虚拟仿真技术在木材科学与技术学科实验教学上的探索

本文分析了木材科学与技术学科传统的实验教学中存在的一系列问题，比如硬件资源不足、涉及有毒有害物质和危险操作、教学方法落后、教材设备陈旧以及信息化程度低等。虚拟仿真技术具有能解决教学资源不足、实验时间受限、污染和安全性等问题，并能突破传统讲授模式以及和现代生产技术联系紧密。因此有必要在木材科学与技术学科中开展虚拟仿真实验教学。本文还讨论了在木材科学与技术学科中构建虚拟仿真实验教学体系的基本原则。

关键词：木材科学与技术；虚拟仿真技术；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）51-0270-02

一、引言

木材科学与技术是一门实践性非常强的学科，在教学计划中，实践课程占有较大比重[1]。但受到实验空间、仪器设备、教学教材等方面的影响，实验教学有效果不佳，学生的热情不高的现象。在实践教学中，引入虚拟仿真实验技术，解决传统实践教学中的难题，达到培养高素质木材科学与技术学科人才的目的。

二、木材科学与技术学科传统实践教学活动中存在的问题

木材科学与技术学科主要有木材学、胶黏剂与涂料、木材干燥学、人造板工艺学以及木制品生产工艺学等专业实验[2]。传统的实践教学活动存在一些不足，具体表现在以下方面：

（一）硬件资源不足，难以满足学生需求

重理论，轻实践；重科研，轻教学是很多高校普遍存在的观念。正因如此，一些高校的实验教学硬件资源不足，直接导致实验教学效果不佳[3]。

（二）涉及有毒有害物质，学生实验积极性不高

胶黏剂与涂料学、人造板工艺学实验课程中，要用到含甲醛的胶黏剂。甲醛是一种具有强烈刺激性的有毒气体[4]，如果通风设备不齐全，师生防护措施不到位，不仅会影响师生的健康，更会影响学生对实验课的积极性。

（三）传统教学不利于培养独立思考和创新能力

传统的实验教学模式是学生在固定时间和固定地点完成预设实验项目。这种封闭式教学模式极不利于学生的独立思考能力和实践创新能力的培养。

（四）实验教材老旧，与现代生产技术差异大，不利于学生今后的职业发展

木材科学的现代生产技术突飞猛进[5]。如果实验教材陈旧落后，与现代生产技术差异大，则不利于学生今后的职业发展。

（五）信息化程度低，不顺应现代高等教育的发展趋势

根据国家教育部于2012年印发的《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》，要求推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式[6]。传统的实验教学模式的信息化程度低，不能顺应现代高等教育的发展趋势。

三、木材科学与技术学科开展虚拟仿真实验教学的必要性

虚拟仿真实验教学与传统的实验教学相比具有明显的优势，特别对以下实验课程，更适合虚拟仿真实验，如：（1）具有较高危险性或污染性，学生操作容易发生事故的；（2）实验设备昂贵精密且易损坏，不能满足每个学生都独立操作的；（3）实验成本高、消耗大的综合性实验等[7]。结合木材科学与技术学科实验教学的现实情况，有针对性地开展虚拟仿真实验教学有以下优势：

（一）解决实验教学资源不足的问题

虚拟仿真技术因其虚拟性，不需要真实的仪器设备和原材料，能满足实践需求，因此能很好地解决资源不足的问题。

（二）解决污染性、危险性实验引发的安全问题

木材科学与技术学科实验课程体系中人造板工艺学和胶黏剂与涂料学等存在甲醛的污染性；木制品生产工艺学又存在一定的危险性，为了避免学生出现安全事故，有些实验课程就干脆以专人演示、学生观摩的方式开展。虚拟仿真实验技术特别适合具有污染性和危险性的实验课程。

（三）突破教师讲授、学生按部就班操作的问题

传统的实验教学，是学生按理论按部就班操作，不利于学生能力的培养。虚拟实验项目可以让学生在系统上预习理论知识和完成实验过程，可以增强学生的自学能力和独立思考能力。

（四）紧密联系现代生产技术

高校内部的实验教材和实验仪器设备往往存在更新不及时的现象。采用虚拟仿真实验技术，制作现代化的设备动画模型、生动丰富的模拟场景，能激发学习者的兴趣，更能让学生更早地接触到现代化的生产技术。

四、虚拟仿真实验教学体系的构建原则

目前，国内很多高等院校都在开展虚拟仿真实验教学。由于每个学校的教学资源及学科专业自身的特点不同，在构建虚拟仿真实验教学体系的时候应该结合现实情况，可以从以下几个方面考虑：

（一）应遵循以实为本，以虚补实，虚实结合

工科的实验教学应首先立足于实际，因为现场实际操作和虚拟操作毕竟有差别。只有当现实条件难以满足人才培养需求时，适当引入虚拟仿真实验课程，做到以虚补实，虚实结合。

（二）注重虚拟仿真教学实验的层次

通过精心设计虚拟仿真实验教学体系，构建三个层次的教学模块，分别为基础实验层次、专业技能层次和综合创新层次[8]。基础实验层次要让学生掌握木材科学与技术学科的基础知识、实验原理、实验目的、实验基本操作技能以及实验安全知识。专业技能层次要让学生学习专业实验知识、掌握专业的实验操作技能以及专业实验设备仪器的工作原理和使用维护方法。综合创新层次是以开拓学生视野，发散思维，达到培养创新人才的目的。

（三）提高人才队伍的建设水平

虚拟仿真实验教学有别于传统的实验教学，要求实验专任教师和实验技术人员具有先进的教育理念、丰富的实践经验、较高的学术水平和勇于创新的精神。

五、结语

虚拟仿真实验技术作为传统实验教学的一种补充手段，能够有效促进木材科学与技术学科本科实验教学的改革和發展。但在构建虚拟仿真实验教学平台时，要防止过度虚拟化，遵从以虚补实，虚实结合的原则。并在今后的教学实践中，不断地完善虚拟仿真实验的功能，构建符合培养木材工业现代化人才的体系。

參考文献：

[1]马灵飞，修树东，金春德，钱俊.木材科学与技术专业应用型创新人才培养模式的研究与实践[J].中国林业教育，2012，30（5）：29-32.

[2]张世峰，张伟，李建章.关于提高木材科学与技术专业本科生创新能力的思考[J].中国林业教育，2016，34（4）：12-14.

[3]蔡久评，李艳芳.高等学校教学实验室的建设与管理研究[J].江西科技师范大学学报，2007，（5）：119-124.

[4]刘福生，王晟，宰德欣，魏曙光.人造板用脲醛胶面临的问题及对策[J].南京林业大学学报（自然科学版），2005，29（1）：93-97.

[5]周玉成，陈放.木材工业自动化技术应用现状及展望[J].林业工程，2006，20（2）：59-62.

[6]王森，李平.2014年国家级虚拟仿真实验教学中心分析[J].实验室研究与探索，2016，35（4）：82-86.

[7]刘亚丰，余龙江.虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索[J].实验室研究与探索，2016，33（4）：108-114.

[8]杨振德，玉舒中.森林保护学虚拟仿真实验教学体系的构建[J].教育教学论坛，2015，（21）：268-270.