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“內(nèi)燃機(jī)性能測試”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作界面

突如其來的疫情打亂了不少高校的教學(xué)計(jì)劃,。對于“新工科”人才培養(yǎng)而言,，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其中的重要一環(huán),，在學(xué)生無法到校的情況下,，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)更彰顯了用武之地，進(jìn)一步推動(dòng)了線上線下教學(xué)的互補(bǔ)融合,。近日,，北京理工大學(xué)能源與動(dòng)力專業(yè)的老師們緊急動(dòng)員，利用最先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù),，將《傳感與測試技術(shù)》的實(shí)驗(yàn)課——“內(nèi)燃機(jī)性能測試實(shí)驗(yàn)”搬到云端,，使分布在全國各地的近百名同學(xué)在家就能輕松做實(shí)驗(yàn)。

助力云端教學(xué)：體驗(yàn)不同,，收獲不減

“當(dāng)老師宣布我們的第一堂實(shí)驗(yàn)課要采用虛擬仿真的方式在家進(jìn)行,，我很是期待——虛擬仿真到底會(huì)是什么樣？”北理工機(jī)械與車輛學(xué)院能源與動(dòng)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(shí)驗(yàn)像在玩CS游戲,，以第一人稱視角在實(shí)驗(yàn)室中移動(dòng),、完成各種任務(wù),，“好像實(shí)驗(yàn)室被自己一個(gè)人承包了”。

疫情期間,，學(xué)生無法返校,，理論教學(xué)可以通過線上完成，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻面臨很大挑戰(zhàn)。為了保障教學(xué)工作有序開展,，北理工能源與動(dòng)力專業(yè)的老師經(jīng)過近兩個(gè)月的準(zhǔn)備,，將國家級(jí)虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目——“內(nèi)燃機(jī)性能測試”引入《傳感與測試技術(shù)》課程，通過虛擬仿真技術(shù),，包括覃詠淳在內(nèi)的諸多學(xué)生在家就可以身臨其境地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,，親手搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，近距離觀察設(shè)備運(yùn)行,，認(rèn)知不同傳感器,，并熟悉實(shí)驗(yàn)流程。這一虛擬實(shí)驗(yàn)在基本操作上參考了射擊動(dòng)作類游戲的操控模式,，而且高度再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場環(huán)境,，如配置了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)立體聲效，符合安全要求進(jìn)入“設(shè)備間”后,，離內(nèi)燃機(jī)越近,，聲音也越響——專業(yè)性與趣味性相結(jié)合的設(shè)計(jì)很大提高了學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)興趣。

“在疫情爆發(fā)的特殊時(shí)期,，這樣一種線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)讓我們能輕松,、準(zhǔn)確、快捷地完成原來必須在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室才能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),，確實(shí)是一種新奇的體驗(yàn),。” 北理工機(jī)械與車輛學(xué)院能源與動(dòng)力專業(yè)大三本科生朱佳曦說道,，“這種實(shí)驗(yàn)方式,，一方面克服了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)不受時(shí)間及空間的限制，從而讓我們更自由地結(jié)合理論知識(shí)和自身學(xué)習(xí)程度,，去完成并理解實(shí)驗(yàn),，甚至自主探索設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?！?/p>

對傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比,，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能讓學(xué)生足不出戶做實(shí)驗(yàn)，最大限度降低疫情的影響,，還憑借其可視化,、生動(dòng)性、交互性等優(yōu)勢對傳統(tǒng)教學(xué)起到了延伸,、拓展,。早在2018年,，教育部發(fā)文《教育部關(guān)于開展國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》，要求著力構(gòu)建基于信息技術(shù)的新型教育教學(xué)模式,，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,。近些年來，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方面起到了重要的作用,。

以“內(nèi)燃機(jī)性能測試實(shí)驗(yàn)”為例，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著難以獨(dú)立操作,、無法近距離觀察,、難以開展極限條件下的實(shí)驗(yàn)等難題，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則為解決上述難題提供了有力技術(shù)手段,。據(jù)北理工副教授,、博導(dǎo)、《傳感與測試技術(shù)》主講教師,、內(nèi)燃機(jī)虛擬仿真國家級(jí)教學(xué)項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人何旭介紹,，這種新型的沉浸式深度體驗(yàn)教學(xué)，將傳統(tǒng)理論教學(xué)中的相關(guān)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)過程緊密有機(jī)結(jié)合,，在此基礎(chǔ)上,，學(xué)生還可以自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探索內(nèi)燃機(jī)在“高溫,、高寒,、高原”極端惡劣條件的工作過程，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力,。此外,，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以自動(dòng)記錄學(xué)生操作過程和完成情況，并形成個(gè)性化評(píng)價(jià),，有助于學(xué)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(dǎo)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式改革,，此次疫情加速了這種轉(zhuǎn)變,。“虛擬仿真項(xiàng)目是為了彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的某些不足,，然而,，在疫情爆發(fā)的特殊時(shí)期，卻成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首選,?！?北理工教授、博導(dǎo),、“內(nèi)燃機(jī)性能測試”國家級(jí)虛擬仿真項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張衛(wèi)正說道,，“當(dāng)我們放下‘實(shí)踐能力、動(dòng)手能力,、實(shí)驗(yàn)研究能力只能由真實(shí)實(shí)驗(yàn)來鍛煉,、來提高’的觀念，就會(huì)發(fā)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅能培養(yǎng)使用者進(jìn)行規(guī)范化實(shí)驗(yàn)的能力,、進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究的能力,，還能培養(yǎng)使用者的實(shí)驗(yàn)研究的素養(yǎng)和對實(shí)驗(yàn)研究的興趣。這也是該虛擬仿真項(xiàng)目的一個(gè)巨大收獲,?！?/p>

據(jù)悉，目前該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目除了用于北理工日常教學(xué)外,，已向社會(huì)開放共享,，為其他兄弟院校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和廠礦企業(yè)提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)支持,，滿足社會(huì)多元化需求,。同時(shí)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,。