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「虚拟仿真实验室」一场“无中生有”的教学“聚变”

受新冠肺炎疫情影响 ， 春天的大学校园空空荡荡 。 而在天津大学机械工程教学实践中心 ， 工程图学实验室里却是一番“人声鼎沸”的景象：100多名学生正在试验台前体验着《工程图学》的实践大课 。
只见学生们一边观察机械结构和工作原理 ， 一边动手拆装齿轮油泵零件 。 而大到教学楼 ， 小到齿轮零件 ， 都是通过虚拟仿真技术生成的 ， 学生们人在家中 ， 即可在线完成一系列实验操作 。
在这个特殊的“超长假期” ， 天津大学师生正依托虚拟仿真技术创新线上授课以及实验教学方式 ， 感受着一场“无中生有”的教学聚变 ， 让学生们“实验不叫停 ， 求知不掉线 。 ”
虚拟仿真实验教学项目被誉为具有跨时代意义的“金课” 。 顾名思义 ， 虚拟仿真课堂依托虚拟现实技术——利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的“模拟实验室” 。 操作者能进入一个交互式三维虚拟现实环境 ， 并与之产生互动 。 在这里 ， 教师和学生可以最大限度地发挥“虚拟”优势 ， 展现无法完成的复杂实验 ， 体验实验室难以实现的危险性甚至具有极端破坏性的实验等 ， 从而提高教学效果 。
作为中国高校“新工科”建设的排头兵 ， 天津大学已经在大部分学院都开展了虚拟仿真教学项目 ， 其中包括20个市级建设项目和5个国家级项目 。 如今 ， 该校的四门“金课”入选国家虚拟仿真实验教学项目 ， 位居全国前列 。
天津大学机械学院《工程图学》授课教师徐健介绍 ， 工程图学是工科类专业学生的必修课 。 新冠肺炎疫情以来 ， 全校有上千名学生选了这门课 。 这些学生分布在全国20多个省份及境外各地 ， 如今只需一根网线 ， 学生们无论在世界哪个角落 ， 都能通过线上平台操作实验器材 ， 完成规定的教学任务 。
“虚拟仿真技术给课堂带来了不可思议的变化 。 ”徐健发现这种全新教学模式也在激发学生们的创造力和学习兴趣 。
在虚拟仿真课堂里 ， 所有抽象的知识点都变得具象化 ， 书本上的零件和仪器统统“活”了起来 ， 甚至可以让学生们360度无死角地“把玩” 。 而课堂进度和随堂测验则变成了如同“游戏通关”一样的小竞赛 。
有的富有想象力的学生 ， 会顺手将眼前的虚拟零件组装成一个像模像样的“烧烤机器人” ， 传到朋友圈里炫耀一番 。
在天津大学无障碍通用设计研究中心 ， 一扇“神奇”的大门正在打开 。
登录电脑教学平台 ， 你立刻走进一个车水马龙的虚拟城市 。 小学门口的马路 ， 养老院大厅的扶梯 ， 医院的走廊…学生们要按照“游戏通关规则” ， 在逼真的生活场景中实验对比 ， 从“第一视角”出发 ， 为老人、幼童和残障人士设计引导标识 ， 分析哪些图案、颜色、尺度更醒目、更具有亲和力 。
“虚拟仿真实验教学 ， 是我们在中国通用无障碍领域创造的又一个‘第一’ 。 ”该中心主任王小荣说 。 成熟的无障碍环境是社会文明的标志之一 ， 也最能体现一座城市、乃至一个国家的“温度” 。 天津大学无障碍通用设计研究中心 ， 是国内领先的无障碍领域综合研究机构和新型国家智库 。 他们编写了全国第一本“无障碍”专业教材 ， 系统开设了全国第一门无障碍本科专业课、研究生专业课、公共通识课 。
“你不可能为了一个知识点 ， 把所有学生领到医院或者敬老院 。 ”赵伟是《无障碍通用标识设计实验虚拟仿真实验》这门课程的主创教师之一 。 “以往 ， 为了让学生认识关键设计要素 ， 我们要购买一大堆设备模拟不同环境下的人体障碍 ， 而虚拟仿真技术在很大程度上解决了这些传统教学方式的困难 。 ”
有学生评价 ， “换了个真实的视角 ， 让我一下子对残障人士以及老人等弱势群体的需求感同身受 。 ”天津大学2017级建筑学院本科生林雨辰则发现 ， 那些关于楼梯应该多宽、台阶应该多高、指示牌应该挂在什么位置……书本上冷冰冰的知识点和数据 ， 仿佛都有了温度 。


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