本项目坚持“学生中心、问题导向、学科融合、合作探究、创新实践”的实验教学理念,按照“虚实结合、以虚补实”的原则,结合“两性一度”的教学设计标准,采用沉浸式、问题驱动式、人机交互式、自主式、合作式、反思式实验教学方法,致力于培养学生团队合作的精神,自主学习,分析问题、解决问题的能力以及自我反思的能力。
使用目的
虚拟仿真实验是信息技术与传统实验教学的深度融合产物,运用高效和安全的虚拟仿真实验教学,极大地拓展了学生的学习资源和空间,弥补了实验场所和时间上的不足。
① 激发学生学习兴趣
在虚拟的环境中,学生通过涂料工厂的漫游,系统地掌握了整个涂料生产的过程,如游戏闯关一样完成课程设置的问题和任务,并根据结果反馈及时调整自己的方式方法,这种直观、实时和互动的教学模式不仅激发了学生的兴趣,也有助于学生进行知识点的迁移。
② 提升学生学习能力
虚拟仿真实验解决了真实实验不可逆的问题。在虚拟环境中,学生可以针对性能测试的反馈结果反复调整涂料配方及工艺,既能深化对已有理论知识的理解,又能在这个过程中学会分析问题、解决问题;在人机交互的过程当中,学生养成了意义建构知识和不断反思的习惯,学习能力也不断得到提升。
提高学生学习效率
本实验为学生提供了泛在化的网络虚拟实验室和24小时在线的“空中课堂”,学生可以不受时间和空间限制沉浸其中,随时随地进行实验,大大缩短实验周期;系统自动评分有助于学生得到及时反馈,从而及时发现问题和解决问题,学生的学习效率大幅度提高。
实用型人才培养
虚拟仿真实验的整个过程完全脱离实验室的局限,让学生沉浸在实际生产操作和测试环境当中,直接对接工业生产和检测的需求;受海洋环境和时间的限制,学生乃至很多生产厂家都无法实现实海检测模块现场实践,通过这个模块的操作,学生在入职前接触实际检测,与企业无缝对接,符合培养实用型人才的教学目标。
实施过程
本实验让学生在漫游环境中学习,并以问题驱动、交互练习、分组合作等学习方法展开,最后通过反思与评价巩固、提升学习效果。具体内容如下所示:
① 沉浸式环境漫游
学生在虚拟的涂料工厂进行漫游,直观形象、立体生动地体验、感知与领略涂料车间物理环境的空间布局和结构,掌握仪器、设备设施的配备规范,学习仪器设备的操作方法;实海检测模块,学生漫游海岛检测站并乘船出海,在虚拟浮筏上进行挂板操作,严格按国家标准实施检测步骤。
② 问题驱动式学习
实验过程中,教师设置问题闯关,学生正确回答课程设置的问题:如防污涂料的应用,防污涂料的基本组成,树脂用量选择,研磨时间,挂板海域和时间选择等,才能进入下一步操作,在此过程中学生通过查阅资料,回顾前学知识进行作答,从而巩固旧知,学习新知。
③ 交互式练习
系统设置有错误提示、正确操作提示和自动评价的功能,学生在进行虚拟实验操作时通过人机交互的方式,实现边操作、边学习、边调整,错误和不足之处及时得到改正和补充。
④ 合作探究式学习
在涂料配方的设计和生产环节,学生分小组完成教师布置的任务,每组3-4人,自由组合,配方设计完成并实施生产后进行旋转冲刷检测操作,检测不合格无法进入下一测试模块,需返回重新调整配方并重复生产及冲刷检测流程,直至产品合格,此过程为项目式合作探究学习,需要团队合作,分析问题并解决问题。
⑤ 反思式评价
虚拟仿真平台能够自动生成可追溯实验过程的记录,便于学生及时了解与掌握学习的进程,进行自我纠错与反思。
实验操作结束后,系统会自动生成实验报告,通过在线或下载填写实验报告,学生可以反思自己的全部操作,并对自己对于知识点的掌握的情况做出评价,学生也可以根据评价结果和兴趣,反复进行虚拟仿真实验,进而提高学习效果。
实施效果
① 提高人才培养质量
本项目的开发突破了时间和空间的限制,让学生虚拟完成现实条件无法完成的实验,实现了和实际涂料生产、性能测试的无缝对接。在教学设计上遵循以学生为本的原则,学生通过完成具有“两性一度”的问题设置、人机交互设计、以及合作探究项目,学会分析问题、解决问题、增强了实践能力和创新性能力的培养。自2017年4月以来,已有450余名学生完成了该项目的实验,获得国家级大创项目18项,区级44项;学生连续三年参加中国“互联网+”大学生创新创业大赛广西赛区选拔赛,获得金奖3项,银奖6项,铜奖3项,在第四届中国“互联网+”大学生创新创业大赛全国赛中获得铜奖1项。
② 提升教学效率
本项目构建的虚拟仿真实验平台,高度还原涂料工厂车间的原貌及设备的搭建,解决了现实涂料工厂无法接收高频次、大批量的学生参与见习或实习的难题;虚拟仿真实海浮筏测试也解决了学生或企业员工无法亲临挂板现场实操的问题。在虚拟仿真实验中,学生不仅能把线下课堂中所学的知识应用于仿真实验中,而且激发了学生对专业的自信心和自豪感,大大提升了教学效率。
③ 降低教学成本
该项目的使用,节约了原材料及设备成本,师生往返见习、实习单位的时间和交通住宿成本。该项目的实施预计为每年的教学成本节省10余万元。
④ 共享教学资源
该项目可通过互联网访问使用,本虚拟仿真教学资源不仅惠及本校的师生,也为其他高校教学提供服务。此外,除了授课需求外,本教学资源也面向社会开放。目前,还与崇左市豫祥科技股份有限公司等企业提供岗前培训。