基于虚拟仿真实验平台的课程教学模式研究
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[摘 要]该文通过分析传统实验教学模式存在的问题，构建了基于虚拟仿真的实验教学平台的教育技术学专业实验课程教学模式，该平台节约了人力、物力、财力，打破了时空的限制，对提高学生的创新意识有着极为重要的意义。
[关键词]虚拟仿真;实验教学平台;教育技术学
[基金项目]2019年度东北石油大学的黑龙江省教改项目“基于虚拟仿真实验平台的教育技术学专业实验课程教学改革探索与应用”（SJGY20190098）;2020年度东北石油大学引导性创新基金“基于学习者模型的在线学习资源个性化推荐方法研究”（2020YDL-11）;2018-2020年度黑龙江省教育厅“基于学生视角的大学生创业能力评价模型研究”（GBD1317016）
[作者简介]劉 芳（1983—），女，黑龙江大庆人，东北石油大学计算机与信息技术学院副教授，东北石油大学地球科学学院矿产普查与勘探专业在读博士研究生，研究方向为多媒体与现代教育技术、计算机视觉、地质三维建模及分析;林 琳（1982—），女，黑龙江大庆人，硕士，东北石油大学计算机与信息技术学院讲师（通信作者），主要从事虚拟现实与现代教育技术研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）33-0389-02 [收稿日期] 2020-03-19
实验教学是巩固和加深理论知识的必要教学手段和教学环节，充分利用现代化教学手段，重视虚拟仿真实验教学资源的建设，有效实现虚拟仿真与现实设备的互动，已成为高等学校实验教学中心内涵建设的必然方向和行之有效的途径，对于拓展实践领域、丰富教学内容、降低教学成本和风险、全面提高学生的工程实践能力和集成创新意识均具有重要意义[1]。
一、传统实验教学模式存在的问题
在高等教育格外注重学生素质教育、动手能力与创新能力培养的今天，虽然一直积极增加投入，以改善实验教学条件，但仍然满足不了实验教学的需求，现实状况与实验教学目标需求的矛盾依然存在。（1）实验场地和实验设备不足。学生只能利用有限的实验课堂时间完成实验，难以提供学生重复实验的机会，不能有效地开展实验的预习和复习工作。（2）实验经费不足。实验器材无法及时更新，无法购买较为昂贵的实验设备，学生不能接触到具有高难度、高技术的实验。（3）师资力量缺乏。随着学生数量的不断增长，实验教学老师的教学任务也在逐年增加，老师给每位学生的平均指导时间在下降。对于不好理解的新实验学生往往只能按实验步骤机械地完成了事，达不到实验教学的真正目的。（4）受场地和时间的制约[2]。传统的实验教学都是在相应时间和相应场地完成实验，不可能做到对学生随时随地开放。学生在学习过程中的一些创新性的思路得不到及时的实验验证，客观上也影响了对学生创新思维和实践能力的培养[3]。
二、虚拟仿真实验教学平台的构建
先以影视节目编导与制作和摄影基础两门课的实验教学为背景，进行虚拟仿真实验平台资源库的研发。旨在突破实验教学时空瓶颈，体现和落实以学生为中心的教育教学理念[4]。
（一）基于虚拟仿真实验平台的实验教学新模式
基于虚拟仿真实验的实验教学模式的理论基础，结合教育技术专业课程实验的实际情况，设计基于虚拟仿真实验平台的实验教学模式。具体流程如下。
（1）实验导入：学生浏览实验过程动画视频，通过视频演示、字幕提示及声音讲解，调动学生学习实验内容的积极性和学习兴趣，激发和刺激学生的学习欲望，明确学习任务，鼓励其下一步正式参与实验内容学习。
（2）实验理论知识学习：本环节正式展开实验内容学习，旨在向学生提供具体的实验流程指导及详细的理论知识基础，包括实验目的、实验内容、实验要求、实验准备知识及实验具体步骤等，细致学习虚拟实验操作所需知识点。
（3）虚拟实验互动操作演练：学生对仿真虚拟实验进行交互演练，通过仿真操作，对实验内容进行模拟练习。通过构建高度还原的虚拟实验环境和实验器材保证与真实实验环境的相似性，学生在仿真演练过程中掌握实验内容，为实现知识从虚拟环境到真实环境的正向迁移做好充分准备[5]。
（4）实验测评：针对每个实验项目准备自我测试题目，学生通过答题检测自身对实验理论知识和操作环节的理论方面的掌握程度，针对薄弱部分进行有针对性的学习，促进知识的巩固和内化。
（5）上传实验作品：学生在实验学习结束之后进行实际操作，呈现自己的作品，也可在网站内浏览其他同学的作品，学生之间及师生之间产生互动交流，将虚拟实验与真实实验相结合，实现知识的反馈。与此同时，教师对学生作品的点评和鼓励，有助于学生获得学习的成就感。
（二）实验设备、拍摄环境、人物的三维建模
采用虚拟现实中的三维建模技术，利用三维建模软件3DS Max对实验中需要的工具设备、实验环境等进行三维模型构建，主要实验设备模型包括摄像机各组成部件模型、照相机各组成部件模型、支架模型、非线性编辑仪器等;用于练习的拍摄环节包括室外场地、实验教室等;人物建模包括场景漫游导览、学生、老师以及用于拍摄的石油工人等。
（三）实验过程的虚拟仿真交互演练
利用三维游戏引擎软件Unity3D创建虚拟仿真实验场景，在三维仿真实验场景中，实现视角的控制、摄像机显示功能、照相机显示功能等功能[6]。
（四）实验过程中的虚拟仿真考评
虚拟考评不仅可以让学生了解自己对实验内容的掌握程度，还可以给教师提供学生实验课前预习的效果数据，针对每项实验内容学生的得分情况，在线下课堂可以有目的性、针对性、准确型地进行讲解，以便调整讲解重点，达到更好教学的目的。
（五）移动端虚拟仿真实验的研发
采用基于Android的App开发技术，开发移动端虚拟仿真实验平台，在移动平台中实现虚拟仿真实验，实现随时随地进行实验学习。 （六）實验过程的三维动画演示视频开发
采用非线性视频编辑技术，制作三维动画视频。使用虚拟实验平台时，首先学习实验过程动画视频，了解基本实验过程，然后再通过交互操作练习实验过程，提高学习效果[7]。
（七）虚拟仿真实验教学平台网站的创建
利用网络编程技术、多媒体技术等创建一个易维护、易扩展的虚拟仿真实验教学网站，包括实验资源的管理、交流互动、虚拟实验操作、视频演示实验过程、作品提交及在线审批等功能。
三、虚拟仿真实验平台的优势
基于虚拟仿真实验平台的教育技术学专业实验课程教学模式与传统课堂相比有着显著的不同，在实验方案的设计上，教学设计更加新颖、教学方法更加全面、评价体系更加完备、教学效果更加显著，充分体现了教学技术学专业本身的开放性、多元性、创新性、实践性的专业特点。学生在不断实践的过程中提出一些新的思路和想法，通过利用虚拟实验平台的实验进行验证，不断促进新思路的提升和升华，对提高学生的创新意识有着极为重要的意义[8]。
四、结语
以影视节目编导与制作和摄影基础两门教育技术学专业的实验教学为背景，以培养学生的实践能力、创新能力为核心，引入虚拟仿真技术，构建的虚拟仿真实验平台，突破了时空限制，解决了学生实验实践创新活动机会少的难题，提高了教育技术学专业的实验教学质量，形成了一个真正的基于互联网的优质的高等教育实验平台。
参考文献
[1]张志宾，刘云海，谢宗波，等.“新工科”建设背景下地方普通高校化工虚拟仿真实验教学体系的探讨[J].教育现代化，2019， 6（55）：97-98.
[2]李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013， 32（11）：5-8.
[3]毕欣宇，刘芳，周凯，等.影视节目拍摄虚拟仿真实验系统的设计与开发[J].系统仿真技术，2019，15（4）：247-252.
[4]刘海波，沈晶，王革思，等.工程教育视域下的虚拟仿真实验教学资源平台建设[J].实验技术与管理，2019，36（12）：19-22+35.
[5]师亚媛.基于Unity 3D的高职院校虚拟实验系统的开发与应用研究[D].陕西师范大学，2018.
[6]刘霞，左长辉，刘东东，等.Unity平台下的交互式虚拟演播场景设计[J].电视技术，2018，42（8）：97-99.
[7]魏育坤.基于Unity3D的虚拟现实交互系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2018，（14）：45-46.
[8]强彦，赵涓涓，吴俊霞，等.虚拟仿真实验教学体系中的几点问题思考[J].计算机教育，2020，（2）：72-75.
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
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