尹立孟，朱光俊，萬(wàn)新，張明遠(yuǎn)

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虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)與管理探討

尹立孟，朱光俊，萬(wàn)新，張明遠(yuǎn)

摘要：以重慶科技學(xué)院為例，闡述了校企合作共建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)思路，探討了在合作共贏、互利互惠的基礎(chǔ)上構(gòu)建校企共建、共管和共享的建設(shè)與管理模式。為高校學(xué)生、企業(yè)員工的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力提升創(chuàng)造平臺(tái)，又為企業(yè)的科技服務(wù)與長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供助推動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬仿真；校企合作；共建；共管；共享

為順應(yīng)教育信息化發(fā)展潮流，教育部從2013年開(kāi)始陸續(xù)建設(shè)了一批具有示范、引領(lǐng)作用的國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。教育部在《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》中指出，國(guó)家建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的指導(dǎo)思想是堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和全面提高實(shí)踐能力為宗旨，以共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，以建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)，推動(dòng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新。重慶科技學(xué)院在重慶市冶金工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的基礎(chǔ)上建設(shè)了鋼鐵制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（以下簡(jiǎn)稱“仿真中心”），成為首批100個(gè)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)概述

所謂虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是指采用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信息等先進(jìn)技術(shù)，在數(shù)學(xué)理論、相似原理以及專業(yè)基礎(chǔ)與理論的基礎(chǔ)上，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣，完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練效果等同或者優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境下取得的效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的關(guān)鍵是如何搭建科學(xué)可行的信息化教學(xué)平臺(tái)和構(gòu)建豐富合理的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，并對(duì)這些以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為核心的教學(xué)資源進(jìn)行持續(xù)建設(shè)和高效可行的管理。一般來(lái)說(shuō)，信息化教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)主要是“硬件”和“環(huán)境”建設(shè)，投入一定的人力、物力和財(cái)力就可以很快產(chǎn)生較好的效果。然而，優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源如果沒(méi)有一定的積累和基礎(chǔ)，就很難在較短時(shí)間內(nèi)建成并很快顯示出良好的實(shí)際效果。本文重點(diǎn)介紹我校在鋼鐵制造全流程工藝方面如何與企業(yè)通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新、深度融合、共建共管共享虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)校企同進(jìn)共贏、產(chǎn)教互利互惠的目標(biāo)，以期為高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供建設(shè)思路與參考。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的構(gòu)成

仿真中心以現(xiàn)代鋼鐵制造全流程“鐵—鋼—鑄—軋”為主線，建成了5大模塊、4個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源體系（如圖1所示），以期達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐、專業(yè)設(shè)計(jì)和科技創(chuàng)新3種能力的目的。其中，5大模塊以鋼鐵制造流程為主線，對(duì)關(guān)鍵工序開(kāi)發(fā)若干個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，支持集中學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)和學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主學(xué)習(xí)。關(guān)鍵工序模塊主要由虛擬仿真和生產(chǎn)操作仿真2個(gè)子模塊組成。虛擬仿真是在虛擬的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)原料條件的設(shè)定、工藝路線的選擇和工藝參數(shù)的優(yōu)化；生產(chǎn)操作仿真是基于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和操作界面，實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的控制?；谔摂M仿真與生產(chǎn)操作仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可自由選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開(kāi)展不同鋼種的冶煉與加工工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化、模擬生產(chǎn)及成本控制、事故分析及處理。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)與管理策略

（一）科研成果轉(zhuǎn)化確保虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源持續(xù)更新

仿真中心非常注重校企合作，資源共享。從高校方面來(lái)看，校企合作是高校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的重要模式，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的基本途徑，可充分利用校企各自的資源優(yōu)勢(shì)，減少重復(fù)建設(shè)，降低成本，實(shí)現(xiàn)資源共建共享與共同育人。從企業(yè)方面來(lái)看，企業(yè)可通過(guò)校企合作借助高校先進(jìn)的設(shè)施設(shè)備和專業(yè)師資優(yōu)勢(shì)，共同進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，幫助企業(yè)解決相關(guān)的技術(shù)難題。因此，校企合作可以秉承“利用高校專業(yè)優(yōu)勢(shì)為企業(yè)服務(wù)，辦好企業(yè)和產(chǎn)業(yè)促進(jìn)高校專業(yè)發(fā)展”的理念和思路，校企協(xié)同創(chuàng)新，促進(jìn)專業(yè)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)時(shí)互動(dòng)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)、教學(xué)深入融合，促進(jìn)企業(yè)、產(chǎn)業(yè)和高校走上健康發(fā)展之路。就虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，校企合作可以帶來(lái)大批科研成果，如果能把這些科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，則可以極大地提升虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的質(zhì)量，也可以及時(shí)惠及企業(yè)職工和學(xué)生。

圖1　鋼鐵制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源體系

仿真中心堅(jiān)持“自主研發(fā)”和“校企協(xié)同創(chuàng)新”兩條腿走路。在自主研發(fā)方面，研發(fā)了鋼鐵制造過(guò)程中的燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼5個(gè)虛擬仿真模塊等成果，直接服務(wù)于學(xué)生與企業(yè)員工培訓(xùn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在校企協(xié)同創(chuàng)新方面，與中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司（簡(jiǎn)稱“中冶賽迪”）按照互利共贏、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、聯(lián)合校企力量研發(fā)世界領(lǐng)先水平的鋼鐵軋制生產(chǎn)工藝的目標(biāo)，目前在共建控軋控冷中試基地的基礎(chǔ)上研發(fā)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多家鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與中心資源的實(shí)時(shí)傳輸與共享，為虛擬仿真教學(xué)資源的更新提供了有力保障，開(kāi)拓了學(xué)生的視野。同時(shí)，仿真中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的挖掘與利用為企業(yè)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化及產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)提供了有力支撐。另外，與重慶鋼鐵（集團(tuán)）公司（簡(jiǎn)稱“重鋼”）合作研發(fā)了現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)全流程模型，并制作了鋼鐵制造全流程學(xué)習(xí)視頻，為企業(yè)新進(jìn)職工和學(xué)生全面了解現(xiàn)代鋼鐵制造夯實(shí)了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

校企合作科研成果的及時(shí)轉(zhuǎn)化，在構(gòu)建“鐵—鋼—鑄—軋”全流程的現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練了學(xué)生基于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的虛擬仿真操作技能；在構(gòu)建關(guān)鍵工藝仿真的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐、專業(yè)設(shè)計(jì)能力；在構(gòu)建基于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)再現(xiàn)以及即時(shí)分析與現(xiàn)場(chǎng)工程師互動(dòng)的基礎(chǔ)上，切實(shí)增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和提高了科技創(chuàng)新能力。

（二）共建共管共享實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源持續(xù)發(fā)展

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的持續(xù)發(fā)展需要制度保障，由于不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，原來(lái)的很多制度無(wú)法滿足這一新生教學(xué)模式的需要，要求校企合作共同制定新的規(guī)章制度，尤其是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和教學(xué)運(yùn)行管理等方面的制度。因此，仿真中心在中冶賽迪、重鋼等企業(yè)的支持下，修訂了《實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心保密、技安條例》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核辦法》等制度，還新制定了《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教學(xué)資源研發(fā)管理辦法》《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心崗位責(zé)任制》《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心專職隊(duì)伍管理辦法》《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教師能力提升實(shí)施辦法》等系列制度。這些制度基于校企“互利共贏、協(xié)同創(chuàng)新”的建設(shè)思路，明確了共建、共管、共享的“三共”基本原則。共建的范圍包括中試基地、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、虛擬仿真教學(xué)資源開(kāi)發(fā)、教師能力提升中心、大學(xué)生虛擬仿真企業(yè)學(xué)習(xí)站、企業(yè)工程師高校虛擬仿真工作室以及相關(guān)制度等。共管的部分包括教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)資源和企業(yè)兼職教師的管理。共享的部分包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果、基于虛擬仿真工藝的產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)方案等教學(xué)與科研成果。

此外，仿真中心在教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源持續(xù)更新與及時(shí)補(bǔ)充，設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、更新及管理等方面也和企業(yè)一起進(jìn)行了規(guī)范管理，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源持續(xù)擴(kuò)展與教學(xué)的正常運(yùn)行提供了重要保證。

（三）教師能力提升促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源高效利用

仿真中心的師資隊(duì)伍由于牽涉的學(xué)科專業(yè)面廣，如信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、冶金工程、材料加工工程等，因此采用專職和兼職相結(jié)合的模式相對(duì)更為合理，專職實(shí)驗(yàn)教師保持4～5人，其余包括企業(yè)教師在內(nèi)的人員均采用兼職聘任方式。

考慮到“雙師型”教師不能滿足仿真中心持續(xù)發(fā)展的要求，基于校企合作模式，對(duì)那些無(wú)企業(yè)工作經(jīng)歷和工程實(shí)踐能力不強(qiáng)的教師需要定期組織進(jìn)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)鍛煉。與此對(duì)應(yīng)，企業(yè)的優(yōu)秀工程技術(shù)人員的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富、工程能力非常強(qiáng)，但是缺乏教學(xué)組織與管理經(jīng)驗(yàn)，因此非常有必要進(jìn)行針對(duì)性培訓(xùn)，只有這樣才能適應(yīng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。另外，專職實(shí)驗(yàn)人員開(kāi)始面對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源利用、教學(xué)組織與信息化管理等方面也存在諸多的不適應(yīng)，需要定期組織學(xué)習(xí)與交流討論?？傊?，無(wú)論是專職實(shí)驗(yàn)教師，還是兼職的高校專業(yè)教師和企業(yè)聘任教師的能力提升都顯得非常必要，也是充分、合理利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的關(guān)鍵。

（四）學(xué)生能力提升突出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源成效最大化

傳統(tǒng)冶金企業(yè)的生產(chǎn)普遍存在高溫、高成本、高污染等特點(diǎn)，冶金工程相關(guān)專業(yè)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也普遍存在環(huán)境高溫、操作危險(xiǎn)、實(shí)驗(yàn)成本高、設(shè)備貴重、動(dòng)手機(jī)會(huì)少等特點(diǎn)，以致學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力不強(qiáng)、創(chuàng)新意識(shí)不夠和創(chuàng)新能力不足，成為制約應(yīng)用型冶金工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的瓶頸。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的引入，可對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面、系統(tǒng)的工程實(shí)踐訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的零消耗、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的零污染、實(shí)驗(yàn)容量的無(wú)限化，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，消除了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，增加了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，切實(shí)提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新能力?；诮虒W(xué)互動(dòng)的鋼鐵制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，近年來(lái)仿真中心培養(yǎng)的學(xué)生獲得了“挑戰(zhàn)杯”重慶賽區(qū)金獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，“全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽”國(guó)家級(jí)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)、重慶市二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，“第十屆中國(guó)大學(xué)生科技競(jìng)賽”一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。特別是在2015年第九屆“世界網(wǎng)絡(luò)煉鋼大賽”全球總決賽中取得了第1名的好成績(jī)，這也是我國(guó)大學(xué)生參加該賽事的最佳成績(jī)，可見(jiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效非常顯著。

四、結(jié)語(yǔ)

仿真中心積極探索了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)和管理模式上進(jìn)行了一些創(chuàng)新，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的諸多局限，依托校企合作、產(chǎn)教融合、協(xié)同創(chuàng)新，借助高等教育信息化和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍的建設(shè)和教學(xué)資源的研發(fā)，極大地豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵，在“共建、共管、共享”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和資源方面實(shí)現(xiàn)了攜手同進(jìn)和互助共贏。

參考文獻(xiàn)：

[1]李平，毛昌杰，徐進(jìn).開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（11）.

（編輯：文汝）

基金項(xiàng)目：重慶科技學(xué)院教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目“材料成型及控制工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)模式研究與實(shí)踐”（201203）。

收稿日期：2015-09-23

作者簡(jiǎn)介：尹立孟（1976-），男，博士，重慶科技學(xué)院（重慶401331）冶金與材料工程學(xué)院院長(zhǎng)助理，副教授，研究方向?yàn)橛蜌飧咝阅芄芫€鋼焊接與可靠性、電子封裝材料與可靠性。

中圖分類號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1999（2016）01-0061-03