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(shí)踐中心，工程圖學(xué)實(shí)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(zhù)《工程圖學(xué)》的實(shí)踐大課。
學(xué)生們一邊觀(guān)察機械結構和工作原理，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)生們人在家中，即可在線(xiàn)完成一系列實(shí)驗操作。
在這個(gè)特殊的“超長(cháng)假期”，天津大學(xué)師生正依托虛擬仿真技術(shù)創(chuàng )新線(xiàn)上授課以及實(shí)驗教學(xué)方式，幫助學(xué)生“實(shí)驗不叫停，求知不掉線(xiàn)”。
虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目被譽(yù)為具有跨時(shí)代意義的“金課”。顧名思義，就是依托虛擬現實(shí)技術(shù)——利用計算機技術(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)驗室”。教師和學(xué)生可以在3D空間里完成遠程無(wú)法完成的復雜實(shí)驗，體驗實(shí)驗室里難以實(shí)現的頗具危險性和破壞性的實(shí)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(shí)驗等難題的“鑰匙”。
作為中國高校“新工科”建設的排頭兵，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)項目，其中包括20個(gè)市級建設項目和5個(gè)國家級項目。如今，該校的4門(mén)“金課”入選國家虛擬仿真實(shí)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(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20多個(gè)省份及境外各地，如今只需一根網(wǎng)線(xiàn)，學(xué)生們無(wú)論在世界哪個(gè)角落，都能通過(guò)線(xiàn)上平臺操作實(shí)驗器材，完成規定的教學(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)習興趣。
在虛擬仿真課堂里，所有抽象的知識點(diǎn)都變得具象化，書(shū)本上的零件和儀器統統“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(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)障礙通用設計研究中心，一扇“神奇”的大門(mén)正在打開(kāi)。
登錄電腦教學(xué)平臺，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，養老院大廳的扶梯，醫院的走廊……學(xué)生們要按照“游戲通關(guān)規則”，在逼真的生活場(chǎng)景中實(shí)驗對比，從“第一視角”出發(fā)，為老人、幼童和殘障人士設計引導標識，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(gè)知識點(diǎn)，把所有學(xué)生領(lǐng)到醫院或者敬老院。”趙偉是《無(wú)障礙通用標識設計實(shí)驗虛擬仿真實(shí)驗》這門(mén)課程的主創(chuàng )教師之一。“以往，為了讓學(xué)生認識關(guān)鍵設計要素，我們要購買(mǎi)一大堆設備模擬不同環(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，以往書(shū)本上冷冰冰的知識點(diǎn)和數據，在體驗的過(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)驗教學(xué)資源免費向全國開(kāi)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(shí)驗”。
“我們面向全國高校開(kāi)放自己的’金課’，也是’硬課’，這其中既有首批國家虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目，也有天津市第一個(gè)化工類(lèi)國家虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目。”天津大學(xué)化工學(xué)院負責人介紹，學(xué)生可以在線(xiàn)完成全部化工原理單元操作實(shí)驗，還可以體驗在實(shí)際實(shí)驗室很難實(shí)現的操作，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(shí)驗教學(xué)項目，作為實(shí)驗課程改革的著(zhù)力點(diǎn)，正在成為‘新工科’建設和‘雙一流’建設中的利器。”天津大學(xué)副校長(cháng)鞏金龍表示，下一步，該校要建設形成專(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)驗教學(xué)體系，努力與全國高校攜手，共同推進(jìn)“智能+教育”的新模式。
關(guān)鍵詞： 虛擬仿真技術(shù)
