虛擬仿真技術(shù)讓工科生在家照樣“做實驗”
學(xué)生通過虛擬仿真平臺了解圓錐齒輪傳動的運轉(zhuǎn)方式。學(xué)生通過虛擬仿真平臺完成齒輪油泵的拼裝實驗，掌握齒輪油泵運行原理及拼裝結(jié)構(gòu)。
受新冠肺炎疫情影響，春天的大學(xué)校園空空蕩蕩。而在天津大學(xué)機械工程教學(xué)實踐中心，工程圖學(xué)實驗室里卻是一番“人聲鼎沸”的景象：100多名學(xué)生正在試驗臺前“體驗”著《工程圖學(xué)》的實踐大課。
學(xué)生們一邊觀察機械結(jié)構(gòu)和工作原理，一邊動手拆裝齒輪油泵零件。而大到教學(xué)樓，小到齒輪零件，都是通過虛擬仿真技術(shù)生成的，學(xué)生們?nèi)嗽诩抑?，即可在線完成一系列實驗操作。
在這個特殊的“超長假期”，天津大學(xué)師生正依托虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)新線上授課以及實驗教學(xué)方式，幫助學(xué)生“實驗不叫停，求知不掉線”。
虛擬仿真實驗教學(xué)項目被譽為具有跨時代意義的“金課”。顧名思義，就是依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)——利用計算機技術(shù)生成一個逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的“模擬實驗室”。教師和學(xué)生可以在3D空間里完成遠程無法完成的復(fù)雜實驗，體驗實驗室里難以實現(xiàn)的頗具危險性和破壞性的實驗，從而提高教學(xué)效果。如今，這項技術(shù)成為解決疫情期間工科生難以完成實驗等難題的“鑰匙”。
作為中國高校“新工科”建設(shè)的排頭兵，天津大學(xué)已經(jīng)在大部分學(xué)院都開展了虛擬仿真教學(xué)項目，其中包括20個市級建設(shè)項目和5個國家級項目。如今，該校的4門“金課”入選國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目，位居全國前列。
天津大學(xué)機械學(xué)院《工程圖學(xué)》授課教師徐健介紹，工程圖學(xué)是工科類專業(yè)學(xué)生的必修課。新冠肺炎疫情以來，全校有上千名學(xué)生選了這門課。這些學(xué)生分布在全國20多個省份及境外各地，如今只需一根網(wǎng)線，學(xué)生們無論在世界哪個角落，都能通過線上平臺操作實驗器材，完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)。
“虛擬仿真技術(shù)給課堂帶來了不可思議的變化。”徐健發(fā)現(xiàn)這種全新教學(xué)模式也在激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)興趣。
在虛擬仿真課堂里，所有抽象的知識點都變得具象化，書本上的零件和儀器統(tǒng)統(tǒng)“活”了起來，甚至可以讓學(xué)生360度無死角地“把玩”。而課堂進度和隨堂測驗則變成了如同“游戲通關(guān)”一樣的小競賽。
有的富有想象力的學(xué)生，會順手將眼前的虛擬零件組裝成一個像模像樣的“燒烤機器人”，傳到朋友圈里炫耀一番。
在天津大學(xué)無障礙通用設(shè)計研究中心，一扇“神奇”的大門正在打開。
登錄電腦教學(xué)平臺，你會立刻走進一個車水馬龍的虛擬城市。小學(xué)門口的馬路，養(yǎng)老院大廳的扶梯，醫(yī)院的走廊……學(xué)生們要按照“游戲通關(guān)規(guī)則”，在逼真的生活場景中實驗對比，從“第一視角”出發(fā)，為老人、幼童和殘障人士設(shè)計引導(dǎo)標識，分析哪些圖案、顏色、尺度更醒目、更具有親和力。
“你不可能為了一個知識點，把所有學(xué)生領(lǐng)到醫(yī)院或者敬老院。”趙偉是《無障礙通用標識設(shè)計實驗虛擬仿真實驗》這門課程的主創(chuàng)教師之一。“以往，為了讓學(xué)生認識關(guān)鍵設(shè)計要素，我們要購買一大堆設(shè)備模擬不同環(huán)境下的人體障礙，而虛擬仿真技術(shù)在很大程度上克服了這些傳統(tǒng)教學(xué)方式的困難”。
天津大學(xué)2017級建筑學(xué)院本科生林雨辰則發(fā)現(xiàn)，以往書本上冷冰冰的知識點和數(shù)據(jù)，在體驗的過程中仿佛也有了溫度。
3月伊始，天津大學(xué)化工學(xué)院將《化工原理》系列等虛擬仿真實驗教學(xué)資源免費向全國開放。全國各地的學(xué)生均可登錄平臺，使用所有的教學(xué)資源，在家里就可以“做實驗”。
“我們面向全國高校開放自己的’金課’，也是’硬課’，這其中既有首批國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目，也有天津市第一個化工類國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目。”天津大學(xué)化工學(xué)院負責(zé)人介紹，學(xué)生可以在線完成全部化工原理單元操作實驗，還可以體驗在實際實驗室很難實現(xiàn)的操作，比如參與對有毒、有害、易燃易爆等物質(zhì)等處置。
“我們正在把虛擬仿真實驗教學(xué)項目，作為實驗課程改革的著力點，正在成為‘新工科’建設(shè)和‘雙一流’建設(shè)中的利器。”天津大學(xué)副校長鞏金龍表示，下一步，該校要建設(shè)形成專業(yè)布局全覆蓋、教學(xué)效果優(yōu)良、開放共享有效的信息化實驗教學(xué)體系，努力與全國高校攜手，共同推進“智能+教育”的新模式。
記者 胡春艷
責(zé)任編輯：Rex_01
