虚拟仿真技术与教学相结合的课程培养探索

杨志东 陈书锦 方臣富

摘  要：本文以焊接技术与工程专业为例，针对其专业课理论与实践结合紧密的特点，根据学生理论知识与实际工程相结合的要求，探讨培养学生对知识的掌握和具体工程应用能力的路径。针对学生无法直观与实际应用场景相结合、对实际现场缺乏了解以及专业知识无法快速运用等问题，本文提出虚拟仿真实验与专业课程相结合的策略，以增强学生对应用场景的了解，让学生将所学专业知识与现场实际应用相结合，通过案例进行实际操作，优化课程教学方法。

关键词：虚拟仿真技术;工程应用;培养方法

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2020）44-0057-03

焊接技术是工业生产和国民制造中必不可少的环节，广泛应用于航空、航天、造船、钢结构、轨道车辆和汽车等各个行业，需求量大，工程化应用显著，而且尤其注重理论与生产密切结合。焊接专业具有实际操作要求强、授课内容难以理解，较难将理论知识与工程实践相结合等特点。学者们在授课过程中发现，本科生对工程实际场景的理解薄弱，缺乏一线工作经验，难以将课堂所讲的理论知识与实际场景相结合，在短时间内难以转化为与工程相结合 [1-2]。如何在短时间内让学生快速地将自己所学与工程相对应，并激发他们的听课兴趣，是目前焊接专业课面临的突出问题 [3-4]。

船舶与海洋工程焊接导论作为焊接专业学生的通识教育课，对学生加强对专业知识的理解和兴趣具有重要作用。没有船舶、海洋工程及焊接专业基础知识，如何将三方面知识合理结合？针对这一问题，本文提出将虚拟仿真的课程与学生无专业基础和无工程经验基础相联系起来，让学生能够直观、快速地理解，提升理论联系实际能力，为学生从零基础向专业理论与工程背景相结合打下基础 [5]。

一、工程技术综合应用型人才教学的必要性

（一）工程应用型人才培养的迫切需求

在与多家船舶与海工企业的沟通过程中发现，学生毕业后到工厂工作时，难以快速将所学理论知识和工程应用相融合，需要厂方安排大量时间进行现场实习才能够熟悉现场的具体需求，如何快速将学生所学和工厂现场融合，是用人单位迫切需要解决的问题。近年来，随着船舶与海工制造在高附加值产品中的拓展，更加注重生产与理论相融合来切实提高制造效率和焊接质量，对理论与生产实践相结合的工程应用型人才需求尤为迫切，因此，在课程教学中进一步加强工程实际应用与理论结合也显得尤为重要。

（二）焊接专业理论课教学过程中的突出问题

1. 工程应用背景缺乏，理解难度大

焊接技术与工程专业具有焊接方法多、专业性强、实践能力强和应用场景广等特点，由于课堂教学内容较多，综合了多学科的特点，难以保证理论学习和特定工程应用背景相结合。在课堂学习过程中理论知识专业性强，且没有现场实际经验，学生很容易在学习过程中产生畏难情绪，难以提高学习积极性。同时老师面临教学开展困难、学生理解难度大的问题，学生在毕业后短时间内难以满足用人单位的需求。

2. 专业工程应用性强，学生缺乏实际经验

大多学校以培养学生的专业理论知识为主，在实际工程应用方面较为薄弱，缺乏分析工程背景下的焊接问题的能力。基于上述焊接技术与工程学习过程的突出问题，必须进行课程的优化改革，优化专业课教学，解决学生缺乏工程应用背景、理解难度大等问题，能有效提高学生的主动性、积极性以及参与性，在工程案例的分析过程中，结合理论知识切实提高学生分析和解决问题的能力。

二、虚拟仿真技术与教学相结合的思考

职业教育以岗位需求和职业能力为本位，突出实践技能的训练。目前很多学校都购置了大量设备，但仍不能满足实训教学的需要，教学仅停留在理论层面，学生从理论学习转入实际操作缺少中间过渡环节，实训教学存在“高投入、高危险、难实施、难观摩”等多种问题。而虚拟仿真技术是利用计算机来模仿真实工作环境和工作过程的技术，可以有效地解决上述问题，是值得提倡和推广的教学方法。

（一）理论教学与工程虚拟仿真有机结合

工程应用背景在专业课学习中具有重要意义，如何将工程应用背景更加直观、清晰地呈现给学生有较大的实施难度。通过虚拟仿真将焊接工程应用背景与理论课程教学相结合，可以将场景生动形象地展示给学生，让学生快速掌握实践工作应用场景。在此过程中，不仅可以将复杂的工程应用场景更清晰地描述出来，还能增加对场景的其他知识拓展，使学生在学习过程中，明确自己所学的每个环节与实际工程场景应用之间的关联性。

（二）以应用场景为主线，多知识点耦合

由于学生对实际工程应用场景知识的缺乏，专业课基本是填鸭式教学，在专业课程开始时，学生专业知识薄弱，难以快速掌握纯理论教学知识。以应用场景为主线，将知识点围绕应用场景、使用环境、技术要求以及实际的工程需求进行耦合，有意识地把理论知识嵌入其中，使抽象的理论和应用背景快速融合，不仅可以提高课程的听课和授课效率，还会为学生在后续的专业课学习、认识实习和生产实习中将知识快速耦合打下基础。

（三）课堂教学与虚拟仿真相结合，增强工程实践性

针对焊接技术与工程专业人才培养目标，在做好理论教学的前提下，必须将理论知识与工程实践相结合。将虚拟的场景应用到课堂中，可以实现理论知识点和工程实践的融合，尤其适用于才开始学习的学生。既拓展了学生的专业知识面，即了解实际生产制造时的工程结构、现场实际情况和整个制造环节的过程，还可激发学生探索更多新知识，形成较好的学习氛围和兴趣，同时使学生对专业能够有直观的认识，改善教学效果，提高学生学习效率。

（四）开展项目化虚拟仿真实践验证，缩短理论与工程距离

在构建虚拟仿真平台时，应针对教学内容，以多个工程背景项目形式加入课后练习中，与实际工程应用需求相结合，着重对知识的综合应用，并开展项目化虚拟仿真实践验证。通过虚拟实验操作与专业理论知识共同配合开展教学，能增强学生對工程应用的参与度，培养学生的动手能力，实现线上虚拟仿真与线下的理论学习相融合，能缩短理论教学与工程实际应用的距离，为培养具有丰富工程应用经验的学生奠定基础。与纯理论教学相比，该教学可以加深学生对课程内容的印象，让学生在实际操作过程中看到参数的变化和焊接过程，让学生对焊接知识及其应用具有新的认识，提升学生对理论课的兴趣。在参与过程中，学生也能发现自己的薄弱点，一方面可以通过对理论知识的回顾明确自己的难点，使被动变为主动;另一方面，学生还能通过文献或案例去探索新知识，可以有效缩短焊接理论学习与实际工程之间的距离。

（五）以虚拟仿真作为理论与工程的纽带，激发学生主动思考

在专业知识授课过程中，结合虚拟操作，能提高学生的参与程度，在操作过程中联系前后知识，对知识点进行回顾和总结，并引发学生对重难点的主动思考。结合虚拟操作可以改变学生被动接受理论知识的困境，改善其对专业知识的抽象理解，从而围绕这些专业场景和实际案例积极探索其他专业知识，丰富学生的知识储备，也能让他们体会到专业知识的实际应用价值，也能让学生在今后的学习或科研中主动思考，帮助其在今后就业过程中，将自身所学充分应用到实际工作中。

三、结语

焊接是国家制造的基础，其专业知识教学工作对科研、船舶海洋工程的发展、人才的培养和实际工程应用具有重要作用。将虚拟场景、实际应用背景和理论知识三方面相结合，可以提高学生对专业知识和专业背景的认知。针对专业授课难度大，难以将理论知识与工程实践相结合等问题，可以将虚拟仿真与实际相结合进行授课，让学生在虚拟环境中提升对专业场景的认识，激发学生的学习兴趣，改善理论知识与工程之间的距离，引发学生积极主动思考，从而实现理论知识与实际应用相联系的转变。

参考文献：

[1] 刘文斐. 基于虚拟仿真的“数字信号处理”课程教学改革探索与实践[J]. 齐鲁师范学院学报，2019，034（01）：34-41.

[2] 肖洁，洪连环，方平. 基于Proteus仿真的《微机原理及应用》实验教学改革与实践[J]. 软件，2019，40（02）：65-68.

[3] 单丹，王宁海. “双一流”背景下跨学科课程建设与教学模式初探[J]. 现代职业教育，2018（35）：68.

[4] 王淑青，雷桂斌，杨婧灵. 虚拟仿真实验在海洋仪器使用与维护课堂教学中的应用[J]. 大学教育，2020（02）：84-86.

[5] 余建平，付佳. 虚拟仿真与传统实验教学的结合[J]. 新教育时代电子杂志（教师版），2016，000（32）：18-19.

（荐稿人：石铭霄，江苏科技大学副教授）

（责任编辑：胡甜甜）