虚拟仿真技术在真空吸取系统教学中的应用
薛海建董三强沈瑞强
［摘要］虚拟仿真技术是一种新的教育生产力，具有技术逼真、趣味高效、安全实惠和自由拓展等优势。针对传统真空吸取系统教学中存在的不足，将虚拟仿真技术引入课程教学，对传统教学模式进行扩展，并从理论教学、实践教学、考核评估等方面探讨虚拟仿真技术在真空吸取系统教学中的应用。实践结果表明，虚拟仿真技术的引入有助于激发学生的学习兴趣，增强课堂的趣味性，提升学生的参与度，改善教学效果，培养学生的创新创造能力，为课程教学改革提供了新途径。
［关键词］虚拟仿真；真空吸取系统；教学
［基金项目］2021年度陕西省高等教育教学改革研究重点攻关项目（21BG055）；2021年度火箭军工程大学教育改革研究项目（HJJKTB2021001）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）18-0153-04［收稿日期］2022-07-12
真空吸取系统在武器装备中应用得非常广泛，经常用来吸取和移动一些非常重要的装置或部件。近年来，随着部队使命任务的多元化发展以及实战化训练进程不断加强，对军队院校人才培养提出了更高的要求，军队院校要能主动适应新技术、新生态和未来战争新格局，不断推进实战化教学改革，培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科军事人才，走中国特色社会主义强军之路。然而，随着科技水平的飞速发展，传统的教学模式已经难以满足当前部队的要求，教学效果不佳。虚拟仿真技术作为一种新的教育生产力，为创新教学手段方法提供了有效手段［1］。在真空吸取系统教学中，通过引入虚拟仿真技术，探索虚实结合的教学方法手段，提升教学的趣味性、自主性、生动性和创造性，在加深学生对理论知识理解的同时，进一步激发学生的学习兴趣，增进创新思维培养。
一、虚拟仿真技术简介
虚拟仿真技术是用一个系统模仿另一个真实系统的技术，是指在计算机、多媒体、虚拟现实及网络通信等技术迅猛发展的基础上，以仿真的方式给用户创造一个实时反映真实对象变化和相互作用的模拟系统或虚拟世界，使用户可以借助视觉、听觉、触觉等多种感知与模拟系统进行交互，身临其境、沉浸其中，从而完成一系列高度逼真的模拟操作［2-3］。虚拟仿真技术应用到教学过程中，具有以下突出优势。
（一）真实逼真
在虚拟仿真系统中，学生可以通过视觉、听觉、嗅觉、触觉等多种感知，身临其境、沉浸其中，获得真实系统的逼真感受，并且可以通过人为行为改变系统相关状态，系统同样会给出相应反馈，更有利于学生对知识的掌握和理解。
（二）趣味高效
在传统教学模式下的理论学习过程中，复杂原理、复杂结构和复杂系统的学习以教师讲授为主，内容枯燥无味，学生的学习积极性不高，效果不佳。在实践操作过程中，受设备数量、时间、空间等因素的限制，多是以小组为单位，无法实现对每个学生进行全面的训练和培养。引入虚拟仿真技术，可以通过动画、透视图等方式进行原理展示，还可以交互操作，这种游戏式的学习方式，更有利于启发思维，激发学生的学习兴趣。同时，学生可以独立开展虚拟实验操作，做到人手一台操作设备，有效弥补了设备数量少、时间少、空间小的短板，且可反复操作练习，教学效率有了显著提高。
（三）安全实惠
在传统教学中，为确保学生和设备的安全，对一些危险系数较高的教学科目一般不开展实验操作，且由于经费条件的限制，对于一些价格昂贵的实验设备教学利用率也偏低。相比较而言，利用虚拟仿真技术开展教学，学生在虚拟平台上开展相关学习活动，所用仪器设备和耗材均为虚拟的，可以大大提高安全系數，降低教学成本，安全性高且经济实惠［4］。
（四）自由拓展
在传统教学模式下，一般以理论教学为主、实践教学为辅，理论直接转入实践，学生接受度较低，且受限于具体实物，不利于学生创新能力的培养。借助于虚拟仿真技术，可在理论教学和实践教学之间搭建桥梁，构建“理论—虚拟—实践”一体化的教学模式。通过虚拟仿真系统，一方面，可以巩固所学理论知识，加深理解；另一方面，通过虚拟操作，使学生掌握关键环节和基本操作技能，为实装操作、理论联系实际打下坚实的基础。同时，虚拟仿真技术还可以为学生提供广阔的想象空间和无限可能，有利于学生创新能力的培养［5-6］。
二、当前真空吸取系统教学存在的问题
（一）实践教学比例偏低、手段单一
真空吸取系统涉及设备众多，工作过程中需要多操作号手协同配合，在教学过程中应特别注重实践的内容，有利于培养学生掌握装备性能、操作技能、创新能力和科技素养。然而，受总学时数的限制，真空吸取系统传统教学模式以课堂讲授为主、实践教学为辅，实践教学比例偏低，且以实装参观为主要形式，手段单一，学生只能了解装备的基本操作流程和简单操作，不利于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，学生主动学习的兴趣