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(jī)械工程教學(xué)實(shí)踐中心，工程圖學(xué)實(shí)驗(yàn)室里卻是一番“人聲鼎沸”的景象：100多名學(xué)生正在試驗(yàn)臺(tái)前“體驗(yàn)”著《工程圖學(xué)》的實(shí)踐大課。

學(xué)生們一邊觀察機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，一邊動(dòng)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(guò)虛擬仿真技術(shù)生成的，學(xué)生們?nèi)嗽诩抑校纯稍诰€完成一系列實(shí)驗(yàn)操作。

在這個(gè)特殊的“超長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，幫助學(xué)生“實(shí)驗(yàn)不叫停，求知不掉線”。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目被譽(yù)為具有跨時(shí)代意義的“金課”。顧名思義，就是依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)——利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的、具有視、聽(tīng)、觸等多種感知的“模擬實(shí)驗(yàn)室”。教師和學(xué)生可以在3D空間里完成遠(yuǎn)程無(wú)法完成的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室里難以實(shí)現(xiàn)的頗具危險(xiǎn)性和破壞性的實(shí)驗(yàn)，從而提高教學(xué)效果。如今，這項(xiàng)技術(shù)成為解決疫情期間工科生難以完成實(shí)驗(yàn)等難題的“鑰匙”。

作為中國(guó)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(kāi)展了虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目，其中包括20個(gè)市級(jí)建設(shè)項(xiàng)目和5個(gè)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目。如今，該校的4門(mén)“金課”入選國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，位居全國(guó)前列。

天津大學(xué)機(jī)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(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的必修課。新冠肺炎疫情以來(lái)，全校有上千名學(xué)生選了這門(mén)課。這些學(xué)生分布在全國(guó)20多個(gè)省份及境外各地，如今只需一根網(wǎng)線，學(xué)生們無(wú)論在世界哪個(gè)角落，都能通過(guò)線上平臺(tái)操作實(shí)驗(yàn)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(lái)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(shí)點(diǎn)都變得具象化，書(shū)本上的零件和儀器統(tǒng)統(tǒng)“活”了起來(lái)，甚至可以讓學(xué)生360度無(wú)死角地“把玩”。而課堂進(jìn)度和隨堂測(cè)驗(yàn)則變成了如同“游戲通關(guān)”一樣的小競(jìng)賽。

有的富有想象力的學(xué)生，會(huì)順手將眼前的虛擬零件組裝成一個(gè)像模像樣的“燒烤機(jī)器人”，傳到朋友圈里炫耀一番。

在天津大學(xué)無(wú)障礙通用設(shè)計(jì)研究中心，一扇“神奇”的大門(mén)正在打開(kāi)。

登錄電腦教學(xué)平臺(tái)，你會(huì)立刻走進(jìn)一個(gè)車(chē)水馬龍的虛擬城市。小學(xué)門(mén)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(chǎng)景中實(shí)驗(yàn)對(duì)比，從“第一視角”出發(fā)，為老人、幼童和殘障人士設(shè)計(jì)引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，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(gè)知識(shí)點(diǎn)，把所有學(xué)生領(lǐng)到醫(yī)院或者敬老院。”趙偉是《無(wú)障礙通用標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》這門(mén)課程的主創(chuàng)教師之一。“以往，為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素，我們要購(gòu)買(mǎi)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(jí)建筑學(xué)院本科生林雨辰則發(fā)現(xiàn)，以往書(shū)本上冷冰冰的知識(shí)點(diǎn)和數(shù)據(jù)，在體驗(yàn)的過(guò)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(shí)驗(yàn)教學(xué)資源免費(fèi)向全國(guó)開(kāi)放。全國(guó)各地的學(xué)生均可登錄平臺(tái)，使用所有的教學(xué)資源，在家里就可以“做實(shí)驗(yàn)”。

“我們面向全國(guó)高校開(kāi)放自己的’金課’，也是’硬課’，這其中既有首批國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，也有天津市第一個(gè)化工類(lèi)國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。”天津大學(xué)化工學(xué)院負(fù)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(shí)驗(yàn)，還可以體驗(yàn)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)室很難實(shí)現(xiàn)的操作，比如參與對(duì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，作為實(shí)驗(yàn)課程改革的著力點(diǎn)，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(zhǎng)鞏金龍表示，下一步，該校要建設(shè)形成專(zhuān)業(yè)布局全覆蓋、教學(xué)效果優(yōu)良、開(kāi)放共享有效的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，努力與全國(guó)高校攜手，共同推進(jìn)“智能+教育”的新模式。

關(guān)鍵詞： 虛擬仿真技術(shù)