虛擬仿真技術在中職計算機組裝與維護課程中的應用探討
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[摘 要] 中職院校的計算機組裝與維護課程是一門具有很強實踐性的課程，而當今多數中職院校的計算機實訓室條件比較簡陋，實訓設備嚴重短缺，現有的實訓設備也都存在老舊現象，院校的實訓師資力量配置也比較欠缺，導致在實際的實訓課堂教學中，教師很難做到對每一名學生進行全面指導，而在實訓課程中設備的損壞也會對學生的專業能力培養造成一定困擾，虛擬仿真技術的出現很好地解決了這一問題。
[關 鍵 詞] 虛擬仿真技術;計算機組裝;計算機維護;實訓
[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）04-0194-02
在中職院校的計算機專業中計算機組裝與維護是一門非常重要的課程。該學科的學習專業性、綜合性、實踐性都比較強，因此，在該課程的教學過程中對學生的實際動手能力、組織協調能力、創新意識以及團隊的協作能力都有非常高的要求。因此，在計算機組裝與維護實際的教學過程中不僅要求學生熟練地掌握基礎的理論知識、基本專業技能以及基本的操作方法，而且對學生的實際動手能力和創新思維都提出了更高的要求。
一、計算機組裝與維護教學現狀分析
（一）計算機組裝與維護課程教學目標和具體要求
在計算機組裝與維護的教學過程中，主要的教學任務是要讓學生對計算機基本的硬件設備及其相應的性能指標與硬件設備配套有基本了解，同時學生還要對計算機運行系統的安裝以及設置優化等進行熟練掌握，并對應用系統的相關操作軟件以及基本的工具等安裝調試過程進行詳細的了解。
中職院校計算機組裝與維護課程的開展主要是為了通過對學生的計算機維護保養專業技能的培養，為社會輸送大量的計算機應用型人才。要讓學生對當今社會計算機硬件的基本發展趨勢有進一步的了解，并通過對計算機組裝與維護課程的學習進一步加深對計算機最新技術的掌握，并在此基礎上培養學生獨立自主完成計算機組裝的專業技能，并通過學習提升學生利用所學知識解決計算機常見故障的能力。
（二）計算機組裝與維護課程實訓教學中存在的問題
多數中職院校的計算機組裝與維護在常年教學過程中的課程知識的更新周期非常長，教學器材也得不到及時的更新，而根據的IT行業的摩爾定律來看，計算機硬件的更新換代必須跟上時代的發展。但是，多數中職院校的計算機專業使用的教學設備都是淘汰的老舊設備，與市場上的主流產品之間的差距越來越大，中職學生長期在這樣的教學條件下會導致其專業技能提升慢，學校的實際訓練質量偏低。
1.我國多數中職院校的計算機組裝維護實訓課程都是由計算機硬件的拆裝以及應用軟件的安裝這兩個環節組成。而多數的中職院校針對硬件拆裝部分的教學都會利用一些老舊的淘汰機型來讓學生進行實踐操作，這就導致學生接觸當下新機型的機會很少;而針對軟件的安裝教學，多數的中職院校不允許學生在現有的計算機設備上進行實驗，而一些實驗教學的開展耗時過長，導致實際的教學效率非常低。
2.我國多數的中職院校實訓設備數量較少，而學生參加實訓課程的時間非常有限。計算機組裝與維護課程的學習需要配備良好的實訓環境，這樣才能有效提升學生的實際動手能力。而因為市場上多數主流計算機產品的價格比較昂貴，導致很多中職院校對計算機專業實訓環節為學生設置的可供拆卸的設備很少，不能做到人手一臺計算機的情況，導致在實際的實訓環節學生只能通過輪流的實訓來完成實際實訓課程，從而使得多數學生的實際動手時間非常短。
3.我國多數中職院校的教學管理比較困難，課堂教學效率偏低。由于學生計算機基礎知識的缺乏以及實際接觸計算機硬件的時間比較少，因此，在實際實訓環節中，學生會出現各式各樣的問題，而教師在有限的時間內不能對學生進行一一指導，讓學生面臨的問題得不到及時解決，從而導致計算機實訓課堂教學的整體效率比較低。
4.中職院校的設備陳舊，且極易損壞，實訓環節中的安全隱患也比較多。計算機組裝與維護操作完成后需要進行通電調試，但是由于學生在組裝的過程中不可避免的出現一些零部件組裝不到位或者操作不規范的情況，這些問題都可能會造成計算機設備短路等損壞的現象，嚴重的情況可能會對學生的人身安全造成威脅。
二、虛擬仿真技術
虛擬技術興起于美國，該技術是一門綜合性非常強的計算機技術，它是計算機圖形學、三維跟蹤技術、模式識別、仿真技術等相關技術的交叉學科。“虛擬”的意思指的是并沒有真實存在，是由計算機創造一種對現實物理事物或者環境的模擬。虛擬現實主要有了沉浸性、交互性、想象性等幾個特征[1]。沉浸性指的是用戶在模擬的環境下存在的真實程度的體現。交互性指的是用戶對模擬環境中虛擬物體的可操作性以及得到的環境的反饋時效性;想象性主要體現了虛擬技術可以為用戶提供的想象空間的廣闊性，虛擬技術可以極大地拓展人類的認識，這種認識不僅僅局限于現實環境中存在的事物，而且可以讓用戶在想象力自由發揮的前提下實現對不可能發生環境或者事物的認識。
三、虛擬仿真技術在中職計算機組裝與維護課程中的應用
探討
在現代的教育中應用虛擬仿真技術極大地提升了教學技術的發展，實現了現代教育技術的飛躍式發展。虛擬仿真技術實現了對傳統教學方式固有模式的突破，在虛擬仿真技術的基礎上，能夠自主地創造虛擬的學習環境，在這種虛擬的學習環境下，學習者就能通過與虛擬學習環境的交互來獲取更多的知識，同時也能極大地提升自身的學習能力，不斷創新自身的學習方式。 在虛擬仿真技術的基礎上，學生能夠獲得更加生動、逼真的虛擬學習環境，例如，通過虛擬仿真環境學生能夠完成建筑機械模型的搭建，能夠在虛擬的太空環境下旅行，同時還能進行虛擬環境下的汽車駕駛。在近似于真實環境下的學習體驗能夠讓學生對所學習的知識進一步鞏固，并在虛擬仿真環境下學習的過程中進一步提升自己的專業技能。
（一）在中職計算機組裝與維護教學中應用虛擬仿真技術的優勢
1.節約成本
多數中職院校計算機專業的實訓環節由于缺少設備或者受到學校經費問題的限制，使得學生在實際的實訓環節得不到高效的訓練。而在虛擬仿真技術的基礎上，學生可以通過虛擬仿真系統獲得真實的實訓體驗，這樣既能保證計算機實訓課程的教學效果，又能有效地控制教學成本。
2.降低風險
中職院校配備的多數實訓環節的計算機設備都比較陳舊，在學生進行計算機組裝實訓的環節會存在較大的安全隱患。而在虛擬仿真環境下，學生在進行計算機組裝維護實訓操作的時候不需要直接接觸電源，因此，排除了出現安全威脅的問題。
3.打破時間限制
在傳統中職院校的計算機組裝與維護實訓教學環節中，由于設備資源有限，使得學生實際參與實訓的時間很少，這對學生的專業技能提升極為不利。而在虛擬仿真技術下，每一名學生都能通過虛擬環境進行計算機組裝維護的實訓，實訓的時間也能得到有效保障，學生能在虛擬環境下充分地練習自己的技能，使得學生實際專業技能水平有較大的提升。
（二）計算機硬件知識學習
中職院校計算機專業課程具有很強的專業性，而且多數是以專業技能學習為主，而由于中職院校專業課程具有較強的專業性，使得中職院校的專業課程教學往往不能僅僅依靠語言、文字性的講解來達到傳授知識的目的。因此，在計算機硬件知識的教學過程中可以合理地應用虛擬仿真技術，讓抽象的硬件概念變得更加形象，讓復雜的計算機硬件結構變得更加具體。計算機的硬件系統主要包含了輸入設備、輸出設備、存儲器、運算器、控制器五大部分。結合這五個主要部分實際形態以及相片等形式的，并利用三維軟件將計算機的主機、顯示器、主板、CPU、內存條、硬盤、顯卡等設備以模型的形式導入Unity3D，并利用Unity3D制作出相關部件的三維動畫，并將相關部件內部的結構以及部件之前的連接關系顯示出來，并最終形成虛擬的人機交互系統[2]。教師可以將人機交互系統作為計算機硬件教學的資源，向學生逼真的展示計算機硬件的基本形貌，并結合相應部件的外形向學生講解其參數以及基本作用，這樣學生就能對計算機組裝的基本知識有進一步的了解，并對不同的計算機硬件結構有了詳細的了解，還可以通過對三維模型的360°旋轉來全面了解計算機硬件的具體細節。
（三）裝置操作演示
計算機的裝機操作演示主要是通過Unity軟件中的視頻播放技術實現的，將計算機的組裝演示視頻導致Unity中，然后通過虛擬環境下建立實現對計算機組裝演示視頻播放實時控制。中職院校的計算機實訓教師可以將計算機的組裝視頻按照組裝的實際操作流程步驟進行階段劃分，這樣學生就可以結合自身的實際情況以及在計算機組裝方面的薄弱環節來有針對性地進行計算機組裝演示視頻的細節觀看，這樣就能在虛擬仿真技術的幫助下克服計算機組裝學習中的難點，實現對計算機組裝流程以及實際操作方法的熟練掌握。
（四）虛擬組裝實訓
在中職院校計算機組裝與維護教學過程中，虛擬仿真實訓的核心環節就是計算機的虛擬組裝實訓，學生可以通過該虛擬環境的計算機零部件組裝與真實環境的組裝過程中形成對照和交互來完成對計算機整機的組裝實訓學習。
利用虛擬仿真技術實現計算機虛擬組裝的關鍵技術如下：首先利用Unity3D將計算機各個零部件的裝配關系進行多層次的描述，將各個裝置環節進行分解展示。Unity3D引擎具有強大的動態仿真功能，利用該功能就能實現對計算機組裝虛擬環境下各零部件運動狀態以及實際載荷情況的動態仿真。在虛擬環境下進行的計算機組裝實訓能讓學生有親身操作的體驗，并對計算機組裝過程中的安裝、調試、故障檢測等不同項目進行深入的了解，與此同時，在虛擬環境下計算機組裝實訓不會受到場地、設備損壞以及安全隱患等因素的影響。
綜上所述，在中職計算機組裝與維護課程的教學過程中，合理地應用虛擬仿真技術能讓學生更加直觀、形象地進行計算機組裝維護實訓學習，極大地提升了學生的專業技能，同時，降低了中職院校的教學成本和管理成本。
參考文獻：
[1]吳言.虛擬現實與仿真技術在計算機組裝與維護實驗教學中的應用[J].信息與電腦（理論版），2013（4）：201-202.
[2]浦慧忠.基于Virtools的虛擬現實技術在計算機組裝與維護課程中的應用研究[J].智能計算機與應用，2015，5（6）：89-91.
編輯 武生智
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