教改項目立項項目申請書

...wd......wd......wd...山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院2013年教研教改立項工程申請書項目名稱：虛擬仿真技術(shù)在機(jī)電類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究工程主持人：劉杰申請學(xué)院〔系〕：汽車技術(shù)學(xué)院聯(lián)系電話-mail:425388186@qq填表日期：2013年10月18日山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院制一、簡表工程名稱虛擬仿真技術(shù)在機(jī)電類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究起止時間2013.11——2014.10工程申請人姓名劉杰性別女民族漢出生年月1985.3專業(yè)技術(shù)職務(wù)／行政職務(wù)講師最終學(xué)位／授予國家碩士主要教學(xué)工作簡歷時間課程名稱授課對象學(xué)時所在單位2011.9—2011.12數(shù)字電子技術(shù)10應(yīng)用電子技術(shù)64山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院2012.2—2012.6單片機(jī)原理及應(yīng)用11機(jī)電一體化64山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院2012.9—2012.12單片機(jī)原理及應(yīng)用11應(yīng)用電子技術(shù)72山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院2013.2—2013.6傳感器原理及應(yīng)用12機(jī)電一體化64山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院主要教學(xué)科研成果時間工程名稱〔位次〕獲獎情況項目組總?cè)藬?shù)高級中級初級博士碩士參加單位數(shù)411211主要成員序號姓名性別出生年月專業(yè)技術(shù)職務(wù)工作單位簽章1劉杰女1985.3講師山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院2趙桂芳女1965.1高級工程師山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院3張金友男1984.12助工山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院4馮興嵐女1984.3助工山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院其他成員姓名：二、立項依據(jù)工程的研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析〔一〕、虛擬仿真技術(shù)在機(jī)電類課程教學(xué)中的應(yīng)用研究意義作為高職院校的機(jī)電類專業(yè)，其人才培養(yǎng)的目標(biāo)是培養(yǎng)出面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)一線需要的高端技能型人才，面向的工作崗位主要有機(jī)電一體化裝備和產(chǎn)品的設(shè)計、制造、裝配、操作、調(diào)試、維修和售后技術(shù)服務(wù)等，機(jī)電行業(yè)范圍很大，產(chǎn)品種類很多，而且工種也很多，因此在教學(xué)過程中需要學(xué)生掌握很多技能。但是，實驗實訓(xùn)設(shè)備畢竟是有限的，這就需要我們探索新的教學(xué)方法。仿真技術(shù)是繼數(shù)學(xué)推理與科學(xué)試驗之后認(rèn)識世界自然規(guī)律的第三類根基方法。虛擬仿真教學(xué)是指利用實物和計算機(jī)軟件共同模擬出真實的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進(jìn)展探究和學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法生動形象，很接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學(xué)生興趣，使學(xué)生在短時間內(nèi)進(jìn)入相應(yīng)情境，真實的體驗在現(xiàn)實生活中進(jìn)展操作的感覺，以到達(dá)更快掌握操作技能的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計算機(jī)軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景，使學(xué)生掌握更多的操作技能。機(jī)電類課程的教學(xué)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，理論課與實驗課是別離的，這就導(dǎo)致技能訓(xùn)練得不到及時的理論指導(dǎo)，而理論課也沒有結(jié)合生產(chǎn)、生活實際，這樣導(dǎo)致了學(xué)生的技能掌握不到位。隨著教學(xué)改革的開展，出現(xiàn)了“工程教學(xué)〞、“教、學(xué)、做〞一體化等新型的教學(xué)模式，但在這些新的教學(xué)模式下采用的技能訓(xùn)練通常有兩種：第一種是僅限于實驗箱提供的幾個固定實驗，學(xué)生只需按圖接好線、按實驗指導(dǎo)書輸入程序就可完成實驗，學(xué)生動手時機(jī)少，不能真正地參與到學(xué)習(xí)活動中；第二種是通過制作一些實際的實驗電路板或?qū)嵨铮缓笤谏厦孢M(jìn)展安裝、試驗和調(diào)試，大大提高了學(xué)生的動手能力，但是實際操作時要受到設(shè)備數(shù)量、品種等方面的限制，而且耗時大，占用課時太多，耗材的消耗量也很大，成本高。虛擬仿真教學(xué)那么以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、性能有效和安全等優(yōu)勢得到越來越多的應(yīng)用和推廣。因此應(yīng)該將“工程教學(xué)〞、“教、學(xué)、做〞一體化和虛擬仿真教學(xué)的方法結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，得到更好的教學(xué)效果。虛擬仿真教學(xué)很容易與其他先進(jìn)的教學(xué)方法相結(jié)合，因此在機(jī)電類課程的教學(xué)中，將虛擬仿真教學(xué)與其他教學(xué)方法相結(jié)合有助于提高課程教學(xué)效果，而且成本低、效率高，使學(xué)生可以不受場地與設(shè)備的限制，掌握更多的技能，在機(jī)電類課程的教學(xué)中具有重要的意義?！捕?、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀虛擬仿真技術(shù)為人們提供了一個理想的教學(xué)手段，目前在國內(nèi)和國外已經(jīng)逐步的應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、課程教學(xué)、運(yùn)動訓(xùn)練以及醫(yī)學(xué)研究等方面。美國是虛擬仿真技術(shù)的起源地，現(xiàn)在美國虛擬仿真技術(shù)的開展水平也比較高，在這個領(lǐng)域代表了國際先進(jìn)水平，也是第一個把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)中的，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統(tǒng)的虛擬仿真教學(xué)儀器架構(gòu)。美國的卡羅萊納州立大學(xué)利用Java技術(shù)建設(shè)了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于Java

Applet的虛擬實驗設(shè)備和實驗設(shè)施；相關(guān)的實驗課程模塊；實驗學(xué)習(xí)結(jié)果評價模塊；協(xié)作學(xué)習(xí)模塊。在歐洲，英國在虛擬仿真技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應(yīng)用在教學(xué)儀器和工業(yè)安全培訓(xùn)等方面。英國的諾丁漢大學(xué)在教育和學(xué)術(shù)方面對虛擬仿真技術(shù)進(jìn)展了研究與探索，其目標(biāo)主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設(shè)備應(yīng)用上。此外，該小組還和其他學(xué)校嚴(yán)密合作，將其系統(tǒng)應(yīng)用在了學(xué)習(xí)上有困難和身體殘疾的學(xué)生教育中。在中國，各個大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也已經(jīng)利用虛擬仿真技術(shù)建設(shè)虛擬場景進(jìn)展相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)儀器與研究。例如，中國科技大學(xué)開發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學(xué)儀器系統(tǒng)----利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)展幾何光學(xué)實驗平臺的開發(fā)，系統(tǒng)將計算機(jī)輔助教學(xué)儀器的智能化儀器、計算機(jī)技術(shù)、虛擬仿真和物理教學(xué)儀器等有機(jī)結(jié)合，把物理教學(xué)儀器系統(tǒng)推進(jìn)了新的領(lǐng)域。北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技以北京郵電大學(xué)強(qiáng)勢的網(wǎng)絡(luò)、通訊、電子三門學(xué)科為根基，采用Java

Applet技術(shù)、B/S構(gòu)造、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設(shè)備及實驗場地等實驗教學(xué)問題，由北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)研究所組織精英力量，經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了配套的可在校園網(wǎng)絡(luò)上開展的虛擬實驗系統(tǒng)。通過對國內(nèi)、外的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)相比較，我們發(fā)現(xiàn)：國外在線實驗比國內(nèi)開發(fā)的時間早10年以上，而且器材豐富、功能也比較多；但同時國外軟件產(chǎn)品價格過高，而且技術(shù)難度上不也適合學(xué)生，更適合工程師使用，國外很多成熟的實驗產(chǎn)品尚不支持網(wǎng)絡(luò)化操作，只能安裝到本地計算機(jī)上獨立運(yùn)行，沒有配套的教學(xué)管理和知識輔助學(xué)習(xí)，而北京郵電大學(xué)的虛擬仿真教學(xué)軟件很大程度上改善了這些缺乏之處，更加適合國內(nèi)高等院校的實驗教學(xué)需求。三、工程實施方案及實施方案〔一〕、具體研究內(nèi)容、研究目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問題1、具體研究內(nèi)容及目標(biāo)本研究將以?國家中長期教育改革和開展規(guī)劃綱要〔2010－2020年〕?以及?國家中長期人才開展規(guī)劃綱要〔2010-2020年〕?等文件精神為指導(dǎo)，基于建構(gòu)主義和混合式學(xué)習(xí)理論，按照高等職業(yè)教育工學(xué)結(jié)合課程改革的基本要求，以就業(yè)為導(dǎo)向，根據(jù)機(jī)電專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位的任職要求，參照職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)，與行業(yè)企業(yè)合作進(jìn)展課程開發(fā)，選取課程內(nèi)容。按職業(yè)能力目標(biāo)的層次和類型，遵循學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，以真實工作任務(wù)及其工作過程為依據(jù)，整合、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，由簡到繁、由易到難、循序漸進(jìn)地設(shè)計典型工程和學(xué)習(xí)任務(wù)，利用虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)勢，實現(xiàn)更高水平的“教、學(xué)、做〞一體化。在具體的實施過程中，本工程欲根據(jù)高職院校在機(jī)電類專業(yè)教學(xué)中的實際情況，探索出一系列切實可行的虛擬教學(xué)方案。通過調(diào)研，本工程方案在以下幾個方面做出具體研究：科學(xué)分析學(xué)生特征及企業(yè)需求，進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革課題組將采取問卷調(diào)查和訪談的方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)特征與學(xué)習(xí)需求進(jìn)展認(rèn)真調(diào)查和分析，以便更加深入的了解學(xué)生的預(yù)備知識、年齡特征和學(xué)習(xí)需求。在組織教學(xué)內(nèi)容時，結(jié)合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點以及本專業(yè)最新技術(shù)、一線工程案例和企業(yè)真正需求，借助虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建更加接近現(xiàn)實工作場景的教學(xué)情境。在課堂教學(xué)中，將各種先進(jìn)的教學(xué)方法有機(jī)融合，提高課堂教學(xué)效果。積極探索，構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)模式對于幾門重要的專業(yè)課，如電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等通過調(diào)查分析找到適宜的仿真軟件，制定出具體的教學(xué)方案，并且應(yīng)用在新學(xué)期的教學(xué)過程中，通過理論分析和實際的教學(xué)活動，探索出虛擬仿真教學(xué)在專業(yè)課程中的最正確應(yīng)用方法。校企合作，共建更高水平的實驗、實訓(xùn)基地高職學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的提高，離不開高水平的教學(xué)條件和教學(xué)設(shè)備的支持，而且這些教學(xué)環(huán)境必須與企業(yè)真實工作場景相似，因此在有限的時間、有限的條件下讓學(xué)生接觸到更多工作場景就顯得尤為重要。虛擬仿真教學(xué)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和較大的開放性，能夠提供靈活多樣的工作場景。與企業(yè)密切合作，打造更多更真實的工作場景有助于學(xué)生技能的掌握，也是對實訓(xùn)條件的極大改善。師生合力，共同打造最合理的虛擬教學(xué)環(huán)境在課程改革過程中，需要專業(yè)課教師結(jié)合課程內(nèi)容和目標(biāo)，開發(fā)出適合各專業(yè)的虛擬仿真教學(xué)環(huán)境以及實驗實訓(xùn)教學(xué)軟件。學(xué)生是課堂的主體，在教學(xué)過程中更應(yīng)該考慮的學(xué)生的反響和需求，根據(jù)學(xué)生的反響不斷改進(jìn)教學(xué)方法。2、工程擬解決的關(guān)鍵問題本工程擬解決的關(guān)鍵問題在于將虛擬仿真教學(xué)和高職教學(xué)的特點真正結(jié)合起來，設(shè)計最適宜的教學(xué)情境，在最大化的節(jié)約教學(xué)硬件設(shè)備的根基上，將虛擬仿真與工程教學(xué)有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)設(shè)出更多更接近企業(yè)現(xiàn)實的教學(xué)情境，創(chuàng)造適合不同課程的虛擬仿真環(huán)境?！捕场嵤┓桨?、具體實施方案〔含年度進(jìn)展情況〕及可行性分析1、實施方案本研究將在深度分析學(xué)生學(xué)習(xí)特點和企業(yè)真正需求的根基上，在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和混合式學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，按照高等職業(yè)教育工學(xué)結(jié)合課程改革的基本要求，結(jié)合虛擬仿真教學(xué)設(shè)計的基本原那么，借鑒信息化和工程教學(xué)設(shè)計方法，探索基于典型工程和工作任務(wù)的虛擬仿真教學(xué)模式，實現(xiàn)“教、學(xué)、做〞一體化教學(xué)設(shè)計。該模式由“工程導(dǎo)入〞、“制定方案〞、“實施方案〞和“成果展示與評價〞四個環(huán)節(jié)組成，其中虛擬仿真教學(xué)貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面簡單介紹該模式的具體實施方案：在“工程導(dǎo)入〞環(huán)節(jié)，任課教師的活動包括三個內(nèi)容：借助虛擬實驗平臺，導(dǎo)入工程任務(wù)及目標(biāo)、展示工程結(jié)果，讓學(xué)生對工程有一個直觀的認(rèn)識，然后再布置具體的學(xué)習(xí)任務(wù)；利用虛擬實驗環(huán)境，讓學(xué)生明確自己應(yīng)當(dāng)完成的具體任務(wù)和完成任務(wù)后可以得到哪些知識以及到達(dá)什么樣的水平；在充分考慮學(xué)生的現(xiàn)有知識和能力水平的根基上，按照適合協(xié)作學(xué)習(xí)的分組方法對學(xué)生進(jìn)展分組，安排具體的完成時間和成果的評價方式等。在“制定方案〞環(huán)節(jié)，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作學(xué)習(xí)等方式，對該工程的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)展分析，確定任務(wù)所涉及的各種要素，充分應(yīng)用已掌握的前序知識，基于虛擬仿真實驗平臺進(jìn)展決策，確定任務(wù)的實施步驟，為任務(wù)的實施做好充分的準(zhǔn)備。在“實施方案〞環(huán)節(jié)，學(xué)生在虛擬仿真實驗平臺上按照已制定好的方案逐步完成工程任務(wù)。教師借助虛擬仿真實驗平臺對學(xué)生進(jìn)展指導(dǎo)，實現(xiàn)教師和學(xué)生以及學(xué)生之間的交流。學(xué)生通過應(yīng)用已學(xué)習(xí)的知識完成工作任務(wù)，進(jìn)展知識的建構(gòu)，形成職業(yè)崗位能力。在“展示與評價〞環(huán)節(jié)，學(xué)生在虛擬仿真實驗平臺上展示自己的工程成果，然后承受他人的評價和教師的反響。同時，學(xué)生在匯報和聽取同學(xué)匯報的過程中，通過比照自己與其他同學(xué)的成果，查找缺乏，反思其成敗。該方案只是一個初步的思路，在具體的教學(xué)活動中，還要根據(jù)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題不斷完善。2、具體實施的進(jìn)度如下：〔1〕2013.11-2014.2，對兩門主干專業(yè)課進(jìn)展具體分析，設(shè)計出主要的教學(xué)情境及教學(xué)方法〔2〕2014.3-2014.6，對以上兩門課程在新學(xué)期的教學(xué)中采用虛擬仿真教學(xué)方法，結(jié)合具體的教學(xué)過程與教學(xué)效果邊教學(xué)、邊總結(jié)、邊改進(jìn)，得出比較合理的教學(xué)方案〔2〕2014.7-2014.10，根據(jù)具體的授課情況做深一步的研究，最終以公開發(fā)表論文的形式作為工程的研究成果3、工程的可行性分析虛擬仿真教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。教高司函[2013]94號文件指出：為貫徹落實?教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的假設(shè)干意見?〔教高〔2012〕4號〕精神，根據(jù)?教育信息化十年開展規(guī)劃〔2011-2020年〕?，經(jīng)研究決定開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作?？梢姡摂M仿真教學(xué)得到了國家政策的大力支持。目前有很多軟件，比方Proteus,Keil,Multisim等都為機(jī)電類專業(yè)課的教學(xué)提供了仿真的條件，這為虛擬仿真教學(xué)的實施提供了根基。本工程具有較合理的工程團(tuán)隊，成員都具有豐富的教學(xué)經(jīng)歷，保證了本工程的研究水平和質(zhì)量。同時工程受到學(xué)院的大力支持，為工程的實施提供了充分的保障。〔三〕、工程預(yù)期的成果和效果〔包括成果形式、實施范圍等〕1、工程的成果形式〔1〕提交學(xué)生特征問卷調(diào)查表以及企業(yè)需求調(diào)研報告?！?〕提交基于虛擬仿真教學(xué)技術(shù)的電工電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)兩門課程的具體教學(xué)課件?！?〕以結(jié)題報告和公開發(fā)表論文的形式對本工程的研究成果作出總結(jié)。2、工程的實施范圍本工程的研究成果將直接應(yīng)用于高職院校機(jī)電類學(xué)生的專業(yè)課教學(xué)，并且可以推廣到其他專業(yè)的教學(xué)中，使教學(xué)效果得到顯著改善。〔四〕工程的特色、創(chuàng)新點及推廣價值1、工程特色及創(chuàng)新點本工程將虛擬仿真教學(xué)與工程教學(xué)更加嚴(yán)密的結(jié)合起來，更好的實現(xiàn)了“教、學(xué)、做〞一體化，并且在顯著改善教學(xué)條件、提高教學(xué)效果的同時減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實驗經(jīng)費，而且抑制了時間與空間上的限制，使實踐課的開課率和學(xué)生的操作技能得到明顯提高。2、工程的推廣價值本工程的研究成果可以推廣到其他專業(yè)的教學(xué)中，而且擴(kuò)展性強(qiáng)，可以根據(jù)教學(xué)需要，靈活添加實驗器材、教學(xué)軟件和典型教學(xué)情境，不會因為科技的進(jìn)步和企業(yè)的開展而落后于企業(yè)的需求。四、教學(xué)改革根基1、已進(jìn)展過的相關(guān)研究及成果本工程團(tuán)隊已經(jīng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)特點做出了初步的問卷調(diào)查并對企業(yè)的需求做出了初步調(diào)研，而且在課堂教學(xué)中已經(jīng)在嘗試使用虛擬仿真的教學(xué)方法。2、學(xué)校已具備的教學(xué)改革根基和環(huán)境，學(xué)校對工程的支持情況〔含有關(guān)政策、經(jīng)費及其使用管理機(jī)制、保障條件等，可附有關(guān)文件〕，尚缺少的條件和擬解決的途徑山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院成立專門的部門對本工程的申請和實施提供便利條件，這對于本工程的實施具有很大的幫助。尚缺少的條件：在啟動本工程之前，參與本工程的成員只是在教學(xué)過程中的某些章節(jié)嘗試著使用虛擬仿真的教學(xué)方法，尚未進(jìn)展系統(tǒng)的使用，因此缺乏實踐。擬解決的途徑本工程的研究擬以山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院13級機(jī)電一體化專業(yè)為主要研究對象，在課堂教學(xué)中系統(tǒng)的使用虛擬仿真教學(xué)方法，并將虛擬仿真教學(xué)與其他教學(xué)方法有機(jī)融合，再結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題和教學(xué)效果的反響，對教學(xué)方法進(jìn)展逐步完善，形成一套完善的教學(xué)方法。3、申請者和工程組成員所承擔(dān)的教學(xué)改革和科研工程情況1.劉杰，于海鷹，霍佃恒等.基于光纖光柵的加速度傳感系統(tǒng)研究[J],山東建筑大學(xué)學(xué)報，2009，24〔3〕：203-2062.劉杰，于海鷹，霍佃恒等.基于熔融拉錐過耦合器的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)研究[J]，光電子技術(shù)，2009，29〔3〕：154-157〔中文核心期刊〕3.劉杰，于海鷹，王錦妍等.FBG傳感器在民用建筑安康檢測中的應(yīng)用研究[J]，應(yīng)用光學(xué)，2009，Vol.30Sup：152-156〔中文核心期刊〕4.劉杰，趙成剛，李文娜.光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J]，硅谷，2012，6：3-4.5．劉杰，王忠凱，張蕾.淺談單片機(jī)的緒論教學(xué)[J]，教育教學(xué)論壇，2012，11：172.6.劉杰?計算機(jī)文化根基教程?，參編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社；7.劉杰?計算機(jī)文化根基實驗指導(dǎo)?，副主編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社。8.趙桂芳CAD在機(jī)械加工中的應(yīng)用[J]，科技致富向?qū)В?012.109.馮興嵐