“智能檢測技術”的虛擬仿真教學實訓中心建設策略研究

黨威武

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院，智能制造學院， 陜西，西安 710300)

0 引言

2019年1月，國務院印發(fā)《國家職業(yè)教育改革實施方案》，提出中國特色高水平高職學校和專業(yè)建設計劃，簡稱“雙高計劃”[1]。2019年12月，教育部、財政部公布《中國特色高水平高職學校和專業(yè)建設計劃建設單位名單》[2]，“雙高計劃”正式拉開建設序幕。2020年，《職業(yè)教育提質培優(yōu)行動計劃(2020—2023年)》再次強調(diào)扎實推進中國特色高水平高職學校和專業(yè)建設，再次明確高職“雙高計劃”建設的核心要義[3-4]。我校是機電一體化技術高水平專業(yè)群B檔立項建設單位[2]，機電一體化技術專業(yè)群涵蓋機電一體化技術、機械制造與自動化、數(shù)控技術、工業(yè)產(chǎn)品質量檢測技術、工業(yè)機器人等5個專業(yè)。專業(yè)群建設與發(fā)展過程中，主動對接智能制造產(chǎn)業(yè)“智能工廠、智能裝備、智能控制、智能檢測、智能物流”等關鍵技術鏈，探索并形成“基礎共享、核心分立、拓展互選”的模塊化課程體系。

“智能檢測技術”作為對接高端裝備制造業(yè)智能檢測崗位的核心技術技能課程，主要涵蓋坐標測量、掃描檢測、藍光拍照、機器視覺等先進檢測技術，涉及三坐標測量機、光學影像儀、藍光掃描儀等先進的智能化、數(shù)字式檢測設備，主要培養(yǎng)專業(yè)群學生了解智能檢測設備的操作原理，熟練其操作方法、維護保養(yǎng)規(guī)范及制定零件檢測方案等方面知識與技能，服務智能制造產(chǎn)業(yè)高端技術技能人才培養(yǎng)。

隨著“雙高計劃”建設的不斷推進，我校智能化檢測實訓中心已經(jīng)初具規(guī)模，建有一批先進、智能檢測設備。然而，在專業(yè)群學生數(shù)量劇增、生源結構變化等大背景下，智能化檢測實訓中心難以滿足學生的日常理實一體化教學需求，如設備損壞嚴重、維修成本高、工位有限等，難以保證每個學生的有效訓練時間和空間。此外，在百萬擴招、疫情防控等形勢影響下，在線教學已經(jīng)成為新常態(tài)，信息化教學模式改革已經(jīng)成為大趨勢。2020年9月，教育部正式發(fā)布《關于開展職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓基地建設工作的通知》文件，明確提出建設職業(yè)教育虛擬仿真實訓基地是改革教學手段、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的迫切需要，也是彌補職業(yè)教育實訓中看不到、進不去、成本高、危險性大等的重要措施[5]。近些年，虛擬仿真技術在高校實踐教學中得到充分應用[6-7]，極大的服務于各類專業(yè)建設及課程教育教學改革[8-11]，涌現(xiàn)出一批創(chuàng)新型虛擬仿真教學實訓項目，切實解除教學過程中實訓場地、實驗環(huán)境等限制因素，有效創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式，提升人才培養(yǎng)質量。因此，為更好地服務于專業(yè)群學生在線學習和技能訓練，我校啟動建設“智能檢測技術”虛擬仿真教學實訓中心，支撐專業(yè)群虛擬仿真實訓基地建設。本文結合《智能檢測技術》虛擬仿真教學實訓中心實際建設情況，總結提出建設思路和具體實施步驟，為職業(yè)院校同類實訓基地建設提供借鑒和參考。

1 建設思路

1.1 以問題為導向，建設高效教學實訓中心

“智能檢測技術”虛擬仿真教學實訓中心以培養(yǎng)專業(yè)群學生專業(yè)核心技能為出發(fā)點，針對傳統(tǒng)實踐教學中出現(xiàn)的問題，科學設計、精準施策、合理布局、軟硬件兼具進行建設。有效降低實訓設備購置、維修成本，避免實訓器材耗損。

以交互式桌面、實訓動作捕捉等多種虛擬現(xiàn)實設備為載體，高度融合虛擬仿真教學資源，創(chuàng)新實訓教學模式，構建學生沉浸、項目真實的實訓氛圍。有效促進知識點表達、技能點應用，以及學生與知識載體的交流、互動體驗。學生通過操作虛擬實訓動作，實現(xiàn)在虛擬實訓場景中的人機交互學習。有效消除因環(huán)境、設備數(shù)量不足帶來的無法直觀參與教學活動等問題，充分調(diào)動學生學習的主動性、創(chuàng)造性。

在虛擬現(xiàn)實教學實訓中心，師生可以調(diào)用豐富的實訓教學素材、借助人機交互系統(tǒng)，針對教學情境、技能項目進行創(chuàng)設和學習，不受實際實訓空間限制，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新精神。

1.2 以技術為支撐，建設先進教學實訓中心

文字、視聽媒體、虛擬現(xiàn)實交互技術是教育信息化發(fā)展的主要技術特征，這些為教育教學模式改革提供技術支撐。虛擬仿真教學實訓中心是基于虛擬現(xiàn)實技術的實踐教學場所，旨在創(chuàng)新真實化、情景化、可互動的教育教學新模式，豐富教學形式、增強學習體驗、提高教學樂趣。教學過程中，深度實現(xiàn)師生共鳴、知識傳遞的教學效果。

對標課程教學內(nèi)容，結合虛擬現(xiàn)實交互技術，科學規(guī)劃虛擬仿真教學實訓中心各區(qū)域功能要求，明晰不同硬件采購需求。對接教師教學方法，明確硬件技術要求，滿足師生實訓項目有效開展，提高教學深度。

1.3 以資源為抓手，建設可持續(xù)健康發(fā)展教學實訓中心

“智能檢測技術”作為工業(yè)產(chǎn)品質量檢測技術專業(yè)國家級教學資源庫的標準化課程，已經(jīng)基本建設完成，包含視頻、動畫、虛擬仿真等優(yōu)質教學資源，能夠為該課程虛擬仿真教學實訓中心提供教學資源支持。

針對虛擬仿真教學實訓中心軟硬件配置標準，結合“智能檢測技術”課程實踐項目教學要求，校企深入對接并組建課程資源開發(fā)團隊，安排骨干教師深入學習虛擬現(xiàn)實專業(yè)教學軟件、課件及其他資源開發(fā)技術等，為課程資源開發(fā)、修訂提供人員和技術支撐，為虛擬仿真教學實訓中心可持續(xù)健康發(fā)展奠定基礎。

2 建設內(nèi)容

2.1 總體規(guī)劃

“智能檢測技術”虛擬仿真教學實訓中心以職教云平臺為中心統(tǒng)籌建設，主要包括硬件建設和軟件建設兩部分。硬件建設包含虛擬仿真教學實訓中心、智能管理平臺等；軟件建設包含“智能檢測技術”專業(yè)課程體系及虛擬仿真資源等。

虛擬仿真教學實訓中心依托大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等前沿技術，采用“云+端”的架構形式，融入智慧教學、智慧實訓、資源開發(fā)等服務功能，建成集教學、實訓、體驗、資源開發(fā)、課程共享的虛擬仿真教學實訓場所，滿足課程教學與實訓需求，支撐專業(yè)群人才培養(yǎng)實訓平臺。圖1是虛擬仿真教學實訓中心的平面規(guī)劃圖。

圖1 虛擬仿真教學實訓中心平面規(guī)劃圖

2.2 硬件部分

“智能檢測技術”虛擬仿真教學實訓中心建設面積約150 m2，采用通用仿真設備、半實物仿真設備布置。硬件設備以桌面式交互一體機為主，內(nèi)置與教學過程深度融合的虛擬現(xiàn)實操作系統(tǒng)，配備智慧大屏，共配置1臺教師版集管理功能一體的高配教學一體機，50臺學生版標準虛擬現(xiàn)實一體機。教學與實訓過程中，以真實教學工件、檢測設備等為載體進行建模，形成虛擬現(xiàn)實教學模型，既保證教學效果，又節(jié)省成本、規(guī)避實訓操作危險。通過交互式操作，實現(xiàn)虛擬場景與現(xiàn)實實訓環(huán)境有機融合，避免教學無實感、教學效果不理想等問題。虛擬仿真教學實訓中心主要設備及功能要求詳見表1。

2.3 軟件部分

“智能檢測技術”是工業(yè)產(chǎn)品質量檢測技術專業(yè)的一門核心專業(yè)課，是隨著智能制造產(chǎn)業(yè)升級、檢測手段不斷更新而產(chǎn)生的一門涵蓋檢測新技術的標準化課程。旨在培養(yǎng)學生掌握先進檢測方法，適應行業(yè)企業(yè)崗位發(fā)展需要，提升學生崗前工程實踐能力。課程體系以項目型、任務型學習情境構建為導向，建設“教、學、做”一體化有機融合、符合企業(yè)現(xiàn)代檢測崗位要求的課程項目框架及教學內(nèi)容。課程框架主要內(nèi)容包括智能檢測技術概述、基于智能傳感器的檢測技術、三坐標測量技術、掃描檢測技術、藍光拍照檢測技術、機器視覺檢測技術及其他新型檢測技術等。

表1 虛擬仿真教學實訓中心主要設備明細表

依托虛擬現(xiàn)實交互技術，將虛擬現(xiàn)實操作系統(tǒng)與“智能檢測技術”課程體系框架高度匹配，形成集教學設計、教學素材、虛擬實訓及教學評價為一體的專業(yè)課程資源。資源類型有圖片、動畫、視頻、微課、虛擬仿真及文本類等。資源內(nèi)容包括各種智能化檢測設備的原理介紹、儀器結構拆解、測量過程、故障診斷與維修等模塊的仿真與實訓操作。

3 總結

“智能檢測技術”是我校機電一體化技術高水平專業(yè)群的核心專業(yè)課程，主要對接智能制造產(chǎn)業(yè)智能檢測崗位要求。為改善專業(yè)群學生“智能檢測技術”課程教學現(xiàn)狀，降低教學成本，提升課程理實一體化授課效果，激發(fā)學生學習興趣，本文結合我校“智能檢測技術”虛擬仿真教學實訓中心建設情況，提出建設思路及要求，列舉建設內(nèi)容，為建設虛擬仿真教學實訓中心提供借鑒，為專業(yè)群共享型虛擬仿真實訓基地建設提供支撐，助力專業(yè)群高質量建設與發(fā)展。