虚拟仿真教学的应用现状、特点及开展建议论文
时间：2021-08-31随着现代计算机技术的飞速发展，信息技术正迅速改变人类的生活和生产方式，也迅速改变着高等教育的教育方法和教育手段。虚拟仿真是一种利用计算机创建和模拟现实活动的技术。虚拟仿真教学就是利用计算机软硬件组建的一个系统平台来创建各种虚拟现实来模拟真实环境，并根据真实环境中的理论和实际操作情况在虚拟的环境中进行操作、验证、设计、运行等的教学方式，可以通过多种媒体手段实现教学活动的沉浸性和交互性。教学活动利用虚拟仿真技术调动学习者的听、视、触等各种感官，接受并反馈与相关知识信息，从而激发学生的学习兴趣和创新意识，开展自主探索、勇于创新的学习活动。虚拟仿真技术教学不仅是一种新的教学方法和教学手段，更是发展教育现代化、智能化的基础技术，可以通过虚拟现实和仿真技术，提高学习效率和学习者的主观能动性。计算机虚拟仿真教学可以在教学教育活动中发挥积极作用，大大推动了教育现代化的进程和发展。
一、虚拟仿真教学的应用现状
虚拟仿真教学已经得到教育主管部门和教育机构的关注，并在一定程度上得到了推广和应用。教育部近年下发的文件中分别提到"要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验…"、"高度重视实践环节，提高学生实践能力…"、"把信息技术作为提高教学质量的重要手段…""、要进一步培养和提高教师制作和使用多媒体课件、运用信息技术开展教学活动的能力，培养和提高本科生通过计算机和多媒体课件学习的能力，以及利用网络资源进行学习的能力…".这些文件从总体上为虚拟仿真教学提供了发展导向。2008 年成立了"中国教育仿真技术专业委员会",共有 10余所高校参与组织筹建工作。委员会成立后，就确定推广现代信息技术应用到现代教育中，提出提高多媒体课件制作技术水平、有效开展多媒体教学活动、利用网络进行远程教育等方式提高教学效果和效率。
目前已有部分国内高校开设了虚拟仿真相关的专业和课程，同时应用虚拟仿真平台进行教学和实训实验活动也陆续有报道和论文出现，这方面的研究也在更深入和全面的开展中。有些高校已经初步建立了自己的仿真教学实验室，采用虚拟仿真平台进行了教学和实验实训，并取得了一定成果。因为虚拟仿真教学平台对设备和软硬件以及教师的计算机技术能力要求较高，所以现在主要应用在实践和实验较多的课程中，主要有电子电工学、临床医学、机械工程学、化工学等专业和课程中。总体来说，让虚拟仿真技术应用到教学和实验中，还只是在初级阶段，虚拟仿真技术还有待提高，采用虚拟仿真教学的面还不广，应用也不够深入，一些理论和研究还只是设想阶段，还有待实现和应用。
二、虚拟仿真教学的特点
首先，在技术上虚拟教学具有虚拟和仿真现实的特点。一方面教学和实验活动可以通过虚拟现实让学习者可以摆脱时间和空间的限制，可以将虚拟教育和现实教育融合在一起，实现虚拟实验室、虚拟现场、虚拟场景、虚拟图书馆等，不仅仅可以让学习者身临其境，而且可以通过网络教学的方式，让学习者在任何地方都可以接受学习；另外一方面，可以通过仿真现实来展现各种理论和各种实验过程，让学习者快速通过仿真学习到相关知识点，并同时可以高效的进行反复实验和论证，极大的提高了掌握和熟悉知识点的效率，此外还可以让学习者避免一些有危险性的实验操作。
其次，在教育理论上来分析，虚拟仿真教学具有符合构建注意学习理论和情境认知理论的特点。认知心理学中的构建主义的核心就是以学习者为核心开展教学活动，强调学习者的积极主动性；情境认知理论的核心是学习者的`学习行为是以知识点是如何应用在现实中来进行的，学习活动要完全建立在现实应用的基础上。虚拟仿真教学实现了教与学、学与学之间的互动，以及理论知识点和实践的有效结合。
（一）虚拟仿真教学具有的优势
1. 有利于学习者理解和掌握课程难点重点
教学活动中学习者被动受教和主动参与和互动有本质区别，亲身经历和动手去做有更好的教学效果。在传统教学中，很多理论抽象的知识很难准确的描述出来并让学习者真正理解掌握，通过虚拟仿真教学手段，比如用多媒体动画模拟演示的形式，可以直观动态的将知识点展示出来，各种难点重点也可以通过仿真实验的方法，让学习者在虚拟仿真环境中自己动手去感受各种变化和各种过程，可以根据每个人自身的情况，对自己未理解掌握的内容反复进行演示和仿真，观察出现的各种现象，大大提高教学质量。
2. 有利于学习者自主学习，提高学习者的积极性
采用虚拟仿真教学，教师不再和传统教学模式一样灌输知识给学习者，而是学习活动的组织者、指导者和监督者。传统教学中都是通过老师的讲述和实际实验操作来教授知识，虚拟仿真教学强调学习者的主体性，学习者可以自主选择时间、地点和内容进行学习，可以不必在实验室操作繁琐昂贵的实验设备，能自主的进行仿真实验，自主进行调试，这就实现了教育活动的差异性。另外，通过虚拟现实，把学习者引入到生动、有趣、直观的教学环境中，大大提高了学习者的积极性。
3. 有利于高效、安全、便捷的开展学习活动
虚拟仿真教学可以不受时空的限制，有时候只要一台笔记本就能实时进行教学活动。虚拟仿真实验让原来现实中繁琐的实验准备、设备调试、实验操作的实验过程变得简单高效，比如测试一种电子电路，现实中往往要花费很多时间在操作工作上，而且可能由于误操作产生结果错误，影响实验进度。而通过仿真模式，在电脑中应用仿真软件进行测试和实验，很快就能验证理论设计，并且结果直观，又能快速调整方案，重新验证。此外，很多实验和实训活动具有一定的安全隐患和危害，虚拟仿真实验，可以避免人身安全事故并减少设备的损坏和磨损。
（二）尚存在的问题
1. 虚拟仿真教学软硬件要求较高
开展虚拟仿真教学需要有一套虚拟仿真教学平台和系统，在软件和硬件方面都有较高要求，相对于传统教学，初期建设费用较高，而且不同的专业和课程对虚拟仿真平台的要求都不一样，这样就需要建立多套差异化系统。即使是简单的实现虚拟仿真教学，也需要建立多媒体教室和开发出相应的多媒体课件和仿真软件，需要学校更多投入和较高的教师素质。
2. 教师的主导性弱化
和传统教学不同，虚拟仿真教学即使没有教师参与也能进行教学活动，这就使教师在虚拟仿真教学中失去了教学活动的主体地位，可能让教师缺少教学活动的积极主动性，出现对学生的学习过程监督管理不到位，而且教学活动的开展由软件系统引导，教师缺少主动干预和与学习者的互动，造成教师的主导性弱化。
3. 学习者学习目标可能偏离
和传统教学比较，虚拟仿真教学活动虽然让学习者的主动性和自主性大幅提高，但是学习者的自主学习往往缺乏目的性，比较随意，同时由于用虚拟仿真代替了传统实验，也大大降低了学习者的动手实践能力。如果缺乏教师的管理和指导，很可能不能完全达到理论和实践教学目标。
三、开展虚拟仿真教学的建议
首先，高校开展仿真教学离不开政府的大力扶持和推广，应该鼓励企业开发虚拟仿真教学软硬件设备和平台，在高校中推广和促进虚拟仿真教学，支持相关研究和课题的开展；其次，各高校应该重视虚拟仿真教学的应用，要加强和相关企业的沟通和联系，共同开发实用性和适用性较强的系统平台，改进学校激励考评机制，鼓励开设虚拟仿真课程，鼓励教师参加平台的设计、开发和应用；最后，教师要转变思想、与时俱进，适应新的教学手段和技术，积极主动进行虚拟仿真教学，不断实践和提高，同时要明确学习者的学习目标和成效，做好教学过程中的监督者、引导者和管理者。此外，还要求学习者能在教师的指导下，合理安排学习和实践活动，并及时发现问题、提出问题。
四、结束语
当今科学技术和教学手段日新月异、层出不穷，虚拟仿真技术在高校教学中的应用已经对教学观念，教学手段、学习方法的变革产生了巨大的促进作用，我们要以现代教育思想为依托，实现虚拟仿真技术和现代教学活动的完美结合、扬长避短及相互促进。应用虚拟仿真技术开展教学改革是为未来高校教育发展的必然方向。
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