在日常生产中,诸如建筑工地钢筋滑落、森林火灾、化工厂爆炸等事故和危险并不罕见。但长期以来,相关专业学生对这些事故和危险的认知,大多停留在书本上和前辈的描述中。虽然在专业学习时,学生们已经了解甚至熟习了事故的处理流程,但由于缺乏实际经验,能否做到临危不惧,仍是一个极大的考验。
现在,高校可以把这些危险和事故“搬进”实验室了——通过虚拟仿真实验技术,构建起极具现实感的虚拟场景,使学生能够在安全状况下了解危险,体验危险,处理危险。
让学生安全地体验危险
虚拟仿真实验技术——在VR基础上添加仿真技术,并结合专业理论——则有了更进一步的实践领域。教育部有关文件表明,虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,能够实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。学生在虚拟环境中开展实验,达到教学大纲所要求的教学目的。
在教育部高教司等教育主管部门的规划支持下,在高等学校国家级实验教学示范中心联席会(简称联席会)的协调推进下,我国高等学校的虚拟仿真实验教学建设初有成效。三年来,全国高校已经建立了300个国家级虚拟仿真实验中心,覆盖了27个省份,204所高校,涵盖40多个学科类别。
避免危险,或者安全地做现实中很危险的实验,是虚拟仿真实验技术在实验教学中最直接的价值体现。
除了安全事故外,有一些实验本身就具有较强的危险性。联席会秘书长、北京大学生命科学学院教授许崇任向记者介绍说:在生物学研究领域,经常需要在生物体内对某些物质进行同位素标记,以研究这些物质在代谢过程中的途径和运动规律。但是,同位素是有危害的,对环境是有污染的,因此过去很多学校都避免同位素的实验。而虚拟仿真实验技术可以规避这种危险。
放弃具有一定危险性和破坏性的实验项目,不仅影响学生学习和吸收理论知识,也严重影响对其专业实践能力和实用技能的培养。所以利用虚拟仿真技术,让学生安全地做曾经很危险的实验,对高校实验实践教学的价值不言而喻。
把工厂、医院和企业“搬到”课堂
节省实验成本、提高培养效率、增加学生实操经验,也是虚拟仿真实验的优势之一。
“食品工程专业的学生需要到企业进行实习,然而在现实中,由于食品生产线制造、保养和维护成本十分昂贵,企业一般不会让实习学生在生产线上直接操作。”樊友峰说,“三维工厂虚拟仿真则为高校提供了一条新思路。比如,奶粉生产虚拟仿真实验室可以逼真地模拟奶粉加工生产工艺的开车、停车、正常运行和各种事故状态。这种现代化的虚拟仿真培训,无需投料,没有危险性,节省了大量费用,也提高了培训效率。真正做到了把‘工厂’搬到学校,实现了教学与就业的零距离。其价值,远远超出学生到工厂观摩。”
在临床实习过程中,“准医生”们很难掌握足够多的病例和经验。如果在实验教学阶段就引入相关的虚拟仿真系统,分类别地让学生进行实验,反复模拟,对学生医疗经验的初期储备和增长大有益处。
作为“互联网+”时代的一项风靡的技术,虚拟仿真实验,对于年轻学生是有天然吸引力的。“现在的学生很适应互联网的东西,把实验教学基础的内容通过‘互联网化’的方式让学生学习,能够保持学生对专业学习的持久兴趣。
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