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          虚拟仿真项目简介

          一、行业背景:

            为贯彻落实习近平总书记关于强化实践育人工作的重要指示精神和全国高校思想政治工作会议精神,根据《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》和《2017年教育信息化工作要点》等相关要求,深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合,不断加强高等教育实验教学优质资源建设与应用,着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平。经研究决定,在高校实验教学改革和实验教学项目信息化建设的基础上,于2017-2020年在普通本科高等学校开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作。根据本科学科门类中专业类的当前布局和发展情况,结合高校专业类实验室建设情况和专业类实验教学信息化发展需求等因素,统筹规划到2020年认定1000项左右国家虚拟仿真实验教学项目。

          二、必要性分析:

          2.1 避免实训事故,安全系数高

            在较多作业工种安全要求高、危险系数大,有些系统工种颇多的现实情况下,对这些工种的培养难度是很大的,如土木工程、建筑类等,需要经验和技巧的高难度操作性,对工种的实训就显得非常重要。由于工作特性,决定了在实训初期起步相对于其他工种难度高很多。如果能够在工种实训初期消除实训的危险性,但又能熟练的掌握工种工作技巧、积累实战经验,这无疑是革命性的人才培养方式,也是教育得到新变革的里程碑。同时也给教职工带来方便,更能具象化的立体的让学生感受到专业的形态,更能清楚的认识到和规避一些危险方面的问题。

            由于专业作业工种实训多属于高危操作,在实际实训当中会存在很大的操作风险,且对于新手学员来说,入行实训门槛较高,难以克服心理恐惧。通过VR虚拟现实的沉浸式真实场景模拟,可以消除安全隐患,让学员快速进行实训操作,获取操作经验、积累操作技巧。

          2.2 智能全覆盖,创新式培养高素质人才   

            各专业的人才VR实训中心按照四大功能进行建设,将人才培养、教学实训、师资培训考核和专业性强技术研究四大功能于一体,旨在帮助学校实现工程教育教学模式落地,开展校企合作资源开发、共享新模式,打造师生实习实践、锻炼研发平台,促进学校教研成果的转化应用,创建区域及示范性特色品牌,为区域经济转型升级培养高素质技能人才。

            与传统的专业人才培养模式不同,利用VR虚拟现实及物联网高新技术,让人才培养更加轻松,效率更高,另外本套方案配备了智能化考评系统,可以对实训人员的每次操作进行考评,让实训人员在不断的考评修改中得到提高,加快人才培养速度,进入多元化人才培养新模式。

          2.3 虚拟现实,提高学习兴趣、降低实训成本

            通过VR 系统有效地消除了设备、场地、经费等硬件限制对实践环节的影响,强化了工程素质的培养,有助于培养学生的专业学习兴趣。VR实训中心可以根据需求搭建不同的实验、实训场景,可以是进入人体细胞内部的微观世界,也可以是机场、物流、化学仓库等大型设施。学校要建一个类似的实训室成本非常高昂,也需要较大面积的场地。而一个虚拟现实技术的VR实验室便可以用较小的面积放入多个不同类型的实训室,在校内就可以进入到各种实验场景和实训场地。

          三、建设目标

            以现代信息技术为依托,以相关专业类急需的实验教学信息化内容为指向,以完整的实验教学项目为基础,建设虚拟仿真实验教学项目,推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式,形成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的高等教育信息化实验教学项目示范新体系,支撑高等教育教学质量全面提高。

          四、应用范围

          4.1 经济学类专业

          经济学、经济统计学、财政学、税收学、金融学、金融工程、保险学、投资学、国际经济与贸易等专业。

          4.2 管理学类专业

          工程管理、房地产开发与管理、工商管理、市场营销、会计学、财务管理、国际商务、人力资源管理、审计学、资产评估、物业管理、文化产业管理、农林经济管理、公共事业管理、行政管理、劳动与社会保障、土地资源管理、城市管理、信息资源管理、旅游管理、酒店管理、会展经济与管理等专业。

          4.3 工科类专业

          机械电子工程、环境生态工程、机械设计制造 、工业设计、测控技术与仪器、能源与动力工程、电气工程及自动化、物联网工程、土木工程、建筑环境与能源、给排水科学与工程、地质工程、交通工程、环境工程、建筑工程、城乡规划、安全工程、风景园林等专业。

          4.4 艺术类专业

          环境设计、动画、视觉传达设计等专业。

          4.5 理学类专业

          信息与计算科学、应用物理学、应用化学、地理信息科学、人文地理与城乡规划等专业。

          4.6 教育学类专业

          教育学、科学教育、人文教育、教育技术学、艺术教学、学前教育、特殊教育、体育教育、社会体育指导与管理等专业。

          4.7 医学类专业

          基础医学、临床医学、口腔医学、预防医学、食品卫生与营养学、中医学、针灸推拿学、藏医学、蒙医学等专业。

          五、实验项目案例讲解

          5.1 “红军长征之飞夺泸定桥”虚拟仿真项目

            采用计算机技术、仿真技术和人工智能技术的虚拟现实技术在高校思政课教学的创新实践。在多个不同任务的进行过程中穿插必要的学习及考核,实验结束后显示结果成绩并与使用账号依次对应。学习过程结合图片、文字、视频等元素使学习内容多样化,增强了趣味性及理解性。

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          互动环节则以完全沉浸式体验的形式进行战斗现场的感受、物资装备的筹集、现场环境的优劣分析及所需任务的顺利完成。

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          5.2 柴油机虚拟仿真实训项目

            利用虚拟现实技术建立对柴油机的虚拟安装,借助计算机生成逼真的实物替代品的同时,加入了实时的人机操作,增加用户对柴油机的了解,并能全方位对各个部件进行观察学习。项目内置丰富的学习模式:演示模式下能够通过视频资料学习柴油机的工作原理,查看各个部件的图片及三维模型。练习模式下查看不同工具的形状、尺寸及使用场景,了解各部件的拆卸及安装。考核模式下进行习题考核及操作考核,习题考核考察学生对基础知识的掌握程度,操作考核则通过在特定时间内对柴油机的实际操作来验证学习情况。

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          考核的最终结果会生成对应的实验报告,报告包含考核的背景目的及答案详情,用于检验学习效果并成为学生作业的一部分。

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          5.3 水环境监测与治理虚拟仿真项目

            与现实实训相结合,完成由场地、设备以及时间等条件限制下不便于开展现实实训的实训项目,更好地与社会水环境检测与治理行业企业岗位实际工作需求相结合,演示模式下学生通过视频、图片等资料对其基础理论及工作原理了解学习。

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          练习模式下学生可通过鼠标模拟安装试剂、设置维护、校准、周期、报警等一系列参数、启动仪器、监测各数据的变化等多种操作。而在考核模式中需根据要求进行各设备的安装、探头校准、模拟电脑安装及参数设置。

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          5.4 新能源汽车虚拟仿真项目

            以新能源电池更换课程为依托,通过虚拟仿真技术与现实实训相结合,展示新能源汽车的高压分配盒、电池管理系统、电机控制器、电池充放电原理等知识点,使得该系统更好地与相关岗位和实际工作相结合。

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          用户可在场景中通过鼠标或VR手柄进行交互操作,了解工作原理及过程。

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          还原新能源汽车在更换电池过程中的操作步骤,使用户在文字或语音提示下进行拆装,实时了解拆装过程、快速融入学习状态。并进行多种功能操作,例如开关、充电验证、刹车制动、检查电池、动力、展示拆卸部件、车辆举高等。同时设置考核模式,检验用户在无任何提示的情况下操作的熟练与准确程度。

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          5.5 校园漫游及实验室安全实验虚拟仿真项目

             通过VR虚拟现实技术和仿真技术结合,使用户在戴上HTC眼镜后置身于虚拟校园和教室中,通过手柄交互的方式进行实验,并且通过Photon Unity Networking技术实现多人互动,使得实验具有较强的沉浸感、交互性和互动性,充分提高学习效果。漫游实验通过对校园环境及教室设备的实景还原,用户不仅能够身临体验,也可任意到达各个场景。

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          走进实验既有对安全常识的普及推广,包括用水、用电、防火、网络安全等常见安全问题的模拟,以人物动画的形式展示现场情景,使学生对日常必需的检查项目有详细的认识。也有检验所学知识的考核模式,模拟考试场景及习题操作并最终生成成绩结果。

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