山东现代职业学院2013年教研教改立项项目申请书 项 目 名 称： 虚拟仿真技术在机电类课程 教学中的应用研究 项目主持人： 刘杰 申请学院（系）： 汽车技术学院 联 系 电 话： 0531-89705104 E-mail: 425388186qq.com 填 表 日 期： 2013年10月18日 山东现代职业学院制一、简表项目名称虚拟仿真技术在机电类课程教学中的应用研究起止时间2013.112014.10项目申请人姓 名刘杰性别女民族汉出生年月1985.3专业技术职务行政职务讲师最终学位授予国家硕士主要教学工作简历时间课程名称授课对象学时所在单位2011.9 2011.12数字电子技术10应用电子技术64山东现代职业学院2012.22012.6单片机原理及应用11机电一体化64山东现代职业学院2012.9 2012.12单片机原理及应用11应用电子技术72山东现代职业学院2013.2 2013.6传感器原理及应用12机电一体化64山东现代职业学院主要教学科研成果时间项目名称（位次）获奖情况项目组总人数高级中级初级博士硕士参加单位数411211主要成员序号姓名性别出生年月专业技术职务工作单位签章1刘杰女1985.3讲师山东现代职业学院2赵桂芳女1965.1高级工程师山东现代职业学院3张金友男1984.12助工山东现代职业学院4冯兴岚女1984.3助工山东现代职业学院其他成员姓名： 二、立项依据项目的研究意义、国内外研究现状分析（一）、虚拟仿真技术在机电类课程教学中的应用研究意义作为高职院校的机电类专业，其人才培养的目标是培养出面向生产、管理、服务一线需要的高端技能型人才，面向的工作岗位主要有机电一体化装备和产品的设计、制造、装配、操作、调试、维修和售后技术服务等，机电行业范围很大，产品种类很多，而且工种也很多，因此在教学过程中需要学生掌握很多技能。但是，实验实训设备毕竟是有限的，这就需要我们探索新的教学方法。仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。虚拟仿真教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，很接近现实工作场景，有利于提高学生兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验在现实生活中进行操作的感觉，以达到更快掌握操作技能的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景，使学生掌握更多的操作技能。机电类课程的教学，在传统的教学模式中，理论课与实验课是分离的，这就导致技能训练得不到及时的理论指导，而理论课也没有结合生产、生活实际，这样导致了学生的技能掌握不到位。随着教学改革的发展，出现了“项目教学”、“教、学、做”一体化等新型的教学模式，但在这些新的教学模式下采用的技能训练通常有两种：第一种是仅限于实验箱提供的几个固定实验，学生只需按图接好线、按实验指导书输入程序就可完成实验，学生动手机会少，不能真正地参与到学习活动中；第二种是通过制作一些实际的实验电路板或实物，然后在上面进行安装、试验和调试，大大提高了学生的动手能力，但是实际操作时要受到设备数量、品种等方面的限制，而且耗时大，占用课时太多，耗材的消耗量也很大，成本高。虚拟仿真教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此应该将“项目教学”、“教、学、做”一体化和虚拟仿真教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，得到更好的教学效果。虚拟仿真教学很容易与其他先进的教学方法相结合，因此在机电类课程的教学中，将虚拟仿真教学与其他教学方法相结合有助于提高课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地与设备的限制，掌握更多的技能，在机电类课程的教学中具有重要的意义。（二）、国内外的研究现状虚拟仿真技术为人们提供了一个理想的教学手段，目前在国内和国外已经逐步的应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方面。美国是虚拟仿真技术的起源地，现在美国虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施；相关的实验课程模块；实验学习结果评价模块；协作学习模块。在欧洲，英国在虚拟仿真技术的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其系统应用在了学习上有困难和身体残疾的学生教育中。在中国，各个大学和研究机构也已经利用虚拟仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学仪器与研究。例如，中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统-利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进了新的领域。北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的可在校园网络上开展的虚拟实验系统。通过对国内、外的虚拟仿真教学系统相比较，我们发现：国外在线实验比国内开发的时间早10年以上，而且器材丰富、功能也比较多；但同时国外软件产品价格过高，而且技术难度上不也适合学生，更适合工程师使用，国外很多成熟的实验产品尚不支持网络化操作，只能安装到本地计算机上独立运行，没有配套的教学管理和知识辅助学习，而北京邮电大学的虚拟仿真教学软件很大程度上改善了这些不足之处，更加适合国内高等院校的实验教学需求。三、项目实施方案及实施计划（一）、具体研究内容、研究目标和拟解决的关键问题1、具体研究内容及目标本研究将以国家中长期教育改革和发展规划纲要（20102020年）以及国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）等文件精神为指导，基于建构主义和混合式学习理论，按照高等职业教育工学结合课程改革的基本要求，以就业为导向，根据机电专业技术领域和职业岗位的任职要求，参照职业资格标准，与行业企业合作进行课程开发，选取课程内容。按职业能力目标的层次和类型，遵循学生学习能力培养的基本规律，以真实工作任务及其工作过程为依据，整合、优化教学内容，由简到繁、由易到难、循序渐进地设计典型项目和学习任务，利用虚拟仿真教学的优势，实现更高水平的“教、学、做”一体化。在具体的实施过程中，本项目欲根据高职院校在机电类专业教学中的实际情况，探索出一系列切实可行的虚拟教学方案。通过调研，本项目计划在以下几个方面做出具体研究：第一、 科学分析学生特征及企业需求，进一步加强教学内容与教学方法的改革课题组将采取问卷调查和访谈的方式对学生的学习特征与学习需求进行认真调查和分析，以便更加深入的了解学生的预备知识、年龄特征和学习需求。在组织教学内容时，结合高职学生的学习特点以及本专业最新技术、一线工程案例和企业真正需求，借助虚拟仿真技术，构建更加接近现实工作场景的教学情境。在课堂教学中，将各种先进的教学方法有机融合，提高课堂教学效果。第二、 积极探索，构建虚拟仿真教学模式对于几门重要的专业课，如电子技术、单片机技术等通过调查分析找到合适的仿真软件，制定出具体的教学方案，并且应用在新学期的教学过程中，通过理论分析和实际的教学活动，探索出虚拟仿真教学在专业课程中的最佳应用办法。第三、 校企合作，共建更高水平的实验、实训基地高职学校教学质量的提高，离不开高水平的教学条件和教学设备的支持，而且这些教学环境必须与企业真实工作场景相似，因此在有限的时间、有限的条件下让学生接触到更多工作场景就显得尤为重要。虚拟仿真教学具有较强的扩展性和较大的开放性，能够提供灵活多样的工作场景。与企业密切合作，打造更多更真实的工作场景有助于学生技能的掌握，也是对实训条件的极大改善。第四、 师生合力，共同打造最合理的虚拟教学环境在课程改革过程中，需要专业课老师结合课程内容和目标，开发出适合各专业的虚拟仿真教学环境以及实验实训教学软件。学生是课堂的主体，在教学过程中更应该考虑的学生的反应和需求，根据学生的反馈不断改进教学方法。2、项目拟解决的关键问题 本项目拟解决的关键问题在于将虚拟仿真教学和高职教学的特点真正结合起来，设计最合适的教学情境，在最大化的节约教学硬件设备的基础上，将虚拟仿真与项目教学有机结合，创设出更多更接近企业现实的教学情境，创造适合不同课程的虚拟仿真环境。（二）、实施方案、具体实施计划（含年度进展情况）及可行性分析1、实施方案本研究将在深度分析学生学习特点和企业真正需求的基础上，在建构主义学习理论和混合式学习理论的指导下，按照高等职业教育工学结合课程改革的基本要求，结合虚拟仿真教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学设计方法，探索基于典型项目和工作任务的虚拟仿真教学模式，实现“教、学、做”一体化教学设计。该模式由“项目导入”、“制定计划”、“实施计划”和“成果展示与评价”四个环节组成，其中虚拟仿真教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案：（1） 在“项目导入”环节，任课教师的活动包括三个内容：第一、 借助虚拟实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的学习任务；第二、 利用虚拟实验环境，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以得到哪些知识以及达到什么样的水平；第三、 在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，按照适合协作学习的分组办法对学生进行分组，安排具体的完成时间和成果的评价方式等。（2） 在“制定计划”环节，学生通过自主学习、小组协作学习等方式，对该项目的任务目标进行分析，确定任务所涉及的各种要素，充分应用已掌握的前序知识，基于虚拟仿真实验平台进行决策，确定任务的实施步骤，为任务的实施做好充分的准备。（3） 在“实施计划”环节，学生在虚拟仿真实验平台上按照已制定好的计划逐步完成项目任务。教师借助虚拟仿真实验平台对学生进行指导，实现教师和学生以及学生之间的交流。学生通过应用已学习的知识完成工作任务，进行知识的建构，形成职业岗位能力。（4） 在“展示与评价”环节，学生在虚拟仿真实验平台上展示自己的项目成果，然后接受他人的评价和教师的反馈。同时，学生在汇报和听取同学汇报的过程中，通过对比自己与其他同学的成果，查找不足，反