摘要：在地理信息產(chǎn)業(yè)大爆發(fā)，但滿足行業(yè)要求的高層次畢業(yè)人才匱乏的這種矛盾的背景下，如何廣泛培養(yǎng)綜合型人才成為了迫在眉睫的問題。不同于三維地理信息系統(tǒng)等傳統(tǒng)課程實驗，地理信息虛擬仿真實驗利用前沿的虛擬仿真技術(shù)，有更佳的實驗體驗，面向的課程理論也更寬泛，對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)更為有效。

關(guān)鍵字：地理信息；虛擬仿真；實驗設(shè)計

2014年國務(wù)院辦公廳《關(guān)于促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》，從國家層面明確指出了地理信息這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的重要戰(zhàn)略作用，地理信息產(chǎn)業(yè)成為國務(wù)院列出的國家七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一[1]。同時，隨著近年來高校就業(yè)形勢日漸嚴(yán)峻，教育部加強了對實驗教學(xué)工作和實驗教學(xué)信息化工作的宏觀指導(dǎo)，先后出臺了強有力的政策。2012年教育部在《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》中明確了發(fā)展規(guī)劃及目標(biāo)：推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式；明確了建設(shè)各級各類優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源的工作目標(biāo)；進(jìn)一步提出了建立數(shù)字教育資源共建共享機制的重要途徑。同年，《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》也明確提出，要強化實踐育人環(huán)節(jié)，提升實驗教學(xué)水平。2015年，國務(wù)院辦公廳在《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》中提出“強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”，要求“各高校要加強專業(yè)實驗室、虛擬仿真實驗室、創(chuàng)業(yè)實驗室和訓(xùn)練中心建設(shè)，促進(jìn)實驗教學(xué)平臺共享。”正是在這樣的背景下，地理信息科學(xué)專業(yè)在進(jìn)行教學(xué)改革、促進(jìn)教學(xué)模式發(fā)展的過程中，應(yīng)該積極引入虛擬仿真技術(shù)，建設(shè)虛擬仿真實驗室，開展虛擬仿真實驗。

一地理信息虛擬仿真實驗教學(xué)體系

建立虛擬仿真實驗教學(xué)是是學(xué)科專業(yè)發(fā)展與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[2]。建立地理信息虛擬仿真實驗教學(xué)體系是一切工作的基礎(chǔ)，它將培養(yǎng)方案中的專業(yè)課程內(nèi)容和虛擬仿真實驗過程有機的結(jié)合在一起，形成一個具有完整內(nèi)涵的綜合實驗項目。首先，設(shè)計虛擬仿真實驗應(yīng)圍繞地理信息科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案中制定的目標(biāo)以及實驗?zāi)康模M(jìn)行技術(shù)選型。中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地學(xué)信息工程虛擬仿真教學(xué)實驗中心擁有完備虛擬仿真的硬件設(shè)備和技術(shù)條件，包括具備四通道高清投影儀的沉浸式環(huán)境、3D打印機、激光掃描儀等，為開展虛擬仿真實驗提供了良好的實驗環(huán)境；然后，進(jìn)行實驗案例的設(shè)計與開發(fā)了，實驗案例的設(shè)計緊緊圍繞實驗項目的主題展開；實驗案例達(dá)到“可用”標(biāo)準(zhǔn)之后，便可以開始部署到虛擬仿真實驗環(huán)境中，開展虛擬仿真實驗；學(xué)生在使用最初版本的實驗案例后，形成回饋，設(shè)計實驗的教師則根據(jù)回饋對實驗案例進(jìn)行調(diào)整，或者對技術(shù)選型做出修改；實驗案例的發(fā)展進(jìn)入“被動”迭代過程中，這里“被動”是指學(xué)生在整個實驗過程中，只是被動的接收實驗要求，完成實驗步驟；如果學(xué)生經(jīng)過一段時間虛擬仿真實驗的訓(xùn)練，就有可能獲得較強的實驗開發(fā)能力，這時候?qū)W生就可以介入到實驗案例的設(shè)計、開發(fā)中來，實驗案例的發(fā)展則進(jìn)入“主動”迭代過程。通過上述“實驗設(shè)計——實驗開展——實驗設(shè)計修改”螺旋上升的過程，實驗案例的內(nèi)容得到了豐富，學(xué)生的綜合能力也得到了提高。第一階段，為準(zhǔn)備階段，首先需要明確本科培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)是什么，圍繞這個目標(biāo)構(gòu)建新的培養(yǎng)計劃的。在新的培養(yǎng)計劃中確定有哪些課程具有實踐環(huán)節(jié)，在哪些實踐環(huán)節(jié)中需要虛擬仿真技術(shù)參與，什么是虛擬仿真實驗最好的切入點；另外，準(zhǔn)備階段項目組需要了解當(dāng)前熱點的虛擬仿真技術(shù)，熟悉并掌握目前地學(xué)信息工程教學(xué)實驗中心已具備的虛擬仿真教學(xué)資源。第二階段，為開發(fā)階段，在第一階段的基礎(chǔ)上，項目組已經(jīng)可以順利開展實驗案例的設(shè)計、開發(fā)工作。實驗案例的開發(fā)，簡單來說分為三步：1）概要設(shè)計，主要是根據(jù)實驗?zāi)康暮驼n程內(nèi)容的確定實驗內(nèi)容；2）詳細(xì)設(shè)計，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，確定實驗步驟，開發(fā)實驗原型，并進(jìn)行驗證；3）實施，達(dá)到“可用”程度的實驗案例，即可部署到虛擬仿真實驗環(huán)境中讓學(xué)生進(jìn)行實驗。第三階段，為評價與提升階段，學(xué)生完成實驗后進(jìn)行反饋，教師根據(jù)反饋修改實驗；或者學(xué)生自主設(shè)計的實驗案例，豐富實驗案例庫。

二典型實驗設(shè)計——數(shù)字古城

（一）實驗項目簡介

為響應(yīng)國家新型城鎮(zhèn)化的要求和相關(guān)會議關(guān)于古城保護(hù)工作的重要精神，全國各地都在積極開展古城保護(hù)工作，充分挖掘我國古城的歷史文化資源，樹立可持續(xù)的保護(hù)理念，提高依法保護(hù)意識，堅持正確的保護(hù)原則，保護(hù)我國古城的歷史文化風(fēng)貌，傳承歷史文脈。但是，隨著自然、社會等影響，古城風(fēng)貌進(jìn)行完整保留有一定難度，虛擬仿真技術(shù)可以構(gòu)建數(shù)字世界里的古城，定格古城的某個瞬間，讓古城風(fēng)貌永不褪色。

摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，水利專業(yè)化知識急需和虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行深度融合促進(jìn)教學(xué)與實踐。以培育創(chuàng)新能力與增強工程實踐為導(dǎo)向，建立“應(yīng)用+前沿”的課程大綱，建設(shè)基于仿真教學(xué)平臺的教學(xué)模式，擴(kuò)充工程案例作為三維的“活教材”激發(fā)學(xué)生的實踐認(rèn)知能力，嚴(yán)格把握以仿真課程設(shè)計為控制目標(biāo)的考核模式，以科研項目促進(jìn)教學(xué)基礎(chǔ)知識深化與創(chuàng)新能力培養(yǎng)增強?；谔摂M現(xiàn)實的水利信息可視化技術(shù)仿真教學(xué)模式探索與研究，將為水利工程教學(xué)、人才培養(yǎng)、虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)、乃至學(xué)科發(fā)展提供重要的支撐。

關(guān)鍵詞：水利信息；可視化技術(shù)；水利工程；虛擬仿真；實驗教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)觀念主要是“傳道、授業(yè)、解惑”，這種教學(xué)方法是以教為主，學(xué)生始終處于被動的學(xué)習(xí)環(huán)境中，現(xiàn)代化的教學(xué)方法要求改變傳統(tǒng)的課堂講授式為啟發(fā)引導(dǎo)式，賦予學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性[1]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到教學(xué)中，構(gòu)建基于虛擬仿真教學(xué)平臺，可以創(chuàng)建逼真教學(xué)環(huán)境，從而為學(xué)生提供良好的人機交互功能[2]。虛擬仿真教學(xué)可以更高效的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力，共享優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源，進(jìn)一步完善教學(xué)體系，整合相關(guān)學(xué)科的教學(xué)和人力資源[3]。越來越多的水利專業(yè)化的內(nèi)容需要和信息技術(shù)進(jìn)行深度融合。從專業(yè)發(fā)展對于人才培養(yǎng)的角度來看，越來越需要提高創(chuàng)新型水利人才與實踐型水利工程師的培養(yǎng)深度與效率。

一、虛擬仿真教學(xué)模式建設(shè)背景與意義

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)迅猛發(fā)展，聯(lián)合多種手段，如三維模型、PPT、音像等，能提供界面友好、形象直觀的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于發(fā)展聯(lián)想思維和建立新舊知識之間的聯(lián)系?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)的特點，它的實際應(yīng)用在理工科的教學(xué)中比較廣泛。哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境虛擬仿真實驗教學(xué)中心，可三維可視化顯示市政、能源設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造及工藝流程等，可為環(huán)境工程和給水排水等本科專業(yè)提供直觀的教學(xué)輔助手段[4]。寧波大學(xué)和福州大學(xué)土木工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心，包含工程結(jié)構(gòu)、道路工程、給排水工程和水利工程等虛擬仿真實驗室。河海大學(xué)力學(xué)與水工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心，開發(fā)了“創(chuàng)新研究型”、“專業(yè)實踐型”、“基礎(chǔ)擴(kuò)展型”三大類虛擬仿真實驗項目，使學(xué)生通過在虛擬環(huán)境中開展實驗，提高了學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力。本校進(jìn)行水利信息可視化技術(shù)仿真教學(xué)模式探索與研究的需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1.開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作，旨在貫徹落實《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》精神和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，推動高等學(xué)校實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新，全面提高大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[5，6]。因此，若要開展虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建立，尤其要加緊課程仿真教學(xué)模式改革的步伐。2.水利信息技術(shù)作為一門相關(guān)新興的交叉學(xué)科，可以很好的結(jié)合最新的信息技術(shù)促進(jìn)水利工程學(xué)科的發(fā)展，并逐漸起到尖兵作用。3.水利信息可視化技術(shù)仿真是水利信息技術(shù)碩士專業(yè)和水利水電工程本科專業(yè)的主干專業(yè)必修課之一，開展水利信息可視化技術(shù)仿真教學(xué)模式探索與研究有利于整個學(xué)科教學(xué)水平的推進(jìn)。

二、虛擬仿真教學(xué)模式建設(shè)思路與內(nèi)容

水利信息可視化技術(shù)仿真教學(xué)模式探索與研究的整體思路如圖1所示。本課程的教學(xué)研究內(nèi)容如下所示。

（一）建立以培育創(chuàng)新能力與增強工程實踐為主導(dǎo)的“應(yīng)用+前沿”課程大綱根據(jù)水利水電工程專業(yè)工程教育認(rèn)證相關(guān)的要求，教學(xué)模式要服務(wù)于人才培養(yǎng)模式。對于要培養(yǎng)具備扎實理論基礎(chǔ)與創(chuàng)新能力的科研型人才和動手能力強與工程實踐經(jīng)驗豐富的應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)方案，要求課程大綱也能滿足兩者的需要。增加目前在建筑與機械行業(yè)最前沿的“BuildingInformationModeling，BIM”，增加水利建筑的信息驅(qū)動內(nèi)容，再進(jìn)一步增強工程的全生命周期理論，為水利專業(yè)工程師和創(chuàng)新人才一體化培養(yǎng)方案的修訂奠定基礎(chǔ)。因而制定“應(yīng)用+前沿”課程大綱，實行“一體化教學(xué)”等，深化課程體系改革。明確把課程基礎(chǔ)知識、工程實踐素材、與科技前沿整合到課程大綱中。

1資料與方法

1.1運行案例學(xué)生在模擬教學(xué)前需對案例相關(guān)知識進(jìn)行主動性學(xué)習(xí)，上課時先分組進(jìn)行案例討論，然后分配角色，準(zhǔn)備用物，角色包括患者、家屬、護(hù)士、醫(yī)生、觀察員、記錄員。根據(jù)需要模擬醫(yī)院情景，如呼吸科病房、心內(nèi)科病房等，要求虛擬仿真環(huán)境逼真度高，高逼真度的環(huán)境可為學(xué)習(xí)者提供身臨其境的沉浸感，需要在視、觸、聽覺等感知通道提供真實感的體驗，使學(xué)生在特定的臨床情景中運用多媒體、實物等實施相應(yīng)的護(hù)理操作。多媒體醫(yī)學(xué)模擬仿真系統(tǒng)由先進(jìn)的電腦技術(shù)驅(qū)動，通過皮膚接觸、錄音發(fā)聲，顯示人體器官功能，覆蓋人體各大系統(tǒng)的仿真技術(shù)。通過角色扮演、溝通練習(xí)和技能訓(xùn)練等融為一體的情景案例演練，使學(xué)生感受到醫(yī)院氛圍，體會到患者的痛苦，體驗到護(hù)士的辛苦，提高了學(xué)生溝通能力、應(yīng)變能力和團(tuán)隊合作能力，加快了角色的轉(zhuǎn)變。

1.2引導(dǎo)性反饋將演練過程全程錄象，完畢后給學(xué)生回放，針對學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行引導(dǎo)性反饋，讓學(xué)生對扮演的角色進(jìn)行點評，通過討論和溝通，了解學(xué)生的思路。如問學(xué)生：模擬訓(xùn)練中發(fā)生了什么？為什么發(fā)生？我很好奇你怎么看這件事情？你當(dāng)時的想法是什么？你從這次模擬練習(xí)中學(xué)到了什么？行動后反思，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

1.3評價效果最后由教師總結(jié)仿真教學(xué)效果，需客觀而溫和地指出每組學(xué)生演練的優(yōu)點和存在的不足，提倡使用語句有：我發(fā)現(xiàn)……，我擔(dān)心……，強調(diào)做得好的部分，欣賞學(xué)生的優(yōu)點，并且說明其原因，對不足部分，提出解決方法。并向?qū)W生介紹相關(guān)護(hù)理新知識，以便學(xué)生自學(xué)。注意不要指責(zé)和批評學(xué)生，要讓學(xué)生感到自尊。

2結(jié)果

2.1完成仿真模擬教學(xué)24學(xué)時，大部分學(xué)生能積極爭取參與，結(jié)業(yè)考試內(nèi)科成績優(yōu)良率達(dá)55%，及格率達(dá)93%。護(hù)士執(zhí)業(yè)資格考試通過率明顯提高。

2.2通過仿真模擬教學(xué)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力明顯提高，護(hù)理技能得到明顯提升，開始演練時，部分學(xué)生緊張，說話不流暢，表達(dá)不清楚，操作頻繁出錯，通過反復(fù)演練，學(xué)生自信心增加，表達(dá)能力、團(tuán)結(jié)合作能力大大提高。學(xué)生對教學(xué)方法認(rèn)同度達(dá)89%。

3討論

一、CDIO工程教育理念

該教育模式是以產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行全生命周期為背景的教育理念為載體，以CDIO教學(xué)大綱和12標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間具有有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)，獲取工程能力。CDIO工程教學(xué)模式的主要特色在于它創(chuàng)造了能夠深化技術(shù)基礎(chǔ)和實際能力的學(xué)習(xí)經(jīng)驗。采用現(xiàn)代教學(xué)方法、創(chuàng)新教學(xué)模式和新的學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)生提供接近工程實際的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，這些具體的學(xué)習(xí)經(jīng)驗創(chuàng)建了一個與技術(shù)基礎(chǔ)相關(guān)的學(xué)習(xí)抽象概念的認(rèn)知框架，并為學(xué)生提供有助于理解和記憶這些抽象概念的實際應(yīng)用機會，由此提供掌握深厚基礎(chǔ)知識的途徑。

二、“自動控制理論”課程教學(xué)改革

1.重新設(shè)計教學(xué)模式

根據(jù)“自動控制理論”課程特點，運用CDIO工程教育理念，堅持以學(xué)生為本，建立知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)體系，將系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行貫穿整個教學(xué)過程，對“自動控制理論”的教學(xué)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)活動及組織形式等進(jìn)行全方位思考與設(shè)計，形成基于CDIO的“自動控制理論”課程教學(xué)模式，如表。

2.強化工程實踐能力培養(yǎng)

為了加強“自動控制理論”課程工程實踐能力的培養(yǎng)，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，融合項目教學(xué)、虛擬仿真和案例分析等方法，讓學(xué)生在模擬工程實踐的環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（1）項目教學(xué)?；陧椖康慕虒W(xué)是建立在具體問題的基礎(chǔ)上來尋找解決問題的辦法。為了踐行CDIO工程教育理念，依托項目以3~5名學(xué)生為一組，教師采用點撥方式或共同探究的方式進(jìn)行指導(dǎo)。具體實施步驟如下：1）構(gòu)思（C）。通過加深學(xué)生對自動控制系統(tǒng)的使命、需求、功能、技術(shù)和構(gòu)建等概念設(shè)計的理解，其主要形式是要求學(xué)生對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、思考，形成對控制系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的基本感性認(rèn)識，加深對控制系統(tǒng)基本分析和設(shè)計方法的理解。2）設(shè)計（D）。要求學(xué)生使用控制方法，完成自動控制系統(tǒng)的需求定位、模型開發(fā)、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)架構(gòu)等。通過實踐，使學(xué)生掌握自動控制系統(tǒng)工程的基本原理、方法、技術(shù)、工具，并能夠在實際中應(yīng)用。3）實現(xiàn)（I）。將設(shè)計成果加以實現(xiàn)，著力培養(yǎng)學(xué)生的務(wù)實精神、工程能力和團(tuán)隊精神。4）運行（O）。每個小組對所開發(fā)的控制系統(tǒng)進(jìn)行實際應(yīng)用，并建立相應(yīng)的應(yīng)用、營銷和服務(wù)渠道。實在難以在實際應(yīng)用的要求建立模擬實際應(yīng)用環(huán)境，實施模擬應(yīng)用。運行主要目的是讓學(xué)生了解市場，培養(yǎng)學(xué)生的務(wù)實精神和實際工作能力。

1建筑學(xué)實驗室發(fā)展現(xiàn)狀

高校特色建筑實驗室的設(shè)立具有一定的地域性，或者具有一定學(xué)科優(yōu)勢，進(jìn)而在高校建立特色建筑實驗室。但近幾年隨著我國高校擴(kuò)招的不斷進(jìn)行，各大高校學(xué)生數(shù)量不斷增加，建筑學(xué)專業(yè)逐漸成為熱門專業(yè)，每年建筑類專業(yè)招生志愿填報呈現(xiàn)爆滿狀況，但高校建筑學(xué)科相應(yīng)實驗室的建設(shè)并未與建筑學(xué)專業(yè)招生情況同步的發(fā)展。例如我國高校在2000年的擴(kuò)招人數(shù)為220萬，到2013年擴(kuò)招人數(shù)發(fā)展為657萬，而我國高校實驗室的建設(shè)仍保留原來狀態(tài)，即使改造速度也相對緩慢。建筑學(xué)科實驗室還存在性質(zhì)單一、設(shè)備老化、教學(xué)器材損耗、設(shè)備不全、場地有限、管理不善等問題。我國綜合發(fā)展水平較低，學(xué)院規(guī)模發(fā)展較小的高校，其建筑學(xué)科實驗室不能滿足學(xué)生的實驗教學(xué)需求，而且建筑學(xué)科實驗項目類型較少，或者只有單一性質(zhì)的實驗室，完全不適應(yīng)建筑學(xué)科的特點，設(shè)備老化，學(xué)生的正常建筑設(shè)計實踐教學(xué)難以進(jìn)行。為了更好地改善高校建筑學(xué)科實驗室建設(shè)，國內(nèi)外綜合型較強或者建筑學(xué)科優(yōu)勢較強的學(xué)校，開始結(jié)合數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)等多方面的知識，研究虛擬實驗室，通過計算機和網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生進(jìn)行建筑設(shè)計實踐。

2建筑學(xué)虛擬實驗室的特點

通過建立虛擬實驗室，針對建筑學(xué)專業(yè)實踐教學(xué)實驗室短缺的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行改善，其中虛擬實驗室和傳統(tǒng)的建筑學(xué)實驗室相比具有以下特征:

2.1成本低建筑學(xué)虛擬實驗室的建立和傳統(tǒng)的實驗室建設(shè)相比，在成本上有非常大的優(yōu)勢，虛擬實驗室的建立需要購置的設(shè)備器材和傳統(tǒng)實驗室建設(shè)購置的器材設(shè)備數(shù)量相比，非常的少，這將建筑學(xué)的實驗教學(xué)成本大大的降低。傳統(tǒng)的建筑學(xué)實驗室在實踐教學(xué)過程當(dāng)中會出現(xiàn)器材耗損、損壞等情況，這將使實驗教學(xué)的成本增加。而虛擬實驗室的建立不僅不需要購置過多的實驗器材和設(shè)備，還可以將建筑實踐教學(xué)中出現(xiàn)的設(shè)備損耗現(xiàn)象進(jìn)行消除，在降低實驗教學(xué)成本的過程中還可以保證學(xué)生的安全。

2.2實驗教學(xué)不受時間和空間的限制傳統(tǒng)的建筑學(xué)實驗室在實踐的教學(xué)過程中，會受到空間和時間上的限制，例如某高校建筑學(xué)科的學(xué)生非常多，而配套的建筑實驗室相對少，此時學(xué)生的建筑實踐教學(xué)就會分開進(jìn)行，或者是分組進(jìn)行，這周第一組的學(xué)生上實驗教學(xué)課，下周第二組的學(xué)生上實驗教學(xué)課，交叉輪流上課的教學(xué)方法并不利于學(xué)生的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，輪不上實驗教學(xué)課的學(xué)生心里著急，正在上實驗課的學(xué)生時間比較趕而無法探索創(chuàng)新，真正體驗到實際操作的樂趣。而虛擬實驗室的建設(shè)并無空間和時間上的限制，學(xué)生、教師、研究人員可以在任何時間、任何地點進(jìn)行實驗，充分發(fā)揮虛擬實驗儀器的優(yōu)勢，其儀器連網(wǎng)之后，就可以自行的設(shè)計建筑或者進(jìn)行其他相關(guān)設(shè)備的安裝和添置，讓學(xué)生能更加立體地感受到建筑學(xué)的魅力所在。

2.3不受客觀條件影響虛擬實驗室建立能克服傳統(tǒng)實驗室受到的各種客觀條件影響，例如設(shè)備損壞，無法進(jìn)行實驗，操作程序比較復(fù)雜，難以真正讓學(xué)生獨立操作。虛擬實驗室受到客觀條件的影響的幾率極小，可以在相同的條件下完成各項建筑設(shè)計試驗，克服設(shè)備接觸不良，場地受限，空間不足、機器損耗等相關(guān)不良現(xiàn)場的發(fā)生。

2.4具有開放性虛擬實驗室網(wǎng)絡(luò)實在計算機配套的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，因此具有開放性。計算機和其他部件之間的連接適應(yīng)性好，具有便捷等性能。建筑學(xué)專業(yè)虛擬實驗室的建立通過計算機和網(wǎng)絡(luò)將當(dāng)代教學(xué)環(huán)境改善，同時實現(xiàn)教學(xué)資源的共享，提升實驗教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生可以充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而將實驗室建設(shè)的成本降低，實現(xiàn)實驗教學(xué)資源的優(yōu)化配置。虛擬實驗室的優(yōu)點不言而喻，并在未來的實驗教學(xué)中，虛擬實驗室將和傳統(tǒng)實驗室對接，實現(xiàn)聯(lián)合教學(xué)，將我國高校教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平提升，為學(xué)生提供更加便利的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源，實現(xiàn)學(xué)生隨時隨進(jìn)行實驗操作，方便探索與創(chuàng)新研究。未來虛擬實驗室的建設(shè)將向著立體3D的方向發(fā)展，為學(xué)生提供一個虛擬的真實環(huán)境，讓學(xué)生在實驗教學(xué)中產(chǎn)生一種真實感受，更加真切的體會建筑設(shè)計的魅力所在。

1基于SWEBOK和GSwE的教學(xué)大綱設(shè)計

在領(lǐng)悟SWEBOK基本精神，認(rèn)真學(xué)習(xí)GSwE2009及《規(guī)范》的基礎(chǔ)上，針對一般行業(yè)院校碩士生培養(yǎng)目標(biāo)是以培養(yǎng)從事行業(yè)軟件開發(fā)及項目管理工作的軟件工程和信息化應(yīng)用人才為主的現(xiàn)狀，筆者建立計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)民航特色的高級軟件工程教學(xué)大綱，見表1。表1的教學(xué)大綱設(shè)計兼顧SWEBOK及GSwE2009的核心知識體系，對SWEBOK的核心知識覆蓋率達(dá)到76%，對GSwE2009覆蓋率達(dá)到63.6%。然而，不管是SWEBOK還是GSwE2009，其核心知識點都是針對整個專業(yè)課程體系而設(shè)置，SWEBOK的《規(guī)范》建議494學(xué)時的最小核心學(xué)時數(shù)，GSwE2009則建議270學(xué)時的核心學(xué)時及200學(xué)時的交流學(xué)時，要在36學(xué)時內(nèi)完成上述核心知識的詳細(xì)講授，顯然不可能。因此，表1的設(shè)計本著宏觀上抓概念、抓流程，微觀上抓工具、抓編程的基本思想，在教學(xué)手段上，采用課內(nèi)外一體化教學(xué)模式，要求學(xué)生在課下完成所有仿照案例的完整開發(fā)過程；在教學(xué)方法上，以案例推動軟件過程概念及軟件編碼的學(xué)習(xí)，以工具熟悉軟件過程管理及軟件質(zhì)量管理。要求通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟練掌握軟件開發(fā)過程的宏觀概念，最終交付項目計劃報告、基于MSProject的軟件項目過程管理文檔、經(jīng)過3次迭代的原形軟件及相關(guān)需求分析和軟件設(shè)計文檔，完成課程總結(jié)報告。

2民航特色的教學(xué)案例設(shè)計

教學(xué)案例設(shè)計是高級軟件工程實施的核心內(nèi)容之一，考慮到選課的大部分研究生已經(jīng)具備基本的編程能力，但缺少軟件過程管理的相關(guān)概念，結(jié)合中國民航大學(xué)特色及研究生就業(yè)趨向，筆者參考國際研究生教育現(xiàn)狀[5]及文獻(xiàn)[6]的模式，開發(fā)了一套基于民航航材管理業(yè)務(wù)的教學(xué)案例，用以完成課內(nèi)教學(xué)。該教學(xué)案例以某航空公司航材管理系統(tǒng)為背景，采用敏捷開發(fā)思想進(jìn)行過程管理，循序漸進(jìn)，分3次迭代完成簡單的原型系統(tǒng)開發(fā)。第1次迭代在介紹航空公司航材管理需求的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)的業(yè)務(wù)環(huán)境圖，結(jié)合需求分析方法，利用ROSE工具建立業(yè)務(wù)用例及業(yè)務(wù)術(shù)語表。進(jìn)一步地，縮小系統(tǒng)范圍，只針對高價周轉(zhuǎn)件的增刪改查操作建立領(lǐng)域?qū)ο竽Ｐ?，包括領(lǐng)域用例模型、用例術(shù)語表、領(lǐng)域類模型，同時完成基本的編程實現(xiàn)。第2次迭代首先講述體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法，基于MVC框架建立更適合信息系統(tǒng)開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)框架——PCMEF（表示—控制—中介者—實體—基礎(chǔ)）[6]。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化第1次迭代需求，功能上增加高價周轉(zhuǎn)件的供貨方管理、合同管理功能；其次建立用例模型和用例文檔，采用序列圖、通信圖、交互圖等描述事務(wù)處理流程，進(jìn)行概念類設(shè)計，對第1次迭代的設(shè)計按照PCMEF框架完成體系結(jié)構(gòu)重構(gòu)，完成用戶界面設(shè)計，最終編碼實現(xiàn)。第3次迭代增加高價周轉(zhuǎn)件使用統(tǒng)計報表、機型使用記錄、考慮機務(wù)維修周期的周轉(zhuǎn)件庫存管理等功能，設(shè)計上重點考慮數(shù)據(jù)庫的安全性與完整性設(shè)計，同時基于JavaEJB體系結(jié)構(gòu)建立業(yè)務(wù)組件，完成較高水平的軟件編程；編寫測試用例，完成整體測試。在上述3次迭代完成后，要求學(xué)生寫出項目總結(jié)。筆者所在學(xué)院擁有一個行業(yè)特色鮮明的民航信息系統(tǒng)仿真實驗室，該實驗室目前擁有民航機務(wù)維修仿真實驗系統(tǒng)、機場信息仿真實驗系統(tǒng)、航空公司運行控制仿真系統(tǒng)、民航全球分銷仿真實驗系統(tǒng)等行業(yè)主流信息系統(tǒng)的仿真平臺。學(xué)生在前序課程學(xué)習(xí)中，對這些信息系統(tǒng)的基本功能和相關(guān)業(yè)務(wù)已經(jīng)有了一定程度的了解。

3教學(xué)組織與管理

3.1項目驅(qū)動教學(xué)法課程教學(xué)借鑒CDIO的教學(xué)思想，在講授完軟件過程模型及軟件建模語言后，將學(xué)生每5人分組，每個人承擔(dān)不同的角色，角色包括甲方需求提供人員、乙方項目經(jīng)理、乙方質(zhì)量保證人員、乙方編程人員（2人）。在整個學(xué)習(xí)過程中，經(jīng)過一定時間后，每個人的角色可以互換。在講授完案例1后，教師可以要求學(xué)生結(jié)合某個民航信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，選擇感興趣的民航業(yè)務(wù)領(lǐng)域，分組完成項目計劃任務(wù)書并使用MSProject完成項目的進(jìn)度安排、人員分工、虛擬費用預(yù)算等。進(jìn)一步地，使用Rose工具進(jìn)行需求分析及UML建模，完成用例圖、術(shù)語表、類圖等分析設(shè)計，最后進(jìn)行第1次迭代的編碼并編寫測試用例完成測試。在講授完案例2后，教師可以要求學(xué)生在功能擴(kuò)展的基礎(chǔ)上，采用PCMEF模式對第1次迭代程序進(jìn)行重構(gòu)并完成編碼與測試工作，同時要求項目經(jīng)理使用MSProject，跟蹤和檢查項目實際進(jìn)度與虛擬費用預(yù)算，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。本次學(xué)習(xí)重點在于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、增量模式開發(fā)思想。在講授完案例3后，教師可以要求學(xué)生繼續(xù)擴(kuò)展功能，重點進(jìn)行數(shù)據(jù)庫與業(yè)務(wù)組件設(shè)計。

3.2成績評定在課程進(jìn)展的每個階段，教師展示實際軟件公司的文檔范例，要求每組提交該次迭代的相關(guān)文檔，進(jìn)行軟件演示并答辯。答辯內(nèi)容包括項目計劃制訂、人員分工、虛擬成本、進(jìn)度偏差分析、預(yù)算偏差分析、程序設(shè)計技術(shù)、缺陷分析等。評委由教師及各組項目經(jīng)理組成。成績評定包含文檔規(guī)范性、設(shè)計合理性、實現(xiàn)正確性、項目過程管理執(zhí)行情況4項內(nèi)容。課程整體結(jié)束前，由3次迭代的評定成績?nèi)【底鳛樾〗M平均成績，最后小組項目經(jīng)理和教師共同依據(jù)小組中個人對項目的貢獻(xiàn)以及小組均值打分，將其作為個人成績。

4結(jié)語

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的原理、構(gòu)成和關(guān)鍵技術(shù)

1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本要素

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬世界能夠滿足下列要求：首先，凸顯那些實際存在，然而由于某種原因?qū)е氯祟愲y以達(dá)到的區(qū)域，比如宇宙空間、核反應(yīng)堆或者人體內(nèi)部等距離非常遙遠(yuǎn)、具有很大危險性、亦或根本無法進(jìn)入的領(lǐng)域，這時能夠通過計算機進(jìn)行作業(yè)和感受；其次，反映那些實際根本不存在的事物，和實際存在的事物進(jìn)行比較，比如世界杯足球賽的模擬比賽就是一個非常典型的案例[3]；再次，發(fā)明在現(xiàn)實世界里不可能存在，并且日后也不可能存在的嶄新世界，致使人類步入這一全新的世界之后，能夠得到同現(xiàn)實世界完全不同的感受，比如，時空的轉(zhuǎn)變、驗證木星等星球上有沒有人類生存的環(huán)境以及相應(yīng)措施等。

1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

在VRT當(dāng)中，通常不僅包括高性能計算機系統(tǒng)軟硬件設(shè)備，而且還有實時三維圖形系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實交互尖端技術(shù)。通過利用實時三維圖形系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生有逼真感的圖形，這些圖像具有三維全彩色、明暗、紋理以及陰影等特點。而虛擬現(xiàn)實是一種交互式與高端的計算機顯示技術(shù)，通常雙向?qū)υ捠撬囊环N非常重要工作途徑。在開展虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)時，人往往是主動的，必須參與，而不再擔(dān)任觀眾，有些時候甚至還擔(dān)當(dāng)主人的任務(wù)。

2虛擬技術(shù)在現(xiàn)代機械工程中的作用

2.1縮短產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)周期

當(dāng)代機械產(chǎn)品研發(fā)能夠全面利用計算機仿真技術(shù)，不但可以仿真實現(xiàn)產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)過程，而且還不用消耗實際的資源與能量，然而卻可以真實反映產(chǎn)品的相關(guān)狀況。虛擬設(shè)計技術(shù)在概念設(shè)計與方案論證當(dāng)中通常用虛擬模型來取代現(xiàn)實模型驗證設(shè)計方案，很好地規(guī)避了以往設(shè)計模式中設(shè)計階段的出現(xiàn)過的失誤對工期與成本的巨大影響將以不斷擴(kuò)大的方式向后續(xù)階段進(jìn)行傳播的問題，這樣可以更加高效地降低新產(chǎn)品開發(fā)的周期，從而提高新產(chǎn)品設(shè)計品質(zhì)與效率[4]。

1.課程設(shè)計的理念與思路

1.1設(shè)計理念《外貿(mào)英語函電》課程以工作過程為導(dǎo)向，遵循“課程設(shè)置緊貼貿(mào)易流程，教學(xué)內(nèi)容緊貼崗位能力，教學(xué)情景緊貼工作環(huán)境”的課程開發(fā)原則，采用“仿真式”和“體驗式”的教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)虛擬的外貿(mào)工作環(huán)境，通過現(xiàn)代的教學(xué)手段和多樣的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生具備外貿(mào)函電的撰寫能力和在仿真的商務(wù)環(huán)境下進(jìn)行外貿(mào)業(yè)務(wù)流程的操作和商務(wù)談判能力。

1.2設(shè)計思路《外貿(mào)英語函電》課程從具體的職業(yè)崗位群的能力需求和職業(yè)分析入手，按照分析崗位職業(yè)能力→歸納核心能力→研究實際工作過程→提煉典型工作任務(wù)→重構(gòu)課程內(nèi)容的流程來進(jìn)行課程開發(fā)，把課堂學(xué)習(xí)和實踐工作動態(tài)有機結(jié)合起來。課程整體設(shè)計思路如圖：

1.2.1以職業(yè)能力為依據(jù)組織課程內(nèi)容《外貿(mào)英語函電》課程內(nèi)容的遴選緊密圍繞典型的外貿(mào)業(yè)務(wù)活動來選取和組織，從職業(yè)工作出發(fā)，通過解構(gòu)職業(yè)工作能力、提取典型工作任務(wù)來重構(gòu)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容并安排教學(xué)順序，共設(shè)計了六個能力項目和相應(yīng)的子項目，具體項目內(nèi)容如下，項目一：開發(fā)客戶；項目二：磋商交易；項目三：達(dá)成交易；項目四：支付貸款；項目五：履行合同。

1.2.2以國際貿(mào)易流程為依托設(shè)計學(xué)習(xí)情景《外貿(mào)英語函電》以“國際貿(mào)易流程”為依托，堅持“工作過程、校企共建和教學(xué)做合一”的教學(xué)指導(dǎo)思想，通過“仿真式項目——實務(wù)、實訓(xùn)、實戰(zhàn)”教學(xué)體系，創(chuàng)設(shè)虛擬外貿(mào)工作環(huán)境場景，采用“任務(wù)導(dǎo)向”和“情景體驗”教學(xué)方法。實務(wù)：學(xué)習(xí)并掌握基本的貿(mào)易理論、專業(yè)術(shù)語和商務(wù)英語函電的寫作；實訓(xùn)：課堂仿真模擬、外貿(mào)實訓(xùn)平臺及校園數(shù)字化教學(xué)平臺電子書包；實戰(zhàn)：湖南HEG電子玻璃有限公司實地觀摩外貿(mào)平臺；利用外貿(mào)實訓(xùn)平臺，設(shè)計仿真的貿(mào)易交易過程，將平時所學(xué)到的理論轉(zhuǎn)化為技能，而且通過綜合實訓(xùn)和赴湖南HEG觀摩并操作外貿(mào)平臺，更加系統(tǒng)地了解國際貿(mào)易慣例和操作規(guī)則，培養(yǎng)學(xué)生的外貿(mào)操作和實際處理問題的能力。

1.2.3以教學(xué)任務(wù)來選取教學(xué)方法《外貿(mào)英語函電》課程是一門融知識性、實踐性為一體的英語技能訓(xùn)練課，每一堂課均有明確的學(xué)習(xí)任務(wù)，以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，任務(wù)導(dǎo)向、情景教學(xué)和案例教學(xué)等多種教學(xué)方法靈活運用于課堂教學(xué)。教師認(rèn)真做好教學(xué)過程設(shè)計，以實現(xiàn)“教學(xué)做合一”，將專業(yè)能力、方法能力和社會能力集成于學(xué)生的“能力實訓(xùn)過程”。

1.2.3.1任務(wù)導(dǎo)向教學(xué)法任務(wù)導(dǎo)向教學(xué)法（Task-oriented）強調(diào)“以學(xué)生為主體”和“從做中學(xué)”的教學(xué)理念。教師根據(jù)課堂教學(xué)目標(biāo)，通過設(shè)計一個具體任務(wù)，把學(xué)生帶入特定的事件現(xiàn)場，再現(xiàn)任務(wù)情景。任務(wù)教學(xué)法的特點在于教學(xué)中為學(xué)生安排一定的教學(xué)任務(wù)，教師的教學(xué)目的和學(xué)生的活動都以教學(xué)任務(wù)為中心。

1.2.3.2情景教學(xué)法情景教學(xué)法的主要特點是教師根據(jù)一定的教學(xué)內(nèi)容去設(shè)置合適的教學(xué)情境，讓學(xué)生能夠在模擬的教學(xué)情境中去感受教學(xué)內(nèi)容，并在最真實的模仿訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生的英語綜合能力，真正地理解教學(xué)內(nèi)容。