虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

海南經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳長(zhǎng)全

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用與推廣，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職教育中的應(yīng)用變得越來(lái)越重要，高職教育中，學(xué)生實(shí)訓(xùn)需求大的問(wèn)題通過(guò)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在教學(xué)中的使用可以得到有效解決；受訓(xùn)渠道窄、個(gè)性化訓(xùn)練不足、有效性不強(qiáng)、真實(shí)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)費(fèi)用高等是當(dāng)前高職教育實(shí)踐中存在的問(wèn)題。本文就虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行分析討論，就高職教育中各學(xué)科使用該平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)的案例進(jìn)行討論，對(duì)其中的技術(shù)難點(diǎn)和主要技術(shù)手段進(jìn)行分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)該技術(shù)的成果和現(xiàn)狀展開(kāi)討論，并描述了兩個(gè)真實(shí)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)例。

為了達(dá)到培養(yǎng)出的高職學(xué)生職業(yè)技能與崗位需求相適應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，隨著教育信息化的快速發(fā)展，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件在很多職業(yè)院校及高校中被廣泛使用，但是由于課程設(shè)置的多樣化及不同專業(yè)要求的不同，不同的學(xué)校所采用的教學(xué)軟件所使用的編程語(yǔ)言、體系結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境等都是有很大區(qū)別的，開(kāi)發(fā)方法也是各有特性，且不同的實(shí)訓(xùn)模型缺乏統(tǒng)一的操作模式和管理方式，造成數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，統(tǒng)一的集中管理不能被使用于各種仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件中，課程和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法獲得有效支持，數(shù)據(jù)缺乏足夠的開(kāi)放性，針對(duì)現(xiàn)狀我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際崗位設(shè)置在企業(yè)中的需求為依據(jù)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中小概率事件、不易實(shí)施的內(nèi)容應(yīng)用于平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集及技術(shù)中，借助現(xiàn)代化的技術(shù)手段建立出與傳統(tǒng)教學(xué)截然不同的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)以提高教學(xué)質(zhì)量。

1 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)概述

1.1 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的使用技術(shù)與特點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中操縱實(shí)訓(xùn)設(shè)備和儀器不是真實(shí)的，而是通過(guò)使用WEB方式進(jìn)行虛擬仿真設(shè)備的構(gòu)建，但是真實(shí)設(shè)備不具虛擬設(shè)備一樣的特性，開(kāi)展虛擬實(shí)訓(xùn)可以在不同地點(diǎn)和時(shí)間通過(guò)在互聯(lián)網(wǎng)上讓學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)作為一種計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)方式在教育領(lǐng)域逐步發(fā)展，借助必要的設(shè)備與用戶進(jìn)行交互。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，是計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，虛擬環(huán)境通過(guò)虛擬世界中視聽(tīng)觸覺(jué)等一體化的物體應(yīng)用，以教學(xué)體系中虛擬現(xiàn)實(shí)作為職業(yè)教育的手段，為實(shí)踐教學(xué)提供了有效的保障，因此，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)己成為職業(yè)教育重要的一部分。逼真的現(xiàn)代高科技生成技術(shù)可以使用戶獲得真實(shí)感受；沉浸性、構(gòu)想性、互交性是體驗(yàn)到的該技術(shù)的特點(diǎn)，通過(guò)建構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行對(duì)操作對(duì)象的觀察、使學(xué)生在虛構(gòu)的工作情景中獲得體驗(yàn)，得到職業(yè)能力的提高以及學(xué)習(xí)技能達(dá)到提升[1]。

1.2 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的理論基礎(chǔ)

理論基礎(chǔ)的建構(gòu)主義是實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，體現(xiàn)在教學(xué)中由教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)幫助以學(xué)習(xí)者作為中心，教師的身份從傳統(tǒng)單純的教學(xué)知識(shí)傳輸者轉(zhuǎn)化為協(xié)作者協(xié)助學(xué)習(xí)者認(rèn)知完成，構(gòu)建主義學(xué)習(xí)的理論隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用和教育信息化程度的越來(lái)越高。以構(gòu)建主義為協(xié)商基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)情境有交流、情境與意義。交流協(xié)商學(xué)習(xí)過(guò)程中的兩種特征在建構(gòu)主義中可視為一體。他們都是產(chǎn)生在全部學(xué)習(xí)者的想法通過(guò)雙方相互交換想法后都能被共同的學(xué)習(xí)群體所共享，從而進(jìn)一步推進(jìn)參與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。是在過(guò)程文化社會(huì)互動(dòng)中完成有關(guān)學(xué)習(xí)知識(shí)的一種理論，建構(gòu)主義的理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性是，它是基于人們的學(xué)習(xí)需求生成經(jīng)驗(yàn)理解構(gòu)建的一種過(guò)程。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中所創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境就是情境特征，這是有利于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)知識(shí)的意義建構(gòu)。通過(guò)計(jì)算機(jī)工具與多媒體技術(shù)的結(jié)合創(chuàng)設(shè)情境工具是非常有效的。意義建構(gòu)是情境化學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)，它的意義在于鼓勵(lì)學(xué)生積極探索主動(dòng)學(xué)習(xí)，將學(xué)生從原來(lái)的被動(dòng)學(xué)習(xí)中解放出來(lái)。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是近些年來(lái)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域一種通過(guò)真實(shí)體會(huì)虛擬化和數(shù)字化處理模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的新興技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境通過(guò)交互性技術(shù)的應(yīng)用，體現(xiàn)浸入性主要特征，虛擬設(shè)備應(yīng)用的體現(xiàn)性在人通過(guò)對(duì)實(shí)現(xiàn)使用中，體驗(yàn)者對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)與視覺(jué)的感受而實(shí)現(xiàn)，這種真實(shí)感受能取代環(huán)境中的感受，此外設(shè)備檢測(cè)自然條件下還到的反應(yīng)獲取真實(shí)的體驗(yàn)[2]。它能真實(shí)體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中人的各種感受，會(huì)給體驗(yàn)者帶來(lái)身處其中的體驗(yàn)，并做出相應(yīng)的交互行為進(jìn)行回應(yīng)。該技術(shù)通過(guò)將各項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行融合到穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)浸入的先進(jìn)理念。交互性體現(xiàn)在用戶體驗(yàn)到的所有感受都是通過(guò)傳感器收集信息后再傳遞給系統(tǒng)的，然后用戶再通過(guò)感知的信息反饋給系統(tǒng)，從而體驗(yàn)者從檢測(cè)到的信號(hào)獲取非常真實(shí)的感受。如圖1所示：

圖1 學(xué)生作為學(xué)習(xí)中心的教學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

2 國(guó)內(nèi)外虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

多媒體技術(shù)、遙現(xiàn)技術(shù)、3D打印技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、虛擬世界，虛擬仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、可視化技術(shù)，人機(jī)交互技術(shù)，仿真技術(shù)10種仿真技術(shù)是國(guó)外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用較多的技術(shù)手段[3]。如表1所示：

表1 國(guó)外虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的主要類別和形式

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)這一教育資源隨著虛擬仿真技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，也逐漸受到了教育界人士的青睞。目前國(guó)內(nèi)投入運(yùn)營(yíng)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)屈指可數(shù)。 西南交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的實(shí)踐平臺(tái)已于2015年初完成，目前被西南交通大學(xué)、北京理工學(xué)院使用。此外15個(gè)專業(yè)的學(xué)生受益于通過(guò)遠(yuǎn)程教學(xué)資源共享廈門大學(xué)機(jī)電類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的開(kāi)設(shè)，在模具數(shù)控專業(yè)、電氣專業(yè)等實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在全國(guó)很多高校都被推廣應(yīng)用，這些虛擬教學(xué)手段一定程度改善了教學(xué)效果，推廣速度還不夠快；部分學(xué)校網(wǎng)絡(luò)資源匱乏運(yùn)行速度較慢；學(xué)校計(jì)算機(jī)設(shè)備老舊；該項(xiàng)技術(shù)還處于應(yīng)用起步階段，其作用未得到充分實(shí)現(xiàn)，例如覆蓋院校的范圍不夠廣，使得平臺(tái)資源使用頻率較低、其效果得不到充分發(fā)揮等。

3 建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的意義

3.1 降低資金投入及升級(jí)平臺(tái)

實(shí)訓(xùn)基地在各類高職院校都是通過(guò)大規(guī)模購(gòu)置實(shí)訓(xùn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，但是，學(xué)校的財(cái)力有限，而且有的專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備價(jià)格昂貴，無(wú)法保證每個(gè)學(xué)生都能實(shí)操的教學(xué)需求。如果通過(guò)采用虛擬仿真技術(shù)僅僅需要采用計(jì)算機(jī)，就能滿足教學(xué)要求。采用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)還可以僅通過(guò)簡(jiǎn)單軟件升級(jí)就可以進(jìn)行平臺(tái)數(shù)據(jù)更新，這在一定程度解決了實(shí)訓(xùn)平臺(tái)需要購(gòu)置硬件升級(jí)在資金上的耗費(fèi)，因此，虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)高職院校降低實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目資金投入，及時(shí)與企業(yè)需求掛鉤，無(wú)論在時(shí)效性還是在經(jīng)濟(jì)性上都能較好地滿足學(xué)校對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需求。

3.2 極限工況模擬，崗位職業(yè)能力進(jìn)一步提升

在真實(shí)平臺(tái)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中一般會(huì)盡量避免對(duì)環(huán)境等會(huì)造成破環(huán)或者具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)訓(xùn)，在對(duì)極端情況的處理中只能通過(guò)圖片文字或者視頻等方式進(jìn)行操作。但在虛擬平臺(tái)的應(yīng)用中，各種危險(xiǎn)情境以及極限工況都可以被真實(shí)模擬出來(lái)，確保學(xué)生安全的同時(shí)又可以達(dá)到身臨其境的境界，使得學(xué)生均可對(duì)危險(xiǎn)的產(chǎn)生以及處理方法進(jìn)行全面了解和掌握，學(xué)生的崗位職業(yè)能力也會(huì)得以大大提高。

3.3 突破時(shí)空限制進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)能力

基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用較傳統(tǒng)意義上的實(shí)訓(xùn)受限于需要在一定的教學(xué)環(huán)境中進(jìn)行，操作對(duì)象隨著離開(kāi)一定的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所而消失，因此無(wú)法滿足學(xué)生課后的鞏固。通過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的使用學(xué)生可以在課前就展開(kāi)對(duì)接下來(lái)課程的預(yù)習(xí)等，課后也可反復(fù)操作，因此能實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)空的限制突破，通過(guò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建在很大程度上能提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的實(shí)現(xiàn)。

4 幾種虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用

4.1 PLC虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)案例

4.1.1 PLC虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用背景描述

高校PLC課程由于綜合性課程要求其集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣技術(shù)、控制技術(shù)、等為一體的，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械拆卸是全實(shí)物對(duì)象在使用過(guò)程中的缺點(diǎn)，因此實(shí)踐教學(xué)有對(duì)于仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有很高的要求。傳統(tǒng)的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行完成項(xiàng)目的程序編制和調(diào)試的，存在成本高、機(jī)型單一、軟件再升級(jí)困難和開(kāi)發(fā)難度大的問(wèn)題，同時(shí)也很難在實(shí)驗(yàn)室配備較全的工業(yè)控制設(shè)備。而仿真實(shí)物則是通過(guò)使用PLC的全實(shí)物與仿真實(shí)物兩種被控對(duì)象進(jìn)行平臺(tái)構(gòu)建，能有效解決這些問(wèn)題。因此通過(guò)建立虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)提高課程教學(xué)實(shí)效。

采用B/S架構(gòu)基于PLC虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了3D虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景VRMI，客戶端使用ActivcX完成的，核心功能模塊包括渲染該平臺(tái)與原理動(dòng)畫(huà)模塊仿真軟件交互模塊、原理圖計(jì)算模塊和，理論學(xué)習(xí)PLC軟硬件協(xié)同可供學(xué)生進(jìn)行原理圖繪制及實(shí)物接線、編制程序、提交完成并系統(tǒng)搭建實(shí)訓(xùn)報(bào)告。學(xué)生可不受時(shí)間和空間的限制完成虛擬互動(dòng)實(shí)訓(xùn)，完成實(shí)現(xiàn)完整的以及逼真場(chǎng)景的仿真調(diào)試[4]。

4.1.2 PLC虛擬仿真平臺(tái)實(shí)訓(xùn)案例

PLC實(shí)訓(xùn)流程，學(xué)生在 PLC虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，可基于任務(wù)或項(xiàng)目展開(kāi)實(shí)訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目或任務(wù)相關(guān)的理論學(xué)習(xí)、實(shí)物接線被控對(duì)象聯(lián)合調(diào)試、硬件設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)、及系統(tǒng)運(yùn)行的學(xué)習(xí)流程，這也是一個(gè)完整工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)流程?？蓪?shí)現(xiàn)一個(gè)PLC控制任務(wù)或項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)流程,從而完成完整的理論學(xué)習(xí)到硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)到協(xié)同調(diào)試的過(guò)程。PLC虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是不受時(shí)空開(kāi)放性的限制。可以大大減輕實(shí)驗(yàn)室對(duì)硬件設(shè)施與場(chǎng)地的依賴，學(xué)生能夠經(jīng)歷該平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的全流程、完成軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)并[6]。

4.1.3 系統(tǒng)理論學(xué)習(xí)過(guò)程

平臺(tái)系統(tǒng)打開(kāi)后，學(xué)生以自己角色登錄。在平臺(tái)登錄中選擇課程內(nèi)容為“電氣基本技能及PLC應(yīng)用”。以變頻器實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目舉例，先進(jìn)入“傳送帶運(yùn)行控制任務(wù)”，作為工業(yè)領(lǐng)域大量使用的設(shè)備，運(yùn)行穩(wěn)定操作能靈活是對(duì)傳送帶控制的要求。首先在理論學(xué)習(xí)部分教師也可利用該資源進(jìn)行授課，學(xué)生可以通過(guò)PPT資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)。

學(xué)生需通過(guò)模擬平臺(tái)使用完成傳送帶運(yùn)行控制任務(wù)，完成要求的正反轉(zhuǎn)持續(xù)運(yùn)行、停機(jī)的控制功能正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，學(xué)生可在實(shí)訓(xùn)欄目中通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)一臺(tái)傳送帶設(shè)備找到對(duì)應(yīng)的任務(wù)。

4.1.4 原理圖繪制及完成實(shí)物接線程序

學(xué)生通過(guò)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)可以看到平臺(tái)實(shí)驗(yàn)要求給出了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鶕?jù)傳送帶控制任務(wù)要求，進(jìn)行實(shí)物接線控制器的選擇、接觸器、電動(dòng)機(jī)按鈕的選擇、繼電器中間等器件根據(jù)繪制的原理圖制作完成，然后完成控制主電路和回路，這是在硬件接線平臺(tái)完成的，根據(jù)需要進(jìn)行布局元器件選型及接線。

4.1.5 程序編制完成

學(xué)生通過(guò)平臺(tái)打開(kāi)編程器在完成硬件設(shè)計(jì)后，通過(guò)使用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展。具體項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)流程如下：

第一步，項(xiàng)目創(chuàng)建。通過(guò)“添加新設(shè)備”在設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)點(diǎn)擊啟動(dòng)進(jìn)行項(xiàng)目名稱“創(chuàng)建新項(xiàng)目”完成創(chuàng)建及路徑填寫(xiě)。 第二步，硬件組態(tài)的完成。選擇所需控制器，再完成通信參數(shù)等屬性內(nèi)容配置的設(shè)置。第三步PLC變量，程序設(shè)計(jì)通過(guò)主程序先添加，同時(shí)再程序編寫(xiě)完成。第四步，進(jìn)行完成程序后程序下載工作。

4.1.6 完成軟件協(xié)同調(diào)試

在實(shí)現(xiàn)仿真器上，正確對(duì)邏輯軟件控制進(jìn)行驗(yàn)證，得到軟件是否完成基本調(diào)試，是否出現(xiàn)編程錯(cuò)誤。進(jìn)入實(shí)物仿真界面提供實(shí)物仿真功能使用，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)傳送帶設(shè)備的虛擬仿真全運(yùn)行過(guò)程和與真實(shí)設(shè)備具有一致性，控制效果可以直觀地觀測(cè)到。通過(guò)使用設(shè)備前端操作按鈕，可以避免學(xué)生主觀操作所導(dǎo)致的仿真平臺(tái)設(shè)備損壞，這也是平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)所在，這在進(jìn)行協(xié)同調(diào)試時(shí)非常有優(yōu)勢(shì)[7]。

4.1.7 平臺(tái)實(shí)訓(xùn)報(bào)告與教務(wù)功能

學(xué)生可以打開(kāi)教務(wù)管理端實(shí)訓(xùn)報(bào)告功能系統(tǒng)，對(duì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)中的內(nèi)容完成、進(jìn)行查看并提交給教師進(jìn)行評(píng)閱。此外，可以該平臺(tái)還能實(shí)現(xiàn)教務(wù)功能，教師在線答疑并查詢課程作業(yè)及成績(jī)，個(gè)人信息進(jìn)行維護(hù)等功能。

4.2 工程訓(xùn)練車削加工一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)研究

4.2.1 車削加工一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)的必要性

車削加工是高職院校工程類實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，在教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。車工實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容較廣，需要學(xué)生對(duì)理論知識(shí)及基本的操作技能進(jìn)行充分掌握，有助于加強(qiáng)學(xué)生理解加工工藝，有助于學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)對(duì)常用工夾量具的使用方法和安全操作技術(shù)，使其較快地掌握加工基本技能，從而提升實(shí)踐能力、工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。因此在教學(xué)中開(kāi)發(fā)了車削加工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)對(duì)文字信息、插圖信信息、動(dòng)畫(huà)聲音以及視頻網(wǎng)絡(luò)流媒體進(jìn)行虛擬仿真形式呈現(xiàn)，對(duì)于提升車削加工學(xué)習(xí)效果具有重要意義[8]。應(yīng)用實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的學(xué)生不僅可以進(jìn)行相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，同時(shí)學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維在通過(guò)運(yùn)用平臺(tái)的虛擬模塊和仿真軟件功能中得到鍛煉，拓展學(xué)生各方面能力。同時(shí)該平臺(tái)豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)人員教學(xué)水平，并降低了教學(xué)風(fēng)險(xiǎn)和教學(xué)成本。如圖2所示：

圖2 車削加工一體化創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái)

4.2.2 車削工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)功能

真實(shí)的動(dòng)手實(shí)踐操作通過(guò)進(jìn)行仿真實(shí)踐，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)安全操作工藝規(guī)則的熟練度提升，可以使學(xué)生能通過(guò)操作虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)真實(shí)操作與教學(xué)環(huán)境形同的虛擬仿真環(huán)境和設(shè)備。

仿真平臺(tái)在進(jìn)行加工中對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方使用標(biāo)紅進(jìn)行提示，學(xué)生則可通過(guò)系統(tǒng)建立幫助實(shí)現(xiàn)加工零件的工藝方案，實(shí)現(xiàn)車削加工的開(kāi)展，平臺(tái)能正確識(shí)讀零件圖，合理選擇加工刀具并切削加工。虛擬仿真模塊使用具備的車床加工普通零件能力。教師根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特性，合理選擇和指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析并提出改進(jìn)意見(jiàn)。通過(guò)工藝順序進(jìn)行自動(dòng)排序后，對(duì)零件進(jìn)行虛擬加工并進(jìn)行展示，學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)使用改進(jìn)加工工藝。

學(xué)生通過(guò)確定加工方案，安全完成工件裝卸。能按圖紙要求提出零件加工中存在的問(wèn)題，進(jìn)行對(duì)零件質(zhì)量的檢驗(yàn)并且給出解決方案。

4.2.3 車削加工一體化創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

數(shù)字教學(xué)化建設(shè)：每個(gè)車削加工練平臺(tái)依據(jù)知識(shí)框架進(jìn)行典型加工的操作，對(duì)平臺(tái)模塊涉及的包括加工工藝教工方法、車削加工基礎(chǔ)知識(shí)、工具量具夾具的使用結(jié)構(gòu)的方法、設(shè)備的知識(shí)點(diǎn)、設(shè)備分析等，每個(gè)根據(jù)訓(xùn)練車削知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字形式的平臺(tái)建設(shè)，通過(guò)包括動(dòng)畫(huà)、視頻錄像、錄音等直觀生態(tài)化創(chuàng)新集訓(xùn)工作原理、設(shè)備的操作規(guī)程和操作方法資源、安全常識(shí)等知識(shí)，圖片虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)數(shù)字化教學(xué)資源等各項(xiàng)資源的應(yīng)用，生動(dòng)的解讀工程實(shí)訓(xùn)加工平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。

通過(guò)平臺(tái)靜態(tài)圖的重點(diǎn)圖片，進(jìn)行照片資源的展示和知識(shí)點(diǎn)的標(biāo)注，學(xué)生對(duì)車床基本知識(shí)可以實(shí)現(xiàn)一目了然的掌握，如圖3所示：

圖3 車床基本組成

視頻資源建設(shè)：課程訓(xùn)練教學(xué)中設(shè)備的操作方法以及實(shí)訓(xùn)的操作步驟通過(guò)視頻教學(xué)資源表現(xiàn)，通過(guò)攝像機(jī)直接錄制的實(shí)景視頻。如車床操作模塊中車床刻度盤及手柄的使用、對(duì)刀和試切操作并經(jīng)過(guò)視頻剪輯處理后形成錄像教學(xué)資源。實(shí)訓(xùn)環(huán)境的真實(shí)性最大程度通過(guò)錄像視頻資源保證，學(xué)生對(duì)設(shè)備和操作流程通過(guò)實(shí)訓(xùn)環(huán)境產(chǎn)生直觀感性的認(rèn)識(shí)

4.2.4 一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用動(dòng)畫(huà)資源方法開(kāi)展建設(shè)

工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)大綱中難于理解、抽像的的運(yùn)動(dòng)形式，可以通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行清晰的教學(xué)資源展示。例如，展示車床的內(nèi)部傳動(dòng)原理。可以運(yùn)用二維平面動(dòng)畫(huà)展示形式進(jìn)行展示，也可以通過(guò)三維立體動(dòng)畫(huà)形式進(jìn)行展示。車床傳動(dòng)的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中，通滑液的流動(dòng)在不同角度實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，車床部件也可以通過(guò)觀察度的不同視點(diǎn)實(shí)現(xiàn)觀測(cè)。

車削加工一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)主要依托于數(shù)字化教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)軟件及硬件設(shè)施的集合。數(shù)字化教學(xué)軟件包通過(guò)平板電腦作為硬件設(shè)備作為支撐演示虛擬實(shí)訓(xùn)相關(guān)理論的動(dòng)畫(huà)視頻。

4.2.4.1 基礎(chǔ)知識(shí)講解

車削加工涉及到的基本知識(shí)工藝、指導(dǎo)人員進(jìn)行講解關(guān)系等內(nèi)容，深入講解規(guī)程及安全操作工件安裝的進(jìn)行。通過(guò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中該車床車刀、基礎(chǔ)知識(shí)模塊對(duì)整體結(jié)構(gòu)中車床各部分及各傳動(dòng)部件進(jìn)行作用。

4.2.4.2 模擬加工

可根據(jù)該模塊進(jìn)行選擇實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中虛擬車削加工車床的仿真模塊，保證學(xué)生學(xué)習(xí)了解正確的加工工藝順序，通過(guò)模擬加工視頻的收看，了解車削加工工藝以及加工順序，系統(tǒng)會(huì)幫助對(duì)一些典型零件的加工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而出現(xiàn)選項(xiàng)，任一選擇錯(cuò)誤就會(huì)出現(xiàn)提示，通過(guò)選擇可觀看到正確答案，下圖4為實(shí)訓(xùn)平臺(tái)車削加工模塊。

圖4 車削加工模塊

4.2.4.3 實(shí)際加工

學(xué)生在已熟練掌握車床的基本操作后，可以理論與實(shí)踐相結(jié)合分組進(jìn)行車削加工操作。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)突出實(shí)際操作迎合了學(xué)生實(shí)習(xí)特點(diǎn)，針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力能得以最大限度培養(yǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

高職院校信息化建設(shè)通過(guò)使用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)，得到了進(jìn)一步完善，高職院校通過(guò)對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的使用以及管理對(duì)實(shí)踐教學(xué)水平的提升起到了積極作用。