黃蓉 唐守強(qiáng) 趙倩 湯正成

（江蘇大學(xué)京江學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

一、研究背景與意義

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，又稱為成果導(dǎo)向教育，是一種以成果為目標(biāo)導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，采用逆向思維的方式進(jìn)行的課程體系的建設(shè)理念。作為一種先進(jìn)的教育理念，OBE 是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心、以畢業(yè)生的預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，注重教學(xué)體系的改進(jìn)、優(yōu)化相應(yīng)教學(xué)模式，確保學(xué)生符合培養(yǎng)目標(biāo)。在新時(shí)代，新形勢(shì)下，OBE 教育理念在國內(nèi)外各個(gè)高校中已普遍得到重視，受到越來越多的教育工作者的青睞[1][2]。

基于能源與動(dòng)力工程專業(yè)，考慮到專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)r(jià)格昂貴，造價(jià)高，所占用體積龐大，實(shí)驗(yàn)安全系數(shù)低等因素，專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容較少，能源動(dòng)力專業(yè)難以全面廣泛地開展大型專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生缺少必要的訓(xùn)練，無法對(duì)能源系統(tǒng)、大型動(dòng)力裝置形成系統(tǒng)的、全面的認(rèn)識(shí)[3]，這與培養(yǎng)以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向的畢業(yè)學(xué)生難適應(yīng)。

針對(duì)上述問題，本文先通過資料查找、文獻(xiàn)檢索等方式獲取了相關(guān)資料和信息，研究分析如今國內(nèi)外高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，探尋虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革動(dòng)向和趨勢(shì)，提出基于OBE 理論的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的新模式，為開展江蘇大學(xué)京江學(xué)院能源動(dòng)力專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式奠定基礎(chǔ)，培養(yǎng)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合格工程人才。

二、國內(nèi)外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀

國外高校對(duì)虛擬仿真技術(shù)的研究起步較早，應(yīng)用較為廣泛。美國新媒體聯(lián)盟(NMC,New Media Consortium)發(fā)布的《國際教育信息化地平線報(bào)告》一度引領(lǐng)了國際教育信息化建設(shè)與發(fā)展的風(fēng)向，報(bào)告中提出，虛擬仿真教學(xué)將在今后國內(nèi)外教育界改革傳統(tǒng)教學(xué)、人才質(zhì)量提升等方面扮演重要角色，將成為現(xiàn)代教育的領(lǐng)頭羊，由此虛擬仿真教學(xué)收到國內(nèi)外教育界的廣泛關(guān)注。[4]

英國開放大學(xué)實(shí)驗(yàn)室通過網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)開發(fā)了虛擬儀器共享平臺(tái)，滿足在線實(shí)現(xiàn)所有實(shí)驗(yàn)室功能，學(xué)生通過下載虛擬儀器軟件即可進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)，或借助遙控儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)。2006 年，英國開放大學(xué)還構(gòu)建了一個(gè)與課堂平行的三維虛擬環(huán)境，使師生有身臨其境的感覺，可完成學(xué)習(xí)任務(wù)，參加集體活動(dòng)等，教師可以通過虛擬世界與異地學(xué)生進(jìn)行“面對(duì)面”的交流和輔導(dǎo)[5]。

澳大利亞雷德蘭茲大學(xué)早已利用平板電腦取代了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器，包括視頻設(shè)備進(jìn)行野外實(shí)踐教學(xué)，拍攝高分辨率的地形圖片資料，收集和分享巖石數(shù)據(jù)，快速獲取參考資料并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析[5]。

美國耶魯大學(xué)利用平板電腦進(jìn)行分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)課程，通過移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)W生可分享到從中心實(shí)驗(yàn)室數(shù)字顯微鏡中獲取的數(shù)據(jù)和圖像資源[6]。

美國科羅拉多大學(xué)在學(xué)校內(nèi)進(jìn)行了PhET 交互式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境中，自主實(shí)驗(yàn)、啟迪創(chuàng)新思維，從而驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)構(gòu)想[5]。

加拿大大學(xué)通過開設(shè)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)配備3D 掃描儀和打印機(jī)等高科技設(shè)備，體現(xiàn)了“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛”的教育體系[5]。

通過調(diào)查國外高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系的應(yīng)用可知，運(yùn)用電子信息技術(shù)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，極大地滿足了現(xiàn)代化時(shí)代高等教育開放辦學(xué)、資源共享的變革要求，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐提供了有利資源，為培養(yǎng)自主性、創(chuàng)新型人才提供了有利渠道。

（二）國內(nèi)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀

與國外相比，我國的虛擬仿真技術(shù)起步比較晚。自2013 年起，教育部已開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)工作，在2013-2015 年期間，前后共建設(shè)了300 個(gè)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，分別分布在26 個(gè)省市自治區(qū)，其中理工類211 個(gè)，農(nóng)林醫(yī)藥類53 個(gè)，人文社科類36 個(gè)[6]。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)成立了機(jī)械與農(nóng)業(yè)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，以“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充”為原則，創(chuàng)新性地提出了一套虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，即“三平臺(tái)、九模塊”[7]。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)國家級(jí)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建立了“現(xiàn)代農(nóng)場(chǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)”等四個(gè)虛擬仿真教學(xué)模塊。其中2018 年的“家禽病毒性傳染病疫苗的生產(chǎn)應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”入選當(dāng)年國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，呈現(xiàn)了較好的應(yīng)用前景[8]。

哈爾濱工程大學(xué)動(dòng)力與能源工程學(xué)院在2014 年開發(fā)出船舶動(dòng)力專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，以“頂層設(shè)計(jì)、虛實(shí)結(jié)合、開放創(chuàng)新”為教學(xué)理念，并成功獲批國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[3]。

西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院開發(fā)了液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的吸引力、推動(dòng)了該領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)工作，使得仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)具備了深刻的應(yīng)用意義。

三、基于OBE 理念虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的建設(shè)目標(biāo)

他山之石，可以攻玉。我校能源動(dòng)力專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程依舊采用的是傳統(tǒng)模式，為以成果為導(dǎo)向，提高創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的質(zhì)量，在OBE 教育理念的背景下，開始探索能源動(dòng)力類實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)的新道路。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以教師教學(xué)為主體，學(xué)生在教師的推動(dòng)下接受知識(shí)，很顯然，這已經(jīng)明顯不滿足現(xiàn)代化高教教育理念的方針。OBE 教育理念倡導(dǎo)學(xué)生作為教學(xué)活動(dòng)的主體，以成果導(dǎo)向教育為目標(biāo)，在新形勢(shì)下，以能源動(dòng)力專業(yè)為例，探索提出了基于OBE 理念虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（如圖1 所示）。

圖1 基于OBE 理念虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

在實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)之前，首先確定預(yù)期的學(xué)習(xí)成果即設(shè)立培養(yǎng)目標(biāo)。根據(jù)預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)和人才培養(yǎng)的教學(xué)方案，分為兩部分展開：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的自主性和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新性。

第一部分，教學(xué)活動(dòng)不再是以老師教為主體，而是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主體，在課堂前10 分鐘，借助視頻讓學(xué)生回顧已學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，為本節(jié)課程內(nèi)容做鋪墊；熟悉本節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、目的。以傳熱學(xué)平板的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)為例，可先通過視頻回顧下什么是熱傳導(dǎo)，導(dǎo)熱系數(shù)具有哪些特性，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)步驟埋下伏筆。然后進(jìn)入課堂的中心環(huán)節(jié)，聽從教師或視頻的語音講解，介紹實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)平臺(tái)的操作步驟、注意事項(xiàng)等方面，學(xué)生自主性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)于虛擬實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，可以選擇向老師提問或與同學(xué)交流，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期的目的，分析相關(guān)現(xiàn)象并學(xué)會(huì)解釋其中的原理。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行課后反思，舉一反三，能否開展同類型的其他的材料的實(shí)驗(yàn)，更深入的探究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，探索其中的奧秘。第二部分，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的創(chuàng)新性，如何將學(xué)生在書本所接觸的實(shí)際環(huán)境，工作條件在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出來是一大難點(diǎn)，只憑借書本的圖片，視頻難以發(fā)現(xiàn)其中的樂趣，于是，可借助虛擬實(shí)驗(yàn)達(dá)到“身臨其境”的效果，將我們?cè)诠こ躺纤牭竭^的、難以實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景通過虛擬平臺(tái)呈現(xiàn)出來。我們可以舉個(gè)流體力學(xué)的例子，我們可以借助FLUENT 模擬軟件仿真模擬出圓柱繞流現(xiàn)象，通過自己動(dòng)手實(shí)際操作，得到這樣一個(gè)三維動(dòng)態(tài)結(jié)果。借助CFD 軟件，學(xué)生可以分析每一個(gè)工程實(shí)際問題，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。該課程建設(shè)體現(xiàn)了以學(xué)生為中心，靈活式的培養(yǎng)專業(yè)型人才。最后，這一新型模式的提出，離不開后期教學(xué)質(zhì)量體系的監(jiān)督，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控課堂過程中產(chǎn)生的課堂信息，及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不僅僅是監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所產(chǎn)生的問題，也是對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量效果的評(píng)價(jià)，學(xué)生可借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)效果，對(duì)存在的問題可提出自己的修改意見，從而教師可更好地建立優(yōu)秀的教學(xué)環(huán)節(jié)，樹立良好的教學(xué)氛圍。

實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)平臺(tái)的建立豐富了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容，通過共享平臺(tái)學(xué)生可自主性的，開放性的開展虛擬平臺(tái)所能開展的實(shí)驗(yàn)；但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也存在幾個(gè)問題：1.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)雖不存在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性、不可控性，但也有可能削弱、淡化學(xué)生對(duì)工程中相關(guān)注意事項(xiàng)的警惕度，這也要求教師應(yīng)不斷改良、優(yōu)化自己的教學(xué)設(shè)計(jì)；2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含大量創(chuàng)新型、專業(yè)型項(xiàng)目，這也要求專業(yè)化的教師隊(duì)伍需不斷擴(kuò)大；3.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)質(zhì)量效果需真實(shí)經(jīng)歷才能發(fā)現(xiàn)其中的問題，對(duì)此，后續(xù)本文將開展學(xué)生的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)真實(shí)體驗(yàn)，觀察教學(xué)過程中所存在的問題，為更好地建設(shè)基于OBE 理論面向能源動(dòng)力專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系奠定基礎(chǔ)。

結(jié)語

OBE 教育理念以成果導(dǎo)向?yàn)榻逃繕?biāo)，基于OBE 教育理念，更能培養(yǎng)出適合這個(gè)社會(huì)，這個(gè)專業(yè)更優(yōu)秀的人才?？v觀國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)體系已成為大勢(shì)所趨，在OBE 教育理念的背景下，如何借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，優(yōu)化我們的教學(xué)模式，以預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，培養(yǎng)出更專業(yè)型的人才是我們奮斗的目標(biāo)。