虚拟仿真实验在海洋仪器使用与维护课堂教学中(2)

多样性。虚拟仿真实验教学通常依托于虚拟仿真实验室的环境来实现。虚拟仿真实验室具有多种类别，如课桌虚拟仿真实验室、混合现实虚拟仿真实验室、沉浸式虚拟仿真实验室、分布式虚拟仿真实验室等，实验教学过程可根据不同的教学需求来选择不同类别的虚拟仿真实验方式，不断丰富教学形式和教学内容。

交互性。通过计算机再现模拟环境，虚拟仿真实验教学活动中学生借助听觉、触觉及视觉等多种感官感受虚拟世界，并进行交互操作，掌握海洋仪器设备在变化的海洋要素的作用下的使用技能，这能使学生以轻松、愉快和积极的心态沉浸在虚拟世界中进行学习和思考。将交互设备引入教学环节之中，可以让知识的传授方式更加生动、形象、直观，从传统的说教式教学模式进步到信息化教学模式中，真正实现以人为本，从而激发学生学习的主动性和创造性思维。

三、虚拟仿真实验在海洋仪器使用与维护教学的中应用与创新

（一）虚拟仿真实验在海洋仪器使用与维护教学中的应用

在海洋仪器使用与维护教学中，使用虚拟现实技术开展虚拟仿真实验教学，能充分吸引学生的注意力、提高课程的趣味性，弥补实验设备的不足，为学生营造一种置身于海洋的环境，扩展教学信息传播的广度和深度，增强学生的学习体验。学生以类似于游戏的方式学习，这能起到事半功倍的教学效果。

虚拟仿真实验教学要想取得良好的教学效果，就要求教师在教学过程中转变角色，成为学习的引导者、探究者，学生不再是被动的知识接受者，而是教学活动的参与者。通过虚拟仿真实验教学，可以让学生与虚拟的海洋仪器设备进行交互，完成海洋环境下各种仪器的出海操作全过程，从出海前仪器端盖的机械操作、电池的安装、保证密封性的机械安装、仪器的布放任务设置与调试，到仪器的实际布放操作、仪器的回收与数据导出。通过对虚拟海洋仪器进行综合的交互操作与感知，以及不同的虚拟仿真实验环境的视、听、触等多方面的感知，给学生以身临其境的海洋仪器出海实践体验，从而有效提高学生的学习效果。

（二）虚拟海洋仪器实践教学素材库的建立

Unity3D是虚拟现实技术开发市场的领导者，功能多样的插件系统是Unity3D在各种开发引擎中成为主流软件原因之一[6]。Unity3D具有个性化的设置和容易上手的操作界面，包括有内置Shuriken粒子系统、NavigationMesh寻路系统、Mecanim动画系统和不断优化的图形渲染管道，这为用户提供了低成本的简单再开发平台。

在海洋仪器的使用中我们使用了Unity3D进行仪器素材库的开发，素材开发的内容主要基于以下几个方面：以解决实际教学需求为导向，首先研究开发无法开出真实实验的虚拟仿真实验；其次研究开发高成本、高消耗、不可逆操作的虚拟仿真实验；最后研究开发大型综合训练。从学生的就业需求出发，以综合培养学生的社会责任、创新思维和实践能力为宗旨，注重传授知识、培养能力、提高素质等全面发展，激发学生参与实验教学的积极性，鼓励学生主动探索和不断思考，培养学生的学习热忱，激发他们内在的潜能，训练学生的应用技术能力和创新知识能力。以就业前景为导向，紧密结合我校海洋技术人才定位和培养方案的特点，紧密结合国家战略对海洋人才培养的需要，紧密结合产业发展所取得的最新研究成果和南海海洋相关专业特色，综合使用人工智能、混合现实和虚拟现实，研发学时合理、难度适宜、原理科学、内容翔实的本科教学虚拟仿真实验教学项目。

已开发的项目：海洋调查船虚拟仿真、潮汐虚拟仿真、海浪虚拟仿真、海流虚拟仿真、侧扫声呐虚拟仿真、浅地层剖面仪虚拟仿真、温盐深观测及海水采集虚拟仿真、海流调查虚拟仿真、探空气球观测虚拟仿真、海上综合调查工作过程仿真、大气观测虚拟仿真、台风虚拟仿真、风暴潮虚拟仿真、赤潮仿真和溢油虚拟仿真等实验，根据教学的需要，我们还将不断增加扩充项目。

（三）先进可靠的实验研发技术融合创新多样的教学方法是虚拟仿真实验教学的关键

物理海洋虚拟仿真实验教学项目的研发以生动再现海洋观测场景、学生充分感知实验教学内容为目标，综合应用SPOC、MOOC、微课、“互联网+”等数字化教学手段，创造性地使用数字化、网络化、智能化教学工具，利用物联网、云计算、数学建模、多媒体、人工智能、超级计算、传感器定位、人机交互、虚拟现实、增强现实、大数据等技术手段增强虚拟实验教学项目的吸引力和教学有效性。加强相关技术的综合性运用和安全性研究开发，全方位、多层次关注使用虚拟仿真实验教学项目的学生，确保他们的安全与健康。

文章来源：《海洋科学》 网址: http://www.hykxzz.cn/qikandaodu/2020/1221/425.html