【新闻特写】足不出户也能轻松做实验,北理工利用虚拟仿真技术助力云端教学
发布日期:2020-05-19 供稿:文汇报记者 彭丹 编辑:吴楠 审核:刘晓俏 阅读次数:
“内燃机性能测试”虚拟仿真实验操作界面
突如其来的疫情打乱了不少高校的教学计划。对于“新工科”人才培养而言,实验教学是其中的重要一环,在学生无法到校的情况下,虚拟仿真实验教学更彰显了用武之地,进一步推动了线上线下教学的互补融合。近日,9728太阳集团能源与动力专业的老师们紧急动员,利用最先进的虚拟仿真技术,将《传感与测试技术》的实验课——“内燃机性能测试实验”搬到云端,使分布在全国各地的近百名同学在家就能轻松做实验。
助力云端教学:体验不同,收获不减
“当老师宣布我们的第一堂实验课要采用虚拟仿真的方式在家进行,我很是期待——虚拟仿真到底会是什么样?”北理工机械与车辆学院能源与动力专业大三本科生覃咏淳回忆,自己期待已久的虚拟仿真实验像在玩CS游戏,以第一人称视角在实验室中移动、完成各种任务,“好像实验室被自己一个人承包了”。
疫情期间,学生无法返校,理论教学可以通过线上完成,但实验教学却面临很大挑战。为了保障教学工作有序开展,北理工能源与动力专业的老师经过近两个月的准备,将国家级虚拟仿真教学项目——“内燃机性能测试”引入《传感与测试技术》课程,通过虚拟仿真技术,包括覃咏淳在内的诸多学生在家就可以身临其境地进入实验室,亲手搭建实验系统,近距离观察设备运行,认知不同传感器,并熟悉实验流程。这一虚拟实验在基本操作上参考了射击动作类游戏的操控模式,而且高度再现实验现场环境,如配置了内燃机运转立体声效,符合安全要求进入“设备间”后,离内燃机越近,声音也越响——专业性与趣味性相结合的设计很大提高了学生们的实验兴趣。
“在疫情爆发的特殊时期,这样一种线上虚拟仿真实验让我们能轻松、准确、快捷地完成原来必须在专业实验室才能进行的实验,确实是一种新奇的体验。” 北理工机械与车辆学院能源与动力专业大三本科生朱佳曦说道,“这种实验方式,一方面克服了实验仪器和规格上的限制,避免了出现安全事故、损坏仪器等不利因素;另一方面使得实验不受时间及空间的限制,从而让我们更自由地结合理论知识和自身学习程度,去完成并理解实验,甚至自主探索设计一些实验内容。”
对传统教学的延伸与拓展
与传统实验教学相比,虚拟仿真实验教学不仅能让学生足不出户做实验,最大限度降低疫情的影响,还凭借其可视化、生动性、交互性等优势对传统教学起到了延伸、拓展。早在2018年,教育部发文《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》,要求着力构建基于信息技术的新型教育教学模式,推进现代信息技术融入实验教学项目。近些年来,虚拟仿真实验在国内高校得到比较快的发展与普及,已在人才培养及实验教学方面起到了重要的作用。
以“内燃机性能测试实验”为例,传统的内燃机实验教学有着难以独立操作、无法近距离观察、难以开展极限条件下的实验等难题,虚拟现实技术则为解决上述难题提供了有力技术手段。据北理工副教授、博导、《传感与测试技术》主讲教师、内燃机虚拟仿真国家级教学项目技术负责人何旭介绍,这种新型的沉浸式深度体验教学,将传统理论教学中的相关知识与实验过程紧密有机结合,在此基础上,学生还可以自己设计实验方案,探索内燃机在“高温、高寒、高原”极端恶劣条件的工作过程,培养学生的自主创新能力。此外,虚拟仿真实验可以自动记录学生操作过程和完成情况,并形成个性化评价,有助于学生发现自身不足,有针对性地做改善提高。
北理工一直在倡导“以学生为中心”的教学模式改革,此次疫情加速了这种转变。“虚拟仿真项目是为了弥补真实实验的某些不足,然而,在疫情爆发的特殊时期,却成了实验教学的首选。” 北理工教授、博导、“内燃机性能测试”国家级虚拟仿真项目负责人张卫正说道,“当我们放下‘实践能力、动手能力、实验研究能力只能由真实实验来锻炼、来提高’的观念,就会发现虚拟仿真实验不仅能培养使用者进行规范化实验的能力、进行创新实验研究的能力,还能培养使用者的实验研究的素养和对实验研究的兴趣。这也是该虚拟仿真项目的一个巨大收获。”
据悉,目前该虚拟仿真实验教学项目除了用于北理工日常教学外,已向社会开放共享,为其他兄弟院校、培训机构和厂矿企业提供虚拟仿真实验支持,满足社会多元化需求。同时正在制作英文版,以期在将来的“一带一路”教育文化交流合作中发挥作用。