虚拟仿真技术让工科生在家照样“做实验”

学生通过虚拟仿真平台完成齿轮油泵的拼装实验，掌握齿轮油泵运行原理及拼装结构。 天津大学供图

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。

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，帮助学生“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，就是依托虚拟现实技术——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”。教师和学生可以在3D空间里完成远程无法完成的复杂实验，体验实验室里难以实现的颇具危险性和破坏性的实验，从而提高教学效果。如今，这项技术成为解决疫情期间工科生难以完成实验等难题的“钥匙”。

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4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，你会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。

“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克服了这些传统教学方式的困难”。

天津大学2017级建筑学院本科生林雨辰则发现，以往书本上冷冰冰的知识点和数据，在体验的过程中仿佛也有了温度。

3月伊始，天津大学化工学院将《化工原理》系列等虚拟仿真实验教学资源免费向全国开放。全国各地的学生均可登录平台，使用所有的教学资源，在家里就可以“做实验”。

“我们面向全国高校开放自己的‘金课’，也是‘硬课’，这其中既有首批国家虚拟仿真实验教学项目，也有天津市第一个化工类国家虚拟仿真实验教学项目。”天津大学化工学院负责人介绍，学生可以在线完成全部化工原理单元操作实验，还可以体验在实际实验室很难实现的操作，比如参与对有毒、有害、易燃易爆等物质等处置。

“我们正在把虚拟仿真实验教学项目，作为实验课程改革的着力点，正在成为‘新工科’建设和‘双一流’建设中的利器。”天津大学副校长巩金龙表示，下一步，该校要建设形成专业布局全覆盖、教学效果优良、开放共享有效的信息化实验教学体系，努力与全国高校携手，共同推进“智能 教育”的新模式。（记者胡春艳 通讯员 焦德芳）