李 圓

（惠州商貿(mào)旅游高級職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 惠州 516001）

中職信息技術(shù)課程開放式虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建研究

李 圓

（惠州商貿(mào)旅游高級職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 惠州 516001）

當(dāng)前中職院校信息技術(shù)課程教學(xué)面臨著實(shí)訓(xùn)設(shè)備更新升級資金短缺、實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)不統(tǒng)一等教學(xué)困境，文章提出在信息技術(shù)類課程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的搭建中，融入虛擬仿真技術(shù)以破解上述教學(xué)難題，介紹虛擬仿真技術(shù)的特性和優(yōu)勢，分析在實(shí)訓(xùn)課程中開展虛擬仿真教學(xué)的意義。

虛擬仿真；開放式；教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建；信息技術(shù)專業(yè)

1 虛擬仿真技術(shù)的概念及特性

虛擬仿真技術(shù)（也稱為模擬技術(shù)），就是在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建出一個(gè)形象逼真的模型系統(tǒng)來模擬另外一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的現(xiàn)代化技術(shù)，可以在這個(gè)虛擬的模型系統(tǒng)所創(chuàng)設(shè)的情景中進(jìn)行交互，學(xué)習(xí)者如同身臨其境，獲得真實(shí)體驗(yàn)。

虛擬仿真技術(shù)有以下4點(diǎn)特性：（1）沉浸性（Immersion），通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)建出一個(gè)模擬真實(shí)環(huán)境的逼真的虛擬情景，給學(xué)習(xí)者強(qiáng)烈的感官?zèng)_擊，讓學(xué)習(xí)者沉浸到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中，成為虛擬系統(tǒng)的一部分，獲得身臨其境的體驗(yàn)；（2）交互性（Interaction），虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)的是一個(gè)開放的、動(dòng)態(tài)的、交互的仿真環(huán)境，學(xué)習(xí)者可憑借視覺、聽覺及觸覺等傳感器如同身臨其境般與虛擬仿真環(huán)境中的對象發(fā)生交互關(guān)系；（3）虛幻性（Imagination），虛擬仿真技術(shù)模擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，是模擬、演練媒體，更是重要的設(shè)計(jì)工具，學(xué)習(xí)者能從虛擬環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而深化概念、產(chǎn)生新的創(chuàng)造理念和思想；（4）逼真性（Reality），對設(shè)計(jì)方案的真實(shí)“再現(xiàn)”的虛擬環(huán)境，是基于真實(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)用虛擬仿真軟件、利用數(shù)字模型形成逼真三維場景構(gòu)建而成的。

2 虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用于職業(yè)教育信息技術(shù)課程實(shí)訓(xùn)課堂的意義

在信息技術(shù)高速發(fā)展的環(huán)境下，職業(yè)院校面臨兼顧控制技術(shù)設(shè)備成本和實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新升級的困境。尤其是以實(shí)驗(yàn)實(shí)操為主的信息技術(shù)類課程，教師在實(shí)訓(xùn)課需要通過講解現(xiàn)場演示相結(jié)合，才能使課程更直觀形象，讓學(xué)生掌握操作技巧；同時(shí)，學(xué)生也必須在實(shí)訓(xùn)室中親自動(dòng)手實(shí)操，才能真正理解并消化老師所授的知識(shí)。然而搭建專門的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室需要大量資金支持，而且要同時(shí)滿足眾多學(xué)生共同實(shí)操，存在很大壓力，虛擬仿真技術(shù)在其中的應(yīng)用很大程度緩解了實(shí)驗(yàn)實(shí)操教學(xué)壓力。

在信息技術(shù)實(shí)訓(xùn)課程中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，降低實(shí)訓(xùn)成本的同時(shí)，在提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)的安全性方面也發(fā)揮了重要作用。在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，由于學(xué)生對實(shí)際的實(shí)操環(huán)境欠缺把握和了解，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)事故頻發(fā)；而今在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中讓學(xué)生在虛擬仿真系統(tǒng)真實(shí)體驗(yàn)實(shí)踐操作環(huán)境，可以讓學(xué)生預(yù)先了解實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的大概流程和實(shí)操環(huán)境，從而有效改變實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中事故頻發(fā)的狀況。

另外，在課堂教學(xué)中增加虛擬仿真技術(shù)，能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，更有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。虛擬仿真教學(xué)為學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)沉浸式、交互式的、生動(dòng)形象且集音樂、色彩、圖片于一體多樣化的虛擬仿真環(huán)境模式，在這樣的實(shí)訓(xùn)場景中實(shí)施教學(xué)能更有效地激發(fā)學(xué)生探索知識(shí)的欲望，從而讓學(xué)生更積極主動(dòng)地投入到學(xué)習(xí)中，例如在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，構(gòu)建基于真實(shí)情況的虛擬化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，通過Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)仿真軟件來搭建系統(tǒng)，再運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以在課堂中利用Packet Tracer提供的可視化的仿真平臺(tái)構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以在虛擬化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及各個(gè)實(shí)體的參數(shù)進(jìn)行靈活的配置和設(shè)置，還可以進(jìn)行大中型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的虛擬組建。學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境中設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行配置，觀察網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作過程及協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit，PDU）在網(wǎng)絡(luò)中的傳送過程，查看交換機(jī)的交換表及路由器的路由表的轉(zhuǎn)發(fā)情況，實(shí)時(shí)跟蹤PDU在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)處理過程[1]。虛擬的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)還可以為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)地理標(biāo)識(shí)，學(xué)生可在其中以實(shí)際的企業(yè)和單位的需求為基礎(chǔ)，進(jìn)行總體規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)布局，構(gòu)建城市、樓宇、辦公室、配線間等虛擬設(shè)置，達(dá)到了與真實(shí)環(huán)境的統(tǒng)一，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心。

3 當(dāng)前虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的局限性

目前大多數(shù)的職業(yè)院校都有針對某一課程使用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通用性和集成性方面的研究相對比較少，但由于每個(gè)專業(yè)或課程的情況不同，所購入使用的虛擬系統(tǒng)都是基于不同的工作環(huán)境、編程語言、體系結(jié)構(gòu)開發(fā)而成，各實(shí)驗(yàn)平臺(tái)本身的兼容性、擴(kuò)展性、交互性等方面都比較差。導(dǎo)致校內(nèi)各專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)建設(shè)大都自成體系，各自為政，很難在統(tǒng)一的平臺(tái)中進(jìn)行整合，形成了“信息孤島”[2]。當(dāng)前虛擬仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的局限性主要有以下幾類：（1）各課程的虛擬仿真系統(tǒng)采購成品比較多，缺乏二次開發(fā)的接口和權(quán)限。教師無法進(jìn)入到核心虛擬仿真課件二次開發(fā)領(lǐng)域，對提升專業(yè)水平不利；（2）各廠家提供的虛擬仿真教學(xué)軟件，由于各自開發(fā)方法不同而無法對接；（3）購置的虛擬仿真軟件對課程的支持和實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展差強(qiáng)人意，可擴(kuò)展性較差；（4）各種虛擬仿真系統(tǒng)之間，多數(shù)情況下并沒有進(jìn)行統(tǒng)一身份認(rèn)證處理，學(xué)生和教師需要使用不同的賬號(hào)登錄不同的系統(tǒng)；（5）計(jì)算機(jī)專業(yè)的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)的限制，通常只能給校內(nèi)提供服務(wù)，無法服務(wù)社會(huì)，無法將優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源提供給社會(huì)有需要的受眾。因此，建立開放式的計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬仿真教學(xué)資源是當(dāng)前中職學(xué)校面臨的重要課題。

4 構(gòu)建開放式的計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)的必要性

構(gòu)建共享式的信息技術(shù)類專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 共享式的信息技術(shù)類專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)

共享式的信息技術(shù)類專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)可以解決如下幾個(gè)問題：（1）實(shí)現(xiàn)本校與外?；蚋蠓秶鷥?nèi)的信息技術(shù)類特色優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的及時(shí)披露和共享；（2）實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份管理，使學(xué)校購置的各種實(shí)驗(yàn)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一接入，通過促進(jìn)系統(tǒng)間的耦合度，讓學(xué)生能夠在統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，解決“信息孤島”的問題；（3）實(shí)現(xiàn)兼容性，學(xué)校通過部署系統(tǒng)平臺(tái)，有效實(shí)施第三方的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件；（4）實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程管理，包括教學(xué)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)安排、實(shí)訓(xùn)配套的理論學(xué)習(xí)、常見的實(shí)訓(xùn)維護(hù)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程的智能指導(dǎo)及在線答疑、對實(shí)操作業(yè)的自動(dòng)批改、實(shí)操成績統(tǒng)計(jì)查詢、實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果評估等功能，同時(shí)該平臺(tái)可擴(kuò)展集成第三方的虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源或自建課程資源；（5）發(fā)揮服務(wù)社會(huì)的功能，將優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真教學(xué)資源推送給廣大市民，讓有需要的人群在線使用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)資源。

中職學(xué)校構(gòu)建計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)主要需要關(guān)注如下幾個(gè)問題：（1）做好計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)課程的崗位分析；（2）結(jié)合學(xué)校人才培養(yǎng)方案，形成“計(jì)算機(jī)專業(yè)”課程的典型工作任務(wù)，根據(jù)典型工作任務(wù)，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬仿真的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)情景；（3）選擇平臺(tái)軟件，根據(jù)專業(yè)和學(xué)科的具體要求進(jìn)行配置，搭建功能完善的開發(fā)式虛擬仿真平臺(tái)；（4）結(jié)合學(xué)校的教學(xué)管理工作要求，制定計(jì)算機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)的的功能模塊需求，包括實(shí)訓(xùn)課配套的理論學(xué)習(xí)模塊、實(shí)訓(xùn)排課管理模塊、典型實(shí)驗(yàn)庫的維護(hù)模塊、實(shí)訓(xùn)智能指導(dǎo)及答疑模塊、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)批改模塊、實(shí)驗(yàn)成績統(tǒng)計(jì)查詢模塊、數(shù)字化資源管理模塊、師生互動(dòng)交流模塊和管理模塊；（5）虛擬仿真教學(xué)必須以專業(yè)素質(zhì)精良、技術(shù)能力精湛的專業(yè)教師隊(duì)伍為基礎(chǔ)，建立虛擬仿真系統(tǒng)課件開發(fā)團(tuán)隊(duì)，不斷推送優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真教學(xué)資源；（6）搭建統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)；（7）實(shí)現(xiàn)校內(nèi)師生和校外企業(yè)單位服務(wù)共享。

5 結(jié)語

開放式虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)有效地解決了“信息技術(shù)”課程教學(xué)過程中遇到的難題，兼?zhèn)涑两?、交互性、虛幻性、逼真性特點(diǎn)的虛擬化仿真平臺(tái)，為學(xué)生提供了多樣化的實(shí)踐手段和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)給予了良好的、必要的補(bǔ)充，吸引學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索、主動(dòng)進(jìn)行實(shí)操和研究，提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)效果，有效提升教學(xué)質(zhì)量。

[1]蔡群英，黃鎮(zhèn)建.搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2009（6）：195-197．

[2]周英飚，馮玉才.分布式虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1999（4）：287-291.

Study on the construction of open virtual simulation teaching system of information technology course in secondary vocational school

Li Yuan
（Huizhou College of Business, Huizhou 516001, China）

At present, the teaching of information technology course in secondary vocational colleges is facing the shortage of training equipment updating and upgrading funds and the training teaching system is not uni fi ed. The paper puts forward that in the construction of the teaching platform in information technology courses, it should integrate the virtual simulation technology to solve the above-mentioned problems, introduce the characteristics and advantages of virtual simulation technology, and analyze the signi fi cance of virtual simulation teaching in practical training courses.

virtual simulation; open type; construction of teaching system; information technology specialty

李圓（1984— ），女，廣東河源。