学生通过虚拟仿真平台了解圆锥齿轮传动的运转方式。
学生借助虚拟仿真系统,实施了齿轮油泵的组装训练,理解了齿轮油泵运作机制和装配构造。图片由天津大学提供
由于新冠疫情的冲击,春季时节的大学校园显得格外冷清。不过,在天津大学机械工程教学实践中心,工程图学实验室内却呈现出一派热闹的场面:一百余名学子正聚集在试验设备旁边,积极参与《工程图学》的实践课程学习。
同学们在研究机械构造和运作机制的同时,也亲自拆解组装齿轮油泵的部件,从教学楼到微型齿轮,所有物件均借助虚拟现实技术制作而成,学生们在家中就能通过互联网实施一连串的实验活动。
在这个非同寻常的长假期间,天津大学教师与学生借助虚拟仿真技术,革新了在线授课和实验教学模式,确保学生实验活动不停歇,学习进度不中断。
这项虚拟仿真实验教学内容被称作意义非凡的“优质课程”。所谓虚拟仿真实验,就是借助虚拟现实手段——运用计算机技术构建一个声形俱佳、能引发视觉听觉触觉等多重感受的“虚拟实训场所”。师生们得以在三维场景中开展远程难以实现的精密操作,尝试实验室里无法进行且具有一定风险或破坏性的活动,以此提升教学成效。这项技术如今充当了解决疫情下工科生实验困难等问题的途径,成为了关键手段。
天津大学在国内高校“新工科”发展方面走在前列,在众多院系中已实施虚拟仿真教学计划,涉及20个市属及5个国家级项目。目前该校的4门精品课程已获评国家级虚拟仿真实验教学项目,在国内处于领先地位。
天津大学机械学院《工程图学》的教师徐健说明,这门课程是工科生必须学习的科目。自新冠疫情发生以来,全校有超过一千名学生选修了该课程。这些学生来自全国二十多个省份以及海外各地,现在只需一根网线,无论身处何地,都可以借助线上平台使用实验设备,达成既定的学习目标。
虚拟仿真技术为课堂教学带来了惊人的革新,徐健注意到这种创新的教学方式也在提升学生的创造思维,同时还激发了他们的学习热情。
虚拟仿真课堂使所有抽象概念都变得形象化,书本上的零件和设备仿佛有了生命,学生能够全方位地与之互动,随意操作。而课程进展和即时检测则转化为类似游戏挑战的竞争形式。
有些思维活跃的学生,常常会随手把眼前的虚拟部件拼凑成一个颇具规模的“烹饪自动化设备”,然后分享到社交平台,以此展示自己的创意。
天津大学无障碍通用设计研究中心里,一道特别的大门此刻被开启了。
进入网络学习系统,马上就能进入一个人来人往的虚拟区域。小学校园外的道路,敬老院内的楼梯,医疗机构的过道……学员们依据“挑战任务指南”,在仿真的生活环境中进行对照研究,从当事人角度,为年长者、儿童和有困难的人规划指示符号,探讨哪些图形、色调、大小更突出、更友善。
为了某个具体的学习内容,无法将所有学员带到医院或者养老机构去实践。赵伟是《无障碍通用标识设计实验虚拟仿真实验》这门课程的主要创建者之一。过去,为了让学员了解重要的设计细节,需要购置大量器材来模仿各种情境下的人体障碍情况,而虚拟仿真技术在很大程度上解决了传统教学方法的这些难题。
天津大学2017级建筑学院本科生林雨辰注意到,书本里那些过去看似枯燥的知识点和数据,在亲身经历之后,好像也变得生动起来。
三月刚刚开始,天津大学化工学院把《化工原理》系列等虚拟仿真实验教学资源无偿提供给全国使用。全国各地的学生都可以登录平台,运用所有的教学材料,在家中也能进行实验操作。
我们向全国高校提供自己的优质课程,这些课程既包含首批国家级虚拟仿真实验教学项目,也包括天津市首个化工类国家级虚拟仿真实验教学项目。天津大学化工学院相关人士表示,学生能够通过网络完成所有化工基础单元操作实验,还可以尝试在真实实验室难以进行的操作,例如处理有毒、有害、易燃易爆等危险物质。
天津大学副校长巩金龙谈到,该校正将虚拟仿真实验教学项目,当作实验课程改革的重点方向,并视其为‘新工科’与‘双一流’建设的有力支撑。接下来,学校计划构建起覆盖所有专业、成效显著且便于开放共享的信息化实验教学平台,同时将积极联合全国其他高等院校,合力推动“智能+教育”这一新型教育模式的实施。