【新聞特寫】足不出戶也能輕松做實驗，北理工利用虛擬仿真技術助力云端教學
發(fā)布日期：2020-05-19 供稿：文匯報記者 彭丹 編輯：吳楠 審核：劉曉俏 閱讀次數(shù)：
“內(nèi)燃機性能測試”虛擬仿真實驗操作界面
突如其來的疫情打亂了不少高校的教學計劃。對于“新工科”人才培養(yǎng)而言，實驗教學是其中的重要一環(huán)，在學生無法到校的情況下，虛擬仿真實驗教學更彰顯了用武之地，進一步推動了線上線下教學的互補融合。近日，北京理工大學能源與動力專業(yè)的老師們緊急動員，利用最先進的虛擬仿真技術，將《傳感與測試技術》的實驗課——“內(nèi)燃機性能測試實驗”搬到云端，使分布在全國各地的近百名同學在家就能輕松做實驗。
助力云端教學：體驗不同，收獲不減
“當老師宣布我們的第一堂實驗課要采用虛擬仿真的方式在家進行，我很是期待——虛擬仿真到底會是什么樣？”北理工機械與車輛學院能源與動力專業(yè)大三本科生覃詠淳回憶，自己期待已久的虛擬仿真實驗像在玩CS游戲，以第一人稱視角在實驗室中移動、完成各種任務，“好像實驗室被自己一個人承包了”。
疫情期間，學生無法返校，理論教學可以通過線上完成，但實驗教學卻面臨很大挑戰(zhàn)。為了保障教學工作有序開展，北理工能源與動力專業(yè)的老師經(jīng)過近兩個月的準備，將國家級虛擬仿真教學項目——“內(nèi)燃機性能測試”引入《傳感與測試技術》課程，通過虛擬仿真技術，包括覃詠淳在內(nèi)的諸多學生在家就可以身臨其境地進入實驗室，親手搭建實驗系統(tǒng)，近距離觀察設備運行，認知不同傳感器，并熟悉實驗流程。這一虛擬實驗在基本操作上參考了射擊動作類游戲的操控模式，而且高度再現(xiàn)實驗現(xiàn)場環(huán)境，如配置了內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)立體聲效，符合安全要求進入“設備間”后，離內(nèi)燃機越近，聲音也越響——專業(yè)性與趣味性相結(jié)合的設計很大提高了學生們的實驗興趣。
“在疫情爆發(fā)的特殊時期，這樣一種線上虛擬仿真實驗讓我們能輕松、準確、快捷地完成原來必須在專業(yè)實驗室才能進行的實驗，確實是一種新奇的體驗?！?北理工機械與車輛學院能源與動力專業(yè)大三本科生朱佳曦說道，“這種實驗方式，一方面克服了實驗儀器和規(guī)格上的限制，避免了出現(xiàn)安全事故、損壞儀器等不利因素；另一方面使得實驗不受時間及空間的限制，從而讓我們更自由地結(jié)合理論知識和自身學習程度，去完成并理解實驗，甚至自主探索設計一些實驗內(nèi)容?！?/p>
對傳統(tǒng)教學的延伸與拓展
與傳統(tǒng)實驗教學相比，虛擬仿真實驗教學不僅能讓學生足不出戶做實驗，最大限度降低疫情的影響，還憑借其可視化、生動性、交互性等優(yōu)勢對傳統(tǒng)教學起到了延伸、拓展。早在2018年，教育部發(fā)文《教育部關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》，要求著力構(gòu)建基于信息技術的新型教育教學模式，推進現(xiàn)代信息技術融入實驗教學項目。近些年來，虛擬仿真實驗在國內(nèi)高校得到比較快的發(fā)展與普及，已在人才培養(yǎng)及實驗教學方面起到了重要的作用。
以“內(nèi)燃機性能測試實驗”為例，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機實驗教學有著難以獨立操作、無法近距離觀察、難以開展極限條件下的實驗等難題，虛擬現(xiàn)實技術則為解決上述難題提供了有力技術手段。據(jù)北理工副教授、博導、《傳感與測試技術》主講教師、內(nèi)燃機虛擬仿真國家級教學項目技術負責人何旭介紹，這種新型的沉浸式深度體驗教學，將傳統(tǒng)理論教學中的相關知識與實驗過程緊密有機結(jié)合，在此基礎上，學生還可以自己設計實驗方案，探索內(nèi)燃機在“高溫、高寒、高原”極端惡劣條件的工作過程，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。此外，虛擬仿真實驗可以自動記錄學生操作過程和完成情況，并形成個性化評價，有助于學生發(fā)現(xiàn)自身不足，有針對性地做改善提高。
北理工一直在倡導“以學生為中心”的教學模式改革，此次疫情加速了這種轉(zhuǎn)變?！疤摂M仿真項目是為了彌補真實實驗的某些不足，然而，在疫情爆發(fā)的特殊時期，卻成了實驗教學的首選?！?北理工教授、博導、“內(nèi)燃機性能測試”國家級虛擬仿真項目負責人張衛(wèi)正說道，“當我們放下‘實踐能力、動手能力、實驗研究能力只能由真實實驗來鍛煉、來提高’的觀念，就會發(fā)現(xiàn)虛擬仿真實驗不僅能培養(yǎng)使用者進行規(guī)范化實驗的能力、進行創(chuàng)新實驗研究的能力，還能培養(yǎng)使用者的實驗研究的素養(yǎng)和對實驗研究的興趣。這也是該虛擬仿真項目的一個巨大收獲?！?/p>
據(jù)悉，目前該虛擬仿真實驗教學項目除了用于北理工日常教學外，已向社會開放共享，為其他兄弟院校、培訓機構(gòu)和廠礦企業(yè)提供虛擬仿真實驗支持，滿足社會多元化需求。同時正在制作英文版，以期在將來的“一帶一路”教育文化交流合作中發(fā)揮作用。
