電子專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設研究

楊中興

電子專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設研究

楊中興

隨著虛擬現實與網絡技術的發(fā)展，虛擬仿真技術已經開始滲透到職業(yè)教育的各個環(huán)節(jié)，在職業(yè)教育實訓類教學中起到越來越重要的作用。虛擬仿真實訓對提高職業(yè)教育的教學質量效果顯著。高職虛擬仿真實訓基地建設，要架構先行分步實施，校企合作共建，共性與個性統(tǒng)一，反饋與開發(fā)同步進行。

高職教育；電子類專業(yè)；實訓基地；虛擬仿真技術

教育信息化的內涵是指信息與信息技術在教育、教學領域和教育、教學部門的普遍應用和推廣。[1]虛擬仿真實訓教學模式由于不受地域和時間上的限制，可進行跨越時空的網絡教學，并且不局限在特定時間學習，為學習者提供了很大的方便。[2]本文重點研究建設面向高職電子技術相關專業(yè)的“電子產品全流程生產線”數字化虛擬仿真實訓系統(tǒng)，以一款典型電子產品為例，涵蓋電子產品的工藝設計、產前規(guī)劃、生產過程、質檢環(huán)節(jié)、生產設備維護等全流程生產線內容，以虛擬仿真的形式展現典型電子產品從設計到制造再到出廠的整個過程。該系統(tǒng)建成后，可服務于所有電類專業(yè)學生，如應用電子技術專業(yè)、電氣自動化技術專業(yè)、建筑電氣技術專業(yè)等，并可為其他專業(yè)的虛擬仿真實訓基地建設提供參考和借鑒。

一、虛擬仿真在教學中的意義

虛擬仿真實訓是利用虛擬現實技術仿真或者虛擬某些情境，對特定學科的教學、實訓內容進行2D或者3D數字化模擬，以供學生觀察、操練和建構其中對象，在獲得類似真實體驗的同時，牢固掌握知識理論和技能操作方法。如能在教學中運用得當，對提高職業(yè)教育的教學質量會效果顯著。

虛擬仿真實訓系統(tǒng)具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性的特點，通過構建逼真的實訓情境，虛擬典型工作環(huán)境，仿真大型實訓設備，還原真實的生產過程和操作流程，供學生觀察、操練、建構其中的對象，使教師和學生能夠獲得和真實電子產品生產線相近的實訓體驗，達到替代或者部分替代實訓效果的作用，從而更牢固地掌握知識理論體系并獲得某種技能的資源。如圖1所示，為我校（遼寧建筑職業(yè)學院）應用電子技術專業(yè)自主設計的虛擬仿真實訓系統(tǒng)“虛擬電子科技有限公司”的一條虛擬電子產品生產線。

圖1 虛擬電子產品生產線

虛擬仿真實訓教學對職業(yè)院校應用電子技術專業(yè)以及其他電類相關專業(yè)學生實訓教學具有重要的現實意義。職業(yè)院校電子專業(yè)畢業(yè)生很多潛在就業(yè)單位是電子產品的生產加工類企業(yè)，潛在就業(yè)崗位主要圍繞電子企業(yè)生產線的相關設備、工藝、管理等內容。這些技能和教學內容在學院難以復制和再現，學生所接受的課堂教學內容與就業(yè)崗位的職業(yè)技能要求可能存在一定程度的脫節(jié)。通過虛擬仿真技術建設“虛擬電子科技有限公司”全流程生產線，學生可以在校內就接觸、體驗和學習生產線各個崗位技能，為就業(yè)提前做好技術準備和心理準備。

虛擬仿真技術非常適合仿真大型生產設備。以應用電子技術專業(yè)為例，電子產品生產設備（如插件機、波峰焊、回流焊等設備）一臺價格動輒幾十萬元，很多院校特別是偏遠地區(qū)的院校可能無力購買。即使有能力購買，通常也只能購買一兩臺作為教學演示用，無法實現讓每一位學生都實際動手操練。學生一旦操作不當，很容易造成設備損壞，損失巨大。通過虛擬仿真技術構建虛擬電子生產設備，模擬設備的功能、還原其操作方法，可以彌補一些院校教學資源有限、實訓條件的不足，以便資源共享，可在一定程度上實現教育公平。

此外，在真實的企業(yè)生產過程中的某些設備可能發(fā)生故障、錯誤狀態(tài)，這些均屬于小概率事件，平時可能很難遇到，但是一旦發(fā)生就可能造成重大生產事故。由于是小概率事件，使用真實設備教學也無法人為再現，也就無法給學生演示，而這些故障、錯誤狀態(tài)及其處理方法應該是重要的教學點和實訓點。通過虛擬仿真技術，可以模擬這些小概率事件故障，并反復訓練，達到實體教學設備無法實現的教學效果。

二、虛擬仿真實訓系統(tǒng)設計原則

虛擬仿真教學系統(tǒng)的設計原則應該是虛實結合、能實不虛、相互補充、資源共享。一方面，要根據學院辦學定位、辦學特色和學科專業(yè)發(fā)展統(tǒng)籌安排，找到真正需要并且適合虛擬仿真的專業(yè)教學環(huán)節(jié)，堅持“少而精”原則；另一方面，要依托本校優(yōu)勢學科，整合虛擬仿真系統(tǒng)與現有學科專業(yè)資源，構建全校統(tǒng)一的功能集約、資源優(yōu)化、充分開放、運作高效的虛擬仿真教學平臺。同時要避免千篇一律、缺乏個性的建設模式。[3]

在設計虛擬仿真實訓過程中可與校內實訓條件相結合，與學院實體的實訓設備、實訓步驟和操作規(guī)程相符合。如我校應用電子技術專業(yè)電子產品生產類虛擬仿真實訓系統(tǒng)，以真實電子生產企業(yè)為藍本，依托我?，F有的實體型電子產品生產加工實訓基地，通過線上、線下的實訓讓學生熟練掌握典型電子產品的開發(fā)、生產、調試、質檢、維修等全部環(huán)節(jié)，做到虛實結合、相互補充，取得良好的教學效果。圖2為依托真實崗位設計的元器件齊套崗位的任務截圖。

圖2 元器件齊套崗位任務截圖

在設計的同時也應盡量克服虛擬仿真實訓的弊端。虛擬仿真實訓存在著使學生對真實情景產品誤判的可能性。盡管虛擬仿真軟件竭力貼近真實情境，但是虛擬環(huán)境與真實環(huán)境之間的差異是永遠無法消除的。[4]為避免師生動手能力的弱化，虛擬仿真教學不能完全替代實體類實訓教學，應堅持以實體類實訓為主，虛擬仿真實訓教學為輔的原則。

電子類學科是同信息技術緊密結合的學科，在促進信息技術發(fā)展的同時也為自身的發(fā)展注入了新的活力。“虛實結合”，在實驗教學中引入虛擬仿真技術，是學科發(fā)展的需要也是培養(yǎng)懂理論、實踐能力強的高素質工程科技人員的需要。[5]

三、虛擬仿真實訓系統(tǒng)建設思路

通過總結我校應用電子技術專業(yè)自主設計研發(fā)的虛擬仿真實訓系統(tǒng)項目管理過程，可歸納虛擬仿真實訓系統(tǒng)的基本建設思路如下。

1．架構先行、分步實施

在對職業(yè)崗位、專業(yè)標準、職業(yè)標準、課程實施方式、社會服務等內容進行詳細調研的基礎上，進行頂層設計，由項（項目或工作任務）及崗，由崗及訓，由訓及趣，由趣及學，學做一體，構建起兼顧職前教育與職后教育、資源集成和資源開發(fā)的實訓基地整體架構。

2．校企合作共建

虛擬仿真實訓系統(tǒng)建設可采取校校合作和校企合作相結合的模式，最大范圍地匯集信息技術類優(yōu)秀企業(yè)、合作院校的骨干教學團隊和合作企業(yè)的先進技術資源。以學院為主導負責教學點設計和審核，以企業(yè)為開發(fā)主體，引入行業(yè)專家作為顧問，建立起分工明確、并行高效的系統(tǒng)資源開發(fā)團隊。

3．共性與個性的統(tǒng)一

設計過程中應考慮學習者的個體差異，注重資源的多層次和多元化，營造靈活、自主、開放、個性化的學習環(huán)境，最大限度地滿足不同層次學習者的個性化需求，體現共性和個性相結合。

4．反饋與開發(fā)同步進行

應盡量及早使系統(tǒng)上線，使用者可以便捷地展開自主的實訓操作與技術學習。可利用在開發(fā)系統(tǒng)進行教學活動，在終端用戶的廣泛參與下，系統(tǒng)建設保持持續(xù)更新、反饋和迭代過程。讓學生在虛擬仿真實訓系統(tǒng)下，完成真實環(huán)境難以實現的認知和實踐過程，從而提高學生對知識的深入理解和綜合運用程度。[6]

總之，教育的信息化和現代化已是大勢所趨，虛擬仿真教學的廣泛普及是職業(yè)教育信息化的必然要求。本文以自主設計的電子類虛擬仿真實訓系統(tǒng)為例，探討了虛擬仿真系統(tǒng)的設計原則和設計思路。虛擬仿真實訓系統(tǒng)中媒體類型多樣、教學點繁多、數據量大，需要跟蹤技術發(fā)展、人才需求變化、教學內容改進的步伐。虛擬仿真實訓系統(tǒng)的建設工作不可能一蹴而就，而是一個不斷迭代、滾動建設、充實改進、不斷完善的動態(tài)過程。

[1]何克抗.我國教育信息化理論研究新進展[J].中國電化教育,2011(288):1-19.

[2]文福安.虛擬實驗教學系統(tǒng)的研究與應用[J].中國教育信息化,2008(21):37-39.

[3]祖強,魏永軍.國家級虛擬仿真實驗教學中心建設現狀探析[J].實驗技術與管理,2015(32):156-158.

[4]騰道明.職業(yè)教育要謹防虛擬仿真實訓的泛化[J].職業(yè)教育,2016(119):12-14.

[5]張紅賓,趙二剛,張穎.虛擬仿真在電子類實驗教學中的應用探討[J].實驗室科學,2015(18):44-47.

[6]吳涓,孫岳民,雷威,等.東南大學機電綜合虛擬仿真實驗教學中心建設規(guī)劃思路與進展[J].實驗技術與管理,2014(31):5-9.

（遼寧建筑職業(yè)學院，遼寧 遼陽 111000）

YANG Zhong-xing
(Liaoning Jianzhu Vocational University,Liaoyang 111000,China)

With the development of virtual reality and network technology,virtual simulation technology has begun to penetrate into all aspects of vocational education,which plays a more and more important role in training teaching.The construction of higher vocational virtual simulation training base should construct the structure first,implement step by step,realize the co-construction of college-enterprise collaboration,the unity of generality and particularity,and the synchronized feedback and development.

higher vocational education;electronics major;practical training base;virtual simulation technology

G710

A

1009—7600（2017） 09—0066—03

Research on the Construction of Virtual Simulation Training Base for Electronic Major

2017-05-12

中國建設教育協(xié)會“職稱委”遼寧建設職業(yè)教育集團專項2016年度重點課題（ZJX2016JT02ZD）

楊中興（1982—），男，遼寧遼陽人，講師，碩士。

[責任編輯，遼建職院：付永生]