【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(shù)助力云端教學(xué)
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(xué)計劃,。對于“新工科”人才培養(yǎng)而言,，實驗教學(xué)是其中的重要一環(huán),，在學(xué)生無法到校的情況下，虛擬仿真實驗教學(xué)更彰顯了用武之地,，進(jìn)一步推動了線上線下教學(xué)的互補融合,。近日，北京理工大學(xué)能源與動力專業(yè)的老師們緊急動員,，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(xué)在家就能輕松做實驗,。
助力云端教學(xué)：體驗不同,，收獲不減
“當(dāng)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(jìn)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(xué)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(wù),，“好像實驗室被自己一個人承包了”。
疫情期間,，學(xué)生無法返校,，理論教學(xué)可以通過線上完成，但實驗教學(xué)卻面臨很大挑戰(zhàn),。為了保障教學(xué)工作有序開展,，北理工能源與動力專業(yè)的老師經(jīng)過近兩個月的準(zhǔn)備，將國家級虛擬仿真教學(xué)項目——“內(nèi)燃機性能測試”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)入實驗室，親手搭建實驗系統(tǒng),，近距離觀察設(shè)備運行,，認(rèn)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(jìn)入“設(shè)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(shè)計很大提高了學(xué)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(zhǔn)確、快捷地完成原來必須在專業(yè)實驗室才能進(jìn)行的實驗,，確實是一種新奇的體驗,。” 北理工機械與車輛學(xué)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(xué)習(xí)程度,，去完成并理解實驗,，甚至自主探索設(shè)計一些實驗內(nèi)容?！?/p>
對傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展
與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比,，虛擬仿真實驗教學(xué)不僅能讓學(xué)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(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驗教學(xué)項目建設(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)融入實驗教學(xué)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(xué)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(xué)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(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)燃機虛擬仿真國家級教學(xué)項目技術(shù)負(fù)責(zé)人何旭介紹,，這種新型的沉浸式深度體驗教學(xué),，將傳統(tǒng)理論教學(xué)中的相關(guān)知識與實驗過程緊密有機結(jié)合，在此基礎(chǔ)上,，學(xué)生還可以自己設(shè)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(xué)生的自主創(chuàng)新能力,。此外，虛擬仿真實驗可以自動記錄學(xué)生操作過程和完成情況,，并形成個性化評價,，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?！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(xué)的首選,。” 北理工教授,、博導(dǎo),、“內(nèi)燃機性能測試”國家級虛擬仿真項目負(fù)責(zé)人張衛(wèi)正說道，“當(dāng)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(jìn)行規(guī)范化實驗的能力,、進(jìn)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,。”
據(jù)悉,，目前該虛擬仿真實驗教學(xué)項目除了用于北理工日常教學(xué)外,，已向社會開放共享，為其他兄弟院校,、培訓(xùn)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,。
