有1個鉸鏈的錯誤感覺。采用虛擬仿真技術(shù)，將機構(gòu)運動做成虛擬動畫，即可達到更好的教學(xué)效果，還可節(jié)省成本，符合教學(xué)改革發(fā)展的趨勢。在《數(shù)控機床》課程中，機床加工過程用純文本加圖片的教學(xué)方式不易被學(xué)生理解，最佳的學(xué)習(xí)方式就是實際操作，但很多學(xué)校辦學(xué)規(guī)模有限，缺少相應(yīng)的實習(xí)基地，且實際操作具有一定風(fēng)險。采用虛擬仿真技術(shù)進行設(shè)計加工的模擬，既可以避免真實教學(xué)給人帶來的危險，又可以減少相應(yīng)投資的成本，同時可以系統(tǒng)、完整地為學(xué)生呈現(xiàn)出整個工藝過程，極大地幫助學(xué)生的理解和記憶。

2棉花制缽機的仿真動畫制作

教學(xué)過程中向?qū)W生展示農(nóng)業(yè)棉花制缽機，實物成本高，體積大，不適合作為課堂教具，虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，可以利用Pro?E軟件對棉花制缽機進行實體建模，并以其機構(gòu)部件的實際連接為基礎(chǔ)，對其進行裝配。在設(shè)置了機構(gòu)連接方式和運動方式的前提下，利用Pro?E的“機構(gòu)”模塊對制缽機工作過程進行了仿真，進而分析了制缽機構(gòu)工作過程中的運動特點，使得學(xué)生更加直觀地了解其工作原理。