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摘要：工程实践能力培养是新工科专业人才培养目标中的核心能力，尤其是对于理论与实践并重的印刷工程专业。为了更好地让学生融入到实践教学当中，通过引进、开展和应用虚拟仿真系统，为学生近似真实地再现印刷场景，提升其工程实践能力；以此为案例，探索新工科背景下印刷工程专业虚拟仿真教学改革措施，以期为相关印刷工程专业院校开展虚拟仿真教学的改革措施提供参考与借鉴。
关键词：新工科；印刷工程；虚拟仿真教学；人才培养
本文引用格式：吴光远，等.虚拟仿真教学在新工科专业人才培养中的实践教学研究——以印刷工程专业为例[J].教育现代化,2019,6(26):138-140.
随着我国“新工科建设指南”、“一带一路”、“《印刷业“十三五”时期发展规划》”等发展战略的深入实施，印刷行业亟需从规模速度型向质量效益型转变、由传统业态向新兴业态升级，实现“绿色化、数字化、智能化、融合化”发展，全面提升印刷业服务产业、服务群众的供给质量和水平，向印刷强国迈进。这都对印刷工程专业人才培养提出了新的要求和方向，加快新工科工程教育改革创新已成为当前高校印刷工程专业建设的首要目标和核心要义。相对于传统印刷工程人才培养目标，工程实践能力培养是新工科印刷工程人才培养目标中的核心能力。
印刷工程专业是一门理论与实践并重的学科，理论学习和实践学习并不是简单相加，而是相辅相成、相互促进，它要求从业者不仅要深入理解复杂抽象的工艺原理及流程，还要熟练掌握印刷设备的构造、操作及维修规程。所以，印刷工程专业本科人才培养必须加大课程实验、见习和实习等实践教学，从而更好地让学生能够理论学习与实践学习相结合。然而，由于受到高校发展定位、教学经费、实训场地等多方面因素的影响，在印刷工程专业教学中多以理论教学为主，实践教学严重不足。在这种教学模式下，多会出现教师授课吃力、学生学习困难等问题，教学效果不能令人满意。针对这种情况，我们通过引进、开展和应用虚拟仿真系统，为学生近似真实地再现印刷场景，提升其工程实践能力；以此为案例，探索新工科背景下印刷工程专业虚拟仿真教学改革措施，以期为相关印刷工程专业院校开展虚拟仿真教学的改革措施提供参考与借鉴。
一虚拟仿真教学概述
虚拟仿真教学利用虚拟技术、跨媒体技术、网络通信和人机交互等信息化技术对生产场景和设备故障进行全方位的虚拟再现，教与学、知识传授方式和获取方式、理论教学与实践教学等都发生了根本性变化。学生能够在虚拟仿真系统中扮演各种角色，对“生产设备”和“设备结构”能够了如指掌，真正地融入到实际“生产场景”当中去，最终提升自身的工程实践能力。同时，虚拟仿真教学内容可根据行业新技术、新业态、新模式和新产业的发展随时对生产设备及场景进行更新，其更新内容仅是相对应地系统软件模块，避免了教学设备购买所带来的时间成本和维修成本，拓展了实践教学内容的广度和深度。课堂内外、线上线下，学生可随时对虚拟仿真系统进行操作，打破了实际上机教学的时间和时空限制，学生通过不断试错的方式来掌握实际操作和设备故障分析解决能力，不必要考虑实际错误操作所带来的教学成本和设备损耗成本，延伸了实践教学的时间和空间，进而提升实践教学的教学质量和水平。
虚拟仿真教学形成了人才培养的新模式、新方法和新理念，为学生更好地搭建了与社会无缝衔接的桥梁和纽带。学生在没有进入企业之前，就可以在逼真的实训环境下不断调节生产参数，“真实”再现产品生产所发生地变化，更好地积累实践经验。这样既能锻炼学生的操作和判断能力，也能增强学生的实践能力，提升了解决实际问题的能力。
二虚拟仿真教学应用于印刷工程专业的意义
印刷工程专业以图文信息传播与再现为核心，综合计算机、信息处理、信息记录材料、颜色科学、数字媒体、心理生理学等多学科，整合了3D打印、云计算、大数据、物联网+等新兴技术的交叉型工科专业，其涉及到的教学内容多以抽象复杂的印刷工艺原理和流程、复杂多样的设备构造与操作规程为主，在专业教学当中应用虚拟仿真技术，兼顾学生的理论教学和实践教学，为学生逼真还原印刷生产场景。虚拟仿真系统能对“印刷设备”和“印刷机结构”进行仿真再现，学生能在系统中扮演印刷机长、车间主任等角色，全身心地投入到“印刷”生产和印刷故障排除过程当中去，最终提升学生在未来就业中的竞争力。
在实际的印刷产生实践当中，一个印刷参数微小的变化都会引起印刷样张的明显变化，进而产生印刷故障。同时，印刷过程还会产生印刷耗材的消耗，如油墨、纸张、橡皮布、印版等，如何对消耗品费用计算这一问题，也是学生需要掌握的。虚拟仿真教学充分遵循教师教学和学生学习规律，做到理论和实践相结合，让学生不断试错中学习和实践，循序渐进，最终提升相应地理论和实践能力。虚拟仿真教学应用到印刷工程专业中，采用教学引导——仿真模拟——实际操作的教学过程，将学以致用的观点应用到实践教学过程中具有非常重要的意义。
（一）实训环境的真实性
虚拟仿真系统真实再现了印刷生产整个流程，包括印刷设备、印后加工设备、印刷品质量检测等，学生可通过屏幕对各个印刷工序、印刷设备内部构造、印刷抽样进行查看。在实践教学过程中，学生不仅可以查看正常印刷的各种参数，还可以通过不断试错调整各种印刷参数，以此来掌握印刷生产流程和各个环节参数对印刷实践生产所带来的效果。
（二）实践教学的高效性
虚拟仿真软件相对应的软件安装操作简便，占地面积小，使用方便，学生可以线上线下、课内课外进行上机操作。学生可以不断进行试错训练，不会涉及到印刷耗材的实验和印刷设备的损耗，满足每个学生对印刷生产不同层次和不同要求的实践操作需求，大大地提升了实践教学的高效性。
（三）设备更新的及时性
虚拟仿真教学不必考虑大型印刷设备的购买，教学内容可随时随地根据印刷行业新技术、新业态、新模式和新产业的发展对印刷生产设备及场景进行及时地更新，其更新的内容仅仅是相对应的软件模块，避免了印刷设备购买所带来的时间滞后性和维修成本等问题。
（四）操作时间的安全性
在教学环境上通过计算机屏幕虚拟仿真代替实际的印刷设备，避免了学生直接进行印刷生产可能出现的安全问题。通过虚拟仿真系统，教师可以先对学生在实际印刷生产之前进行预热，对学生进行操作训练，避免学生在印刷设备上操作时遗忘某些操作而出现设备损坏、耗材浪费等现象，严重时可能出现的人身伤害所导致的重大安全事故。
三虚拟仿真教学的改革措施
（一）建立教学引导——仿真模拟——实际操作闭环机制
结合印刷工程专业高等教育新工科人才培养的目标和要求，教师先通过印刷理论知识、印刷流程及印刷故障教学案例对学生进行教学引导，让其对印刷理论、设备操作规程及印刷故障有一种清晰地了解和认知；然后通过虚拟仿真系统进行仿真模拟操作，让学生能够熟练地掌握印刷设备操作规程和分析解决印刷故障；最后，通过实际的印刷设备操作验证，熟练操作印刷设备并能尽可能地解决实际印刷生产出现的各种印刷故障。如果在操作印刷设备和解决印刷故障时，存在不能熟练操作和解决的印刷故障，反过来再通过教学引导进行理论讲解，接着让学生进行仿真模拟，最后再进行实际操作解决印刷故障。
（二）建立虚拟仿真数字案例资源库
结合学生学习情况，建立满足不同层次和不同需要的虚拟仿真教学资源库。根据教学内容和实际印刷设备，可将虚拟仿真实践教学内容分为三大部分，基础部分是印刷流程部分，主要讲解与呈现常用印刷设备操作及各个部件之间的衔接情况，熟练掌握各个部件的性能及印刷参数，为学生巩固理论知识奠定基础；其二是印刷样张检验部分，主要讲解与训练学生通过密度计、分光光度计、光泽度仪等设备工作原理及检测方法，巩固学生在实际课程实验中掌握测色仪器的应用，让学生能够灵活操作这些检测设备；提升部分是印刷故障分析与排除部分，主要讲解与训练实际印刷过程中产生的印刷故障的原因及排除方法，内容繁多且复杂。我们以目前应用最为广泛地胶印机为例进行阐述：胶印机一般由输纸、定位、递纸、印刷、润湿、输墨、收纸及其他辅助装置组成，胶印中的故障按照不同的方式可以进行不同的分类，通常按照故障的成因可以分为工艺故障和机械故障两大类。
(三)线上线下多渠道教学模式
传统的实践教学多采用指导教师面对面、手把手的方式进行上机操作，教学渠道单一，教学往往流于形式，导致学生对印刷机设备构造与操作规范流程掌握不够，造成实践教学内容比较枯燥单一。为此，在线下，我们根据虚拟仿真系统制作虚拟仿真教学案例与多媒体课件，在理论课和实践课时给学生进行讲解和分析。在线上，学生可以通过微信群和QQ群查看上课资料，并可以根据自己的理解和存在的问题进行交流，教师根据学生的疑难点进行线上回复。同时，教师可以设置一些思考题，让学生在群中进行回复和查找资料，提升学生的学习积极性和能动性。
（四）理论学习和实践学习并重考核方式
目前大部分高校印刷工程专业主要考核方式采取两部分进行：一是理论考试，二是平时成绩（其中实验成绩比重最大）。理论成绩主要是一些零散的知识点，并不能考核学生的综合素质能力；而实验考核主要是验证性的实践，不能反映学生的实践创新能力。这样的考核存在诸多地不足之处，更与新工科印刷工程人才的培养相差甚远。因此，我们结合实际学情，更好地激发学生的学习积极性和能动性，虚拟仿真模拟成绩比重占到了平时成绩的80%，根据这种考核更加能反映学生的实践能力。通过采用理论学习和实践学习并重地考核方式，培养了学生的独立思考学习能力及问题解决能力，为后续的课程设计和毕业设计打下了坚实的基础。
四 总结
本文通过将虚拟仿真教学引入到新工科印刷工程专业人才培养实践教学中，生动形象地把复杂抽象的印刷流程、印刷设备、生产场景呈现在学生面前，并且学生能够“亲手”不断试错的情况下对印刷设备进行操作和排除印刷故障，激发了学生的积极性和能动性。这种方式不仅增强的学生的理论能力和实践能力，还能增加未来学生就业的竞争力。高校印刷工程专业应以新工科人才培养为契机，培养德学兼修、德才兼备的新工科印刷工程人才，大力培养新工科人才，推动印刷行业深度融入全球印刷产业链、价值链、物流链，为我国印刷行业“走出去”带来新的机遇。
参考文献
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