趙宏靜 李維礁

摘要：研究目的：探究如何利用虛擬仿真技術(shù)改善機能實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)效率。研究方法：提出聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的設(shè)計方案，并通過實踐案例進(jìn)行驗證和評估。研究結(jié)論：聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式能幫助學(xué)生更好地理解機能實驗的原理和操作過程。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合雨課堂；虛擬仿真技術(shù)；機能實驗教學(xué)

一、研究概述

（一）研究背景和研究意義

在虛擬仿真技術(shù)中，虛擬仿真機能實驗是一種重要的實驗形式，可以幫助學(xué)生在不依賴真實設(shè)備和場地的情況下，進(jìn)行與真實機能實驗類似的學(xué)習(xí)和探索。因此，開展虛擬仿真機能實驗教學(xué)已經(jīng)成為提高高校工程類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的必要手段。

然而，目前高校虛擬仿真機能實驗教學(xué)仍存在一些問題。比如，教師掌握虛擬仿真技術(shù)和虛擬仿真機能實驗教學(xué)理念的能力不足，虛擬仿真機能實驗教學(xué)資源缺乏，學(xué)生對虛擬仿真機能實驗教學(xué)的積極性、主動性不高等。因此，如何設(shè)計和實踐一種有效的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式，已經(jīng)成為高校工程類專業(yè)亟待解決的問題。

（二）研究目的和內(nèi)容

本研究的目的是通過聯(lián)合雨課堂，設(shè)計和實踐一種虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式，提高高校工程類專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。為達(dá)到這個目的，本研究將從四個方面進(jìn)行探討：第一，了解虛擬仿真技術(shù)和虛擬仿真機能實驗教學(xué)的相關(guān)理論與研究現(xiàn)狀，分析虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式設(shè)計的原則和方法。第二，探究聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)功能和特點，分析其優(yōu)點和不足。第三，基于虛擬仿真機能實驗教學(xué)理念，聯(lián)合雨課堂的功能特點，設(shè)計一種虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式，并制訂相應(yīng)的教學(xué)方案和實施步驟。第四，在實踐中運用虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，收集學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和反饋意見，分析教學(xué)效果和改進(jìn)空間。

本研究旨在為高校工程類專業(yè)虛擬仿真機能實驗教學(xué)提供一種創(chuàng)新、有效的教學(xué)模式，提高高校工程類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平。同時，本研究可以為其他學(xué)科領(lǐng)域的虛擬仿真機能實驗教學(xué)提供借鑒和參考。

二、虛擬仿真技術(shù)在機能實驗教學(xué)中的應(yīng)用

（一）虛擬仿真技術(shù)的定義和特點

虛擬仿真技術(shù)是指利用計算機技術(shù)對現(xiàn)實世界進(jìn)行數(shù)字化、可視化、交互化處理，將現(xiàn)實世界的物理和運動特性表現(xiàn)在計算機中，從而在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗、探索、體驗。虛擬仿真技術(shù)具有如下特點：第一，可視化。虛擬仿真技術(shù)可以將復(fù)雜的物理過程以可視化的方式呈現(xiàn)，幫助學(xué)生更好地理解和掌握。第二，實時性。虛擬仿真技術(shù)可以在計算機中模擬出現(xiàn)實世界中的物理過程，提供實時的反饋。第三，安全性。虛擬仿真技術(shù)可以避免真實實驗中可能出現(xiàn)的安全問題，如危險化學(xué)品、高壓電等。第四，重復(fù)性。虛擬仿真技術(shù)可以讓學(xué)生重復(fù)實驗過程，切實掌握實驗方法和操作技能。

（二）虛擬仿真技術(shù)在機能實驗教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

機能實驗是高校工科類專業(yè)的重要課程，其目的是幫助學(xué)生掌握實驗方法和實驗技能，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和實踐能力。目前，機能實驗存在設(shè)備昂貴、場地限制、實驗時間有限等問題，而虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以很好地解決這些問題，具有以下優(yōu)勢：第一，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。教師通過虛擬仿真技術(shù)，可以將復(fù)雜的機能實驗過程可視化，幫助學(xué)生更好地理解和掌握實驗內(nèi)容。第二，提高學(xué)生的實驗操作技能。教師通過虛擬仿真技術(shù)，可以模擬出各種實驗情況，幫助學(xué)生反復(fù)進(jìn)行實驗操作。第三，降低實驗成本。教師通過虛擬仿真技術(shù)，可以避免因?qū)嶒炘O(shè)備和場地等原因造成的實驗成本高昂的問題。第四，增加實驗次數(shù)。教師通過虛擬仿真技術(shù)，可以讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下進(jìn)行多次實驗，加深對實驗過程的理解和記憶。第五，提高學(xué)生的安全意識。教師通過虛擬仿真技術(shù)，可以演示真實實驗中可能出現(xiàn)的安全問題。第六，提高教學(xué)的靈活性和自由度。教師通過虛擬仿真技術(shù)，可以根據(jù)不同的教學(xué)目的進(jìn)行定制，也可以根據(jù)學(xué)生的實際情況進(jìn)行針對性的教學(xué)。第七，提高教學(xué)的互動性和趣味性。教師通過虛擬仿真技術(shù)，可以用交互式的方式增加學(xué)生和教師之間的互動。

（三）國內(nèi)外虛擬仿真技術(shù)在機能實驗教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬仿真技術(shù)在機能實驗教學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。國內(nèi)外許多高校和教育機構(gòu)都開始引入虛擬仿真技術(shù)輔助機能實驗教學(xué)。

在國內(nèi)方面，目前大部分高校已經(jīng)開始使用虛擬仿真技術(shù)輔助機能實驗教學(xué)。如清華大學(xué)利用虛擬仿真技術(shù)建立模型，模擬飛機起飛和降落過程，使學(xué)生可以更好地掌握飛行器的基本原理和操作技能；北京航空航天大學(xué)則在力學(xué)實驗中引入虛擬仿真技術(shù)，通過模擬物體在重力場中的運動過程，幫助學(xué)生更好地理解和掌握力學(xué)基礎(chǔ)知識。

在國外方面，虛擬仿真技術(shù)在機能實驗教學(xué)中也得到了廣泛應(yīng)用。例如，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)了一款名為“飛行實驗室”的虛擬仿真軟件，通過該軟件，學(xué)生可以模擬駕駛飛機，包括起飛、飛行和降落等過程。學(xué)生還可以在虛擬環(huán)境中體驗各種不同的機械和氣動部件的運作模式，以及模擬各種不同的飛行情況，提高操作技能和判斷能力。

三、聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的設(shè)計

（一）聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的概述

聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式是一種利用虛擬仿真技術(shù)與在線教育平臺相結(jié)合的教學(xué)模式，旨在提高機能實驗教學(xué)效果。該模式將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于機能實驗教學(xué)中，通過模擬真實的實驗場景和過程，使學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗，提高實驗安全性和有效性的同時，增強學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維能力。

（二）聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的設(shè)計原則

第一，以學(xué)生為中心原則。教師應(yīng)該以學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣為中心，通過虛擬仿真技術(shù)和在線教育平臺，提供個性化、定制化的教學(xué)資源和服務(wù)。第二，突出實踐和創(chuàng)新。教師應(yīng)該注重學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，通過模擬真實的實驗場景和過程，使學(xué)生能在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗。第三，提高教學(xué)效果。教師應(yīng)該通過虛擬仿真技術(shù)和在線教育平臺提供更加直觀、生動、靈活的教學(xué)資源與服務(wù)。第四，加強教學(xué)管理。教師應(yīng)該注重教學(xué)管理的規(guī)范性和有效性，通過聯(lián)合雨課堂平臺的教學(xué)管理功能，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、教學(xué)效果進(jìn)行監(jiān)控和評估，及時調(diào)整教學(xué)策略。

（三）聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的設(shè)計方案

1.虛擬仿真實驗設(shè)計

首先，教師可以在虛擬仿真平臺上設(shè)計和布置實驗任務(wù)，根據(jù)實驗的重點和難點，分為不同的階段和模塊，確保學(xué)生能夠逐步掌握實驗的相關(guān)知識和技能。同時，教師可以為學(xué)生提供不同的實驗選項，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2.實驗環(huán)境模擬

在虛擬仿真平臺上，教師可以根據(jù)實驗的真實環(huán)境和過程進(jìn)行模擬，包括實驗器材的布局、操作流程的演示、實驗數(shù)據(jù)的采集和分析等，確保學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗，獲得與真實實驗相似的學(xué)習(xí)體驗。

3.實驗數(shù)據(jù)分析

在虛擬仿真平臺上，學(xué)生可以通過實驗器材模擬實驗操作，獲取實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。同時，教師可以通過虛擬仿真平臺監(jiān)控學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果，及時了解學(xué)生的實驗情況，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)提供個性化的教學(xué)指導(dǎo)。

4.在線教學(xué)服務(wù)

通過聯(lián)合雨課堂平臺，教師可以為學(xué)生提供在線教學(xué)服務(wù)，包括學(xué)習(xí)資源的分享、學(xué)習(xí)進(jìn)度的跟蹤、實驗報告的提交和評估等。同時，學(xué)生可以通過聯(lián)合雨課堂平臺與教師和同學(xué)進(jìn)行互動交流，分享學(xué)習(xí)心得和實驗經(jīng)驗。

四、聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的實踐與效果評價

（一）實踐的情況

聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式是一種結(jié)合虛擬仿真技術(shù)和在線教育平臺的教學(xué)模式，能為學(xué)生提供全新的實驗體驗，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗操作，從而更好地掌握實驗相關(guān)的知識和技能。因此，教師可以通過聯(lián)合雨課堂，設(shè)計和布置實驗任務(wù)，并根據(jù)實驗的難度和重要程度分為不同的階段與模塊，確保學(xué)生能夠逐步掌握實驗的相關(guān)知識和技能。學(xué)生可以在虛擬仿真平臺上進(jìn)行實驗操作，獲取實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。教師則可以通過虛擬仿真平臺監(jiān)控學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果，及時了解學(xué)生的實驗情況，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)提供個性化的教學(xué)指導(dǎo)。

（二）效果評價的方法和指標(biāo)

為了評價聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的效果，教師可以采用多種方法和指標(biāo)，包括問卷調(diào)查、實驗報告評估和學(xué)生成績分析等。第一，教師可以通過問卷調(diào)查了解學(xué)生對該教學(xué)模式的認(rèn)知和評價。調(diào)查包括模式的可行性、實驗操作的真實感和學(xué)習(xí)效果等方面，以及對該模式的優(yōu)化建議等。第二，教師可以通過對學(xué)生的實驗報告進(jìn)行評估，了解學(xué)生在虛擬仿真平臺上的實驗操作情況和實驗數(shù)據(jù)分析能力。評估指標(biāo)包括實驗報告的完整性、數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和分析的深度等方面。第三，教師可以通過分析學(xué)生的成績，了解該教學(xué)模式對學(xué)生成績的影響。

（三）效果評價的結(jié)果和分析

通過對學(xué)生的問卷調(diào)查，教師了解到大部分學(xué)生對聯(lián)合雨課堂虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式持肯定態(tài)度，認(rèn)為該模式可行性高，實驗操作的真實感較好，且能提高學(xué)習(xí)效果。同時，學(xué)生提出了一些優(yōu)化建議，如加強學(xué)習(xí)資源的分享。

通過評估學(xué)生的實驗報告，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生在虛擬仿真平臺上的實驗操作和數(shù)據(jù)分析能力得到了顯著提高。這表明聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式能夠幫助學(xué)生更好地掌握實驗操作和數(shù)據(jù)分析技能。

通過分析學(xué)生成績，教師發(fā)現(xiàn)應(yīng)用聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式的學(xué)生成績普遍高于應(yīng)用傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的學(xué)生成績。統(tǒng)計學(xué)分析顯示，兩種教學(xué)模式下的學(xué)生成績差異顯著，應(yīng)用聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式能夠顯著提高學(xué)生的成績水平。

綜上所述，聯(lián)合雨課堂的虛擬仿真機能實驗教學(xué)模式具有廣泛的應(yīng)用前景和實際價值。該教學(xué)模式通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，為學(xué)生提供更加安全、全面和深入的實驗體驗，提高學(xué)生的實驗操作技能和數(shù)據(jù)分析能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]竺瑞芳，滕少康，黃仲慶，等.機能學(xué)實驗教學(xué)新模式探索：基于雨課堂和虛擬仿真技術(shù)[J].漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2022（2）.

[2]許小洋，彭妙茹，陳焰炫，等.基于MOOC與虛擬仿真實驗的線上機能實驗教學(xué)[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2020（7）.

[3]蔣淑君，潘虹，劉紅霞，等.基于虛擬仿真實驗平臺的翻轉(zhuǎn)課堂在機能綜合實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2018（7）.

[4]李冰，馬頌華，方小霞，等.PBL與虛擬仿真結(jié)合在醫(yī)學(xué)機能學(xué)實驗中的探索[J].科教文匯，2015（2）.

[5]董桂偉，趙國群，鄭超，等.基于雨課堂的虛擬仿真實驗教學(xué)模式設(shè)計與實踐[J].實驗室研究與探索，2021（10）.

[6]常超.基于智慧教學(xué)平臺"雨課堂"的混合式教學(xué)模式設(shè)計與實踐研究：以《金融英語》課程為例[J].讀與寫（上旬），2021（7）.

（作者單位：昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院）