教改項目立項項目申請書

...wd......wd......wd...山東現(xiàn)代職業(yè)學院2013年教研教改立項工程申請書項目名稱：虛擬仿真技術(shù)在機電類課程教學中的應(yīng)用研究工程主持人：劉杰申請學院〔系〕：汽車技術(shù)學院聯(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)學院制一、簡表工程名稱虛擬仿真技術(shù)在機電類課程教學中的應(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)講師最終學位／授予國家碩士主要教學工作簡歷時間課程名稱授課對象學時所在單位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)學院2012.2—2012.6單片機原理及應(yīng)用11機電一體化64山東現(xiàn)代職業(yè)學院2012.9—2012.12單片機原理及應(yīng)用11應(yīng)用電子技術(shù)72山東現(xiàn)代職業(yè)學院2013.2—2013.6傳感器原理及應(yīng)用12機電一體化64山東現(xiàn)代職業(yè)學院主要教學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)學院2趙桂芳女1965.1高級工程師山東現(xiàn)代職業(yè)學院3張金友男1984.12助工山東現(xiàn)代職業(yè)學院4馮興嵐女1984.3助工山東現(xiàn)代職業(yè)學院其他成員姓名：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)在機電類課程教學中的應(yīng)用研究意義作為高職院校的機電類專業(yè)，其人才培養(yǎng)的目標是培養(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，因此在教學過程中需要學生掌握很多技能。但是，實驗實訓設(shè)備畢竟是有限的，這就需要我們探索新的教學方法。仿真技術(shù)是繼數(shù)學推理與科學試驗之后認識世界自然規(guī)律的第三類根基方法。虛擬仿真教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進展探究和學習。這種教學方法生動形象，很接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學生興趣，使學生在短時間內(nèi)進入相應(yīng)情境，真實的體驗在現(xiàn)實生活中進展操作的感覺，以到達更快掌握操作技能的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景，使學生掌握更多的操作技能。機電類課程的教學，在傳統(tǒng)的教學模式中，理論課與實驗課是別離的，這就導致技能訓練得不到及時的理論指導，而理論課也沒有結(jié)合生產(chǎn)、生活實際，這樣導致了學生的技能掌握不到位。隨著教學改革的開展，出現(xiàn)了“工程教學〞、“教、學、做〞一體化等新型的教學模式，但在這些新的教學模式下采用的技能訓練通常有兩種：第一種是僅限于實驗箱提供的幾個固定實驗，學生只需按圖接好線、按實驗指導書輸入程序就可完成實驗，學生動手時機少，不能真正地參與到學習活動中；第二種是通過制作一些實際的實驗電路板或?qū)嵨?，然后在上面進展安裝、試驗和調(diào)試，大大提高了學生的動手能力，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〞、“教、學、做〞一體化和虛擬仿真教學的方法結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，得到更好的教學效果。虛擬仿真教學很容易與其他先進的教學方法相結(jié)合，因此在機電類課程的教學中，將虛擬仿真教學與其他教學方法相結(jié)合有助于提高課程教學效果，而且成本低、效率高，使學生可以不受場地與設(shè)備的限制，掌握更多的技能，在機電類課程的教學中具有重要的意義。〔二〕、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手段，目前在國內(nèi)和國外已經(jīng)逐步的應(yīng)用于軍事訓練、課程教學、運動訓練以及醫(yī)學研究等方面。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)域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在教育教學中的，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)的虛擬仿真教學儀器架構(gòu)。美國的卡羅萊納州立大學利用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；實驗學習結(jié)果評價模塊；協(xié)作學習模塊。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)用在教學儀器和工業(yè)安全培訓等方面。英國的諾丁漢大學在教育和學術(shù)方面對虛擬仿真技術(shù)進展了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設(shè)備應(yīng)用上。此外，該小組還和其他學校嚴密合作，將其系統(tǒng)應(yīng)用在了學習上有困難和身體殘疾的學生教育中。在中國，各個大學和研究機構(gòu)也已經(jīng)利用虛擬仿真技術(shù)建設(shè)虛擬場景進展相關(guān)領(lǐng)域的教學儀器與研究。例如，中國科技大學開發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學儀器系統(tǒng)----利用虛擬仿真技術(shù)進展幾何光學實驗平臺的開發(fā)，系統(tǒng)將計算機輔助教學儀器的智能化儀器、計算機技術(shù)、虛擬仿真和物理教學儀器等有機結(jié)合，把物理教學儀器系統(tǒng)推進了新的領(lǐng)域。北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技以北京郵電大學強勢的網(wǎng)絡(luò)、通訊、電子三門學科為根基，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問題，由北京郵電大學網(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上獨立運行，沒有配套的教學管理和知識輔助學習，而北京郵電大學的虛擬仿真教學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、研究目標和擬解決的關(guān)鍵問題1、具體研究內(nèi)容及目標本研究將以?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，基于建構(gòu)主義和混合式學習理論，按照高等職業(yè)教育工學結(jié)合課程改革的基本要求，以就業(yè)為導向，根據(jù)機電專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位的任職要求，參照職業(yè)資格標準，與行業(yè)企業(yè)合作進展課程開發(fā)，選取課程內(nèi)容。按職業(yè)能力目標的層次和類型，遵循學生學習能力培養(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)化教學內(nèi)容，由簡到繁、由易到難、循序漸進地設(shè)計典型工程和學習任務(wù)，利用虛擬仿真教學的優(yōu)勢，實現(xiàn)更高水平的“教、學、做〞一體化。在具體的實施過程中，本工程欲根據(jù)高職院校在機電類專業(yè)教學中的實際情況，探索出一系列切實可行的虛擬教學方案。通過調(diào)研，本工程方案在以下幾個方面做出具體研究：科學分析學生特征及企業(yè)需求，進一步加強教學內(nèi)容與教學方法的改革課題組將采取問卷調(diào)查和訪談的方式對學生的學習特征與學習需求進展認真調(diào)查和分析，以便更加深入的了解學生的預(yù)備知識、年齡特征和學習需求。在組織教學內(nèi)容時，結(jié)合高職學生的學習特點以及本專業(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)實工作場景的教學情境。在課堂教學中，將各種先進的教學方法有機融合，提高課堂教學效果。積極探索，構(gòu)建虛擬仿真教學模式對于幾門重要的專業(yè)課，如電子技術(shù)、單片機技術(shù)等通過調(diào)查分析找到適宜的仿真軟件，制定出具體的教學方案，并且應(yīng)用在新學期的教學過程中，通過理論分析和實際的教學活動，探索出虛擬仿真教學在專業(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、實訓基地高職學校教學質(zhì)量的提高，離不開高水平的教學條件和教學設(shè)備的支持，而且這些教學環(huán)境必須與企業(yè)真實工作場景相似，因此在有限的時間、有限的條件下讓學生接觸到更多工作場景就顯得尤為重要。虛擬仿真教學具有較強的擴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生技能的掌握，也是對實訓條件的極大改善。師生合力，共同打造最合理的虛擬教學環(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，開發(fā)出適合各專業(yè)的虛擬仿真教學環(huán)境以及實驗實訓教學軟件。學生是課堂的主體，在教學過程中更應(yīng)該考慮的學生的反響和需求，根據(jù)學生的反響不斷改進教學方法。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和高職教學的特點真正結(jié)合起來，設(shè)計最適宜的教學情境，在最大化的節(jié)約教學硬件設(shè)備的根基上，將虛擬仿真與工程教學有機結(jié)合，創(chuàng)設(shè)出更多更接近企業(yè)現(xiàn)實的教學情境，創(chuàng)造適合不同課程的虛擬仿真環(huán)境?！捕?、實施方案、具體實施方案〔含年度進展情況〕及可行性分析1、實施方案本研究將在深度分析學生學習特點和企業(yè)真正需求的根基上，在建構(gòu)主義學習理論和混合式學習理論的指導下，按照高等職業(yè)教育工學結(jié)合課程改革的基本要求，結(jié)合虛擬仿真教學設(shè)計的基本原那么，借鑒信息化和工程教學設(shè)計方法，探索基于典型工程和工作任務(wù)的虛擬仿真教學模式，實現(xiàn)“教、學、做〞一體化教學設(shè)計。該模式由“工程導入〞、“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，導入工程任務(wù)及目標、展示工程結(jié)果，讓學生對工程有一個直觀的認識，然后再布置具體的學習任務(wù)；利用虛擬實驗環(huán)境，讓學生明確自己應(yīng)當完成的具體任務(wù)和完成任務(wù)后可以得到哪些知識以及到達什么樣的水平；在充分考慮學生的現(xiàn)有知識和能力水平的根基上，按照適合協(xié)作學習的分組方法對學生進展分組，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)，學生通過自主學習、小組協(xié)作學習等方式，對該工程的任務(wù)目標進展分析，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備。在“實施方案〞環(huán)節(jié)，學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生進展指導，實現(xiàn)教師和學生以及學生之間的交流。學生通過應(yīng)用已學習的知識完成工作任務(wù)，進展知識的建構(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，學生在匯報和聽取同學匯報的過程中，通過比照自己與其他同學的成果，查找缺乏，反思其成敗。該方案只是一個初步的思路，在具體的教學活動中，還要根據(jù)教學過程中出現(xiàn)的問題不斷完善。2、具體實施的進度如下：〔1〕2013.11-2014.2，對兩門主干專業(yè)課進展具體分析，設(shè)計出主要的教學情境及教學方法〔2〕2014.3-2014.6，對以上兩門課程在新學期的教學中采用虛擬仿真教學方法，結(jié)合具體的教學過程與教學效果邊教學、邊總結(jié)、邊改進，得出比較合理的教學方案〔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是高等教育信息化建設(shè)和實驗教學示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學科專業(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中心建設(shè)工作。可見，虛擬仿真教學得到了國家政策的大力支持。目前有很多軟件，比方Proteus,Keil,Multisim等都為機電類專業(yè)課的教學提供了仿真的條件，這為虛擬仿真教學的實施提供了根基。本工程具有較合理的工程團隊，成員都具有豐富的教學經(jīng)歷，保證了本工程的研究水平和質(zhì)量。同時工程受到學院的大力支持，為工程的實施提供了充分的保障?！踩?、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技術(shù)的電工電子技術(shù)、單片機技術(shù)兩門課程的具體教學課件?！?〕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)用于高職院校機電類學生的專業(yè)課教學，并且可以推廣到其他專業(yè)的教學中，使教學效果得到顯著改善。〔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與工程教學更加嚴密的結(jié)合起來，更好的實現(xiàn)了“教、學、做〞一體化，并且在顯著改善教學條件、提高教學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)的教學中，而且擴展性強，可以根據(jù)教學需要，靈活添加實驗器材、教學軟件和典型教學情境，不會因為科技的進步和企業(yè)的開展而落后于企業(yè)的需求。四、教學改革根基1、已進展過的相關(guān)研究及成果本工程團隊已經(jīng)對學生的學習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，而且在課堂教學中已經(jīng)在嘗試使用虛擬仿真的教學方法。2、學校已具備的教學改革根基和環(huán)境，學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過程中的某些章節(jié)嘗試著使用虛擬仿真的教學方法，尚未進展系統(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)學院13級機電一體化專業(yè)為主要研究對象，在課堂教學中系統(tǒng)的使用虛擬仿真教學方法，并將虛擬仿真教學與其他教學方法有機融合，再結(jié)合學生學習過程中出現(xiàn)的問題和教學效果的反響，對教學方法進展逐步完善，形成一套完善的教學方法。3、申請者和工程組成員所承擔的教學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],山東建筑大學學報，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，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.淺談單片機的緒論教學[J]，教育教學論壇，2012，11：172.6.劉杰?計算機文化根基教程?，參編，哈爾濱工業(yè)大學出版社；7.劉杰?計算機文化根基實驗指導?，副主編，哈爾濱工業(yè)大學出版社。8.趙桂芳CAD在機械加工中的應(yīng)用[J]，科技致富向?qū)В?012.109.馮興嵐