劉芳 林琳 肖紅 趙婭 解紅濤 王穎

[摘 要]該文通過分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問題，構(gòu)建了基于虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的教育技術(shù)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式，該平臺(tái)節(jié)約了人力、物力、財(cái)力，打破了時(shí)空的限制，對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)有著極為重要的意義。

[關(guān)鍵詞]虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái);教育技術(shù)學(xué)

[基金項(xiàng)目]2019年度東北石油大學(xué)的黑龍江省教改項(xiàng)目“基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教育技術(shù)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索與應(yīng)用”（SJGY20190098）;2020年度東北石油大學(xué)引導(dǎo)性創(chuàng)新基金“基于學(xué)習(xí)者模型的在線學(xué)習(xí)資源個(gè)性化推薦方法研究”（2020YDL-11）;2018-2020年度黑龍江省教育廳“基于學(xué)生視角的大學(xué)生創(chuàng)業(yè)能力評(píng)價(jià)模型研究”（GBD1317016）

[作者簡(jiǎn)介]劉 芳（1983—），女，黑龍江大慶人，東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院副教授，東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀博士研究生，研究方向?yàn)槎嗝襟w與現(xiàn)代教育技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺、地質(zhì)三維建模及分析;林 琳（1982—），女，黑龍江大慶人，碩士，東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院講師（通信作者），主要從事虛擬現(xiàn)實(shí)與現(xiàn)代教育技術(shù)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）33-0389-02[收稿日期] 2020-03-19

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是鞏固和加深理論知識(shí)的必要教學(xué)手段和教學(xué)環(huán)節(jié)，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)，有效實(shí)現(xiàn)虛擬仿真與現(xiàn)實(shí)設(shè)備的互動(dòng)，已成為高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心內(nèi)涵建設(shè)的必然方向和行之有效的途徑，對(duì)于拓展實(shí)踐領(lǐng)域、豐富教學(xué)內(nèi)容、降低教學(xué)成本和風(fēng)險(xiǎn)、全面提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和集成創(chuàng)新意識(shí)均具有重要意義[1]。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問題

在高等教育格外注重學(xué)生素質(zhì)教育、動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的今天，雖然一直積極增加投入，以改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，但仍然滿足不了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，現(xiàn)實(shí)狀況與實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)需求的矛盾依然存在。（1）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足。學(xué)生只能利用有限的實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)，難以提供學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，不能有效地開展實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)工作。（2）實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足。實(shí)驗(yàn)器材無法及時(shí)更新，無法購買較為昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生不能接觸到具有高難度、高技術(shù)的實(shí)驗(yàn)。（3）師資力量缺乏。隨著學(xué)生數(shù)量的不斷增長，實(shí)驗(yàn)教學(xué)老師的教學(xué)任務(wù)也在逐年增加，老師給每位學(xué)生的平均指導(dǎo)時(shí)間在下降。對(duì)于不好理解的新實(shí)驗(yàn)學(xué)生往往只能按實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械地完成了事，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目的。（4）受場(chǎng)地和時(shí)間的制約[2]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是在相應(yīng)時(shí)間和相應(yīng)場(chǎng)地完成實(shí)驗(yàn)，不可能做到對(duì)學(xué)生隨時(shí)隨地開放。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的一些創(chuàng)新性的思路得不到及時(shí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，客觀上也影響了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)[3]。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

先以影視節(jié)目編導(dǎo)與制作和攝影基礎(chǔ)兩門課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為背景，進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源庫的研發(fā)。旨在突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)空瓶頸，體現(xiàn)和落實(shí)以學(xué)生為中心的教育教學(xué)理念[4]。

（一）基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的理論基礎(chǔ)，結(jié)合教育技術(shù)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。具體流程如下。

（1）實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入：學(xué)生瀏覽實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫視頻，通過視頻演示、字幕提示及聲音講解，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的積極性和學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)和刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，明確學(xué)習(xí)任務(wù)，鼓勵(lì)其下一步正式參與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)。

（2）實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)學(xué)習(xí)：本環(huán)節(jié)正式展開實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)，旨在向?qū)W生提供具體的實(shí)驗(yàn)流程指導(dǎo)及詳細(xì)的理論知識(shí)基礎(chǔ)，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備知識(shí)及實(shí)驗(yàn)具體步驟等，細(xì)致學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)操作所需知識(shí)點(diǎn)。

（3）虛擬實(shí)驗(yàn)互動(dòng)操作演練：學(xué)生對(duì)仿真虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行交互演練，通過仿真操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行模擬練習(xí)。通過構(gòu)建高度還原的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)器材保證與真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的相似性，學(xué)生在仿真演練過程中掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為實(shí)現(xiàn)知識(shí)從虛擬環(huán)境到真實(shí)環(huán)境的正向遷移做好充分準(zhǔn)備[5]。

（4）實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)：針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目準(zhǔn)備自我測(cè)試題目，學(xué)生通過答題檢測(cè)自身對(duì)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)和操作環(huán)節(jié)的理論方面的掌握程度，針對(duì)薄弱部分進(jìn)行有針對(duì)性的學(xué)習(xí)，促進(jìn)知識(shí)的鞏固和內(nèi)化。

（5）上傳實(shí)驗(yàn)作品：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)束之后進(jìn)行實(shí)際操作，呈現(xiàn)自己的作品，也可在網(wǎng)站內(nèi)瀏覽其他同學(xué)的作品，學(xué)生之間及師生之間產(chǎn)生互動(dòng)交流，將虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的反饋。與此同時(shí)，教師對(duì)學(xué)生作品的點(diǎn)評(píng)和鼓勵(lì)，有助于學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的成就感。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備、拍攝環(huán)境、人物的三維建模

采用虛擬現(xiàn)實(shí)中的三維建模技術(shù)，利用三維建模軟件3DS Max對(duì)實(shí)驗(yàn)中需要的工具設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等進(jìn)行三維模型構(gòu)建，主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備模型包括攝像機(jī)各組成部件模型、照相機(jī)各組成部件模型、支架模型、非線性編輯儀器等;用于練習(xí)的拍攝環(huán)節(jié)包括室外場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)教室等;人物建模包括場(chǎng)景漫游導(dǎo)覽、學(xué)生、老師以及用于拍攝的石油工人等。

（三）實(shí)驗(yàn)過程的虛擬仿真交互演練

利用三維游戲引擎軟件Unity3D創(chuàng)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，在三維仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)視角的控制、攝像機(jī)顯示功能、照相機(jī)顯示功能等功能[6]。

（四）實(shí)驗(yàn)過程中的虛擬仿真考評(píng)

虛擬考評(píng)不僅可以讓學(xué)生了解自己對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握程度，還可以給教師提供學(xué)生實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)的效果數(shù)據(jù)，針對(duì)每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)生的得分情況，在線下課堂可以有目的性、針對(duì)性、準(zhǔn)確型地進(jìn)行講解，以便調(diào)整講解重點(diǎn)，達(dá)到更好教學(xué)的目的。

（五）移動(dòng)端虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的研發(fā)

采用基于Android的App開發(fā)技術(shù)，開發(fā)移動(dòng)端虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在移動(dòng)平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

（六）實(shí)驗(yàn)過程的三維動(dòng)畫演示視頻開發(fā)

采用非線性視頻編輯技術(shù)，制作三維動(dòng)畫視頻。使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)，首先學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫視頻，了解基本實(shí)驗(yàn)過程，然后再通過交互操作練習(xí)實(shí)驗(yàn)過程，提高學(xué)習(xí)效果[7]。

（七）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)網(wǎng)站的創(chuàng)建

利用網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、多媒體技術(shù)等創(chuàng)建一個(gè)易維護(hù)、易擴(kuò)展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站，包括實(shí)驗(yàn)資源的管理、交流互動(dòng)、虛擬實(shí)驗(yàn)操作、視頻演示實(shí)驗(yàn)過程、作品提交及在線審批等功能。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教育技術(shù)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式與傳統(tǒng)課堂相比有著顯著的不同，在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)上，教學(xué)設(shè)計(jì)更加新穎、教學(xué)方法更加全面、評(píng)價(jià)體系更加完備、教學(xué)效果更加顯著，充分體現(xiàn)了教學(xué)技術(shù)學(xué)專業(yè)本身的開放性、多元性、創(chuàng)新性、實(shí)踐性的專業(yè)特點(diǎn)。學(xué)生在不斷實(shí)踐的過程中提出一些新的思路和想法，通過利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，不斷促進(jìn)新思路的提升和升華，對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)有著極為重要的意義[8]。

四、結(jié)語

以影視節(jié)目編導(dǎo)與制作和攝影基礎(chǔ)兩門教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為背景，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力為核心，引入虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，突破了時(shí)空限制，解決了學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)機(jī)會(huì)少的難題，提高了教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，形成了一個(gè)真正的基于互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)的高等教育實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

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Research on Course Teaching Model Based on Virtual Simulation Experiment Platform：

Taking the Experimental Teaching of Educational Technology Major as an Example

LIU Fang， LIN Lin， XIAO Hong， ZHAO Ya， XIE Hong-tao， WANG Ying

（School of Computer and Information Technology， Northeast Petroleum University，

Daqing， Heilongjiang 163318， China）

Abstract： By analyzing the problems existing in the traditional experimental teaching model， this paper constructs the experimental course teaching model of educational technology specialty based on the virtual simulation experimental teaching platform， which saves manpower， material resources and financial resources， breaks the limitation of time and space， and is of great significance for improving students' innovation consciousness.

Key words： virtual simulation; experimental teaching platform; education technology