数字孪生,相信不再是一个很奇怪的词,网上给出的定义是:
“数字双胞胎是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,整合多学科、多规模的模拟过程。它作为虚拟空间中物理产品的镜像,反映了相应物理物理产品的整个生命周期过程。”
在小学和中学,我们经常接触到新的知识,主要依靠教科书中每一章的插图或老师的口头解释。在高中,时间紧迫,任务繁重。为了节省准备考试的时间,教师通常不会带学生去实验室,更重要的是,他们不会在课堂上使用实验教具进行演示。
在这种教育模式下,我们学到的大部分知识只停留在理论上,也就是说,我们只知道,但我们不知道为什么。我们只知道有这样一件事和概念,但事实上,这件事是怎么来的?如果有一点变化,会发生什么变化?书本上的理论是这样的,那么在现实中真正实践后,你能得出同样的结论吗?在我个人看来,我认为这是教学过程中更关键的环节,而不仅仅是教几个公式,告诉学生公式的适用范围,甚至不推导,让学生记住公式,开始打开各种练习集来刷很多问题。
庄子在《天下》中写道:判天地之美,分万物之理,这是人教版高中物理必修课本前的一句话。意思是体验天地万物的不同美,我们可以知道天地万物的生存真理。我们目前的物理和自然科学教学仍然与庄子提到的实践教学方法分离。只有真正做这个实验,从失败中积累经验,最后做一个实验,我们才能清楚地了解这个实验的因果关系和影响因素。
而真正的自然科学教学方法,不仅要停留在理论传递知识上,更要注重动手实验,实践真知。随着当下物联网技术愈发成熟,数字孪生技术的应用场景也逐渐多元化。若能将数字孪生技术赋能教育技术,则将以往分离的简单理论教学与实践联系起来。在庞大的教学培训行业中,如果数字双胞胎技术得到很好的应用,我相信现有的教育教学模式会发生很大的变化,教学质量会提高,教学成本也会降低。
当然,数字双胞胎技术不仅可以应用于自然科学,文科也有其应用场景。例如,当地理教师解释气候时,他们可以通过数字双胞胎技术直接展示不同城市的当前气候;例如,在解释山、山脊、山谷等山脉知识时,泰山、华山、黄山等山脉模型可以通过数字双胞胎直接调出,进行实际的结合解释。
这样,通过数字论教学就可以通过数字孪生技术进行辅助设计match站起来,通过原理进行实验,通过原理验证实验和复制实验,让教师不再害怕如何教学,让学生不再感到抽象和虚假的空间学习知识,真正的知识场景,将使教育和培训行业闪耀。
而我做的数字孪生实验项目——单摆,是对数字孪生赋能教育教学技术的小尝试。
Digital twin,到底twin在哪里?传统的实践教学,往往需要大量的教学成本投资,包括工具、设备、材料等,如果教师教学不当直接让学生操作,也有操作不当损坏设备的风险,导致传统的实践教学场景,不能达到每个人都学习的效果,毕竟,有时,一个小的操作错误可能会带来不可弥补的损失,所以很多时候实践教学场景往往是看,这个问题,对于数字双胞胎技术,所有的工具、设备、材料等都可以有相应的数字双胞胎,双胞胎可以根据物理实体同步,这样我们的学生就可以在双胞胎上进行实际操作,根据学生实时操作生成的参数传输到计算机屏幕,根据实时反馈结果,并在计算机屏幕上绘制图像。这样,学生就可以最真实地学习实践技术,尝试不同的操作会带来什么不同的结果,从而真正从实践中学习知识,更深入地理解和理解知识,使教师的教育教学真正达到预期的效果。
从2020自2000年以来,疫情影响了学校的教学环节,很多只能线下授课的课程只能转到线上课程。原来的实践教学环节是学生去实验室练习。受疫情影响,为了避免学生接触过多,大部分都被取消了。数字双胞胎技术在教学技术中的应用,可以借助互联网平台更好地在数字平台上演示实验。每个学生都可以在家里操作实验,不用出门,有效避免疫情对教育教学的负面影响。
在短学期的第一天早上,当老师谈论工程师时,我有了一些想法。Engineer我们可能很早就接触到了这个词,但这个词背后并不简单。工程师并不是说大脑中有一堆理论,而是说实践能力和工程能力强的人。invent能力,还得能design模型、analysis会spa>build和test建好的模型。不仅如此,还要考虑实用性、安全性、道德伦理的有机结合。工程师的拉丁语ingeniator 就源自ingenium (“聪明”)。想到家乡山东省的潍坊昌乐一中、昌乐二中,就是采用了翻转课堂式教学,注重对学生实践能力的培养,提高学生的工程能力,在很多人眼里满眼是困惑,牺牲了升学率,可在学生眼中,换来的确是各种能力综合实力的提升。我想这对于一个学生身心的发展和成长才是更为重要的。
所以我做这个单摆的目的,即是用数字孪生技术来更有效的帮助学生学习单摆的原理,帮助老师除了讲解单摆公式外能够真正把同学们教会,并且把这个模式复制到其他相关教育教学中。这还有很长的一段路要走,挑战也很大,这对于中国、对于世界,对于偏远地方教育技术的改进,都非常具有意义。我希望通过这次短学期,能够探寻OpenHarmony在教育教学技术中的创新可能,做一点自己的贡献。