楊中興

電子專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)研究

楊中興

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)開始滲透到職業(yè)教育的各個(gè)環(huán)節(jié)，在職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)類教學(xué)中起到越來越重要的作用。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)對提高職業(yè)教育的教學(xué)質(zhì)量效果顯著。高職虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，要架構(gòu)先行分步實(shí)施，校企合作共建，共性與個(gè)性統(tǒng)一，反饋與開發(fā)同步進(jìn)行。

高職教育；電子類專業(yè)；實(shí)訓(xùn)基地；虛擬仿真技術(shù)

教育信息化的內(nèi)涵是指信息與信息技術(shù)在教育、教學(xué)領(lǐng)域和教育、教學(xué)部門的普遍應(yīng)用和推廣。[1]虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式由于不受地域和時(shí)間上的限制，可進(jìn)行跨越時(shí)空的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，并且不局限在特定時(shí)間學(xué)習(xí)，為學(xué)習(xí)者提供了很大的方便。[2]本文重點(diǎn)研究建設(shè)面向高職電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)的“電子產(chǎn)品全流程生產(chǎn)線”數(shù)字化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，以一款典型電子產(chǎn)品為例，涵蓋電子產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)前規(guī)劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)檢環(huán)節(jié)、生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)等全流程生產(chǎn)線內(nèi)容，以虛擬仿真的形式展現(xiàn)典型電子產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造再到出廠的整個(gè)過程。該系統(tǒng)建成后，可服務(wù)于所有電類專業(yè)學(xué)生，如應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)、電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)、建筑電氣技術(shù)專業(yè)等，并可為其他專業(yè)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)提供參考和借鑒。

一、虛擬仿真在教學(xué)中的意義

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真或者虛擬某些情境，對特定學(xué)科的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行2D或者3D數(shù)字化模擬，以供學(xué)生觀察、操練和建構(gòu)其中對象，在獲得類似真實(shí)體驗(yàn)的同時(shí)，牢固掌握知識理論和技能操作方法。如能在教學(xué)中運(yùn)用得當(dāng)，對提高職業(yè)教育的教學(xué)質(zhì)量會效果顯著。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性的特點(diǎn)，通過構(gòu)建逼真的實(shí)訓(xùn)情境，虛擬典型工作環(huán)境，仿真大型實(shí)訓(xùn)設(shè)備，還原真實(shí)的生產(chǎn)過程和操作流程，供學(xué)生觀察、操練、建構(gòu)其中的對象，使教師和學(xué)生能夠獲得和真實(shí)電子產(chǎn)品生產(chǎn)線相近的實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)，達(dá)到替代或者部分替代實(shí)訓(xùn)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(xué)院）應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)自主設(shè)計(jì)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)“虛擬電子科技有限公司”的一條虛擬電子產(chǎn)品生產(chǎn)線。

圖1 虛擬電子產(chǎn)品生產(chǎn)線

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)對職業(yè)院校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)以及其他電類相關(guān)專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)具有重要的現(xiàn)實(shí)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(chǎn)品的生產(chǎn)加工類企業(yè)，潛在就業(yè)崗位主要圍繞電子企業(yè)生產(chǎn)線的相關(guān)設(shè)備、工藝、管理等內(nèi)容。這些技能和教學(xué)內(nèi)容在學(xué)院難以復(fù)制和再現(xiàn)，學(xué)生所接受的課堂教學(xué)內(nèi)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(shù)建設(shè)“虛擬電子科技有限公司”全流程生產(chǎn)線，學(xué)生可以在校內(nèi)就接觸、體驗(yàn)和學(xué)習(xí)生產(chǎn)線各個(gè)崗位技能，為就業(yè)提前做好技術(shù)準(zhǔn)備和心理準(zhǔn)備。

虛擬仿真技術(shù)非常適合仿真大型生產(chǎn)設(shè)備。以應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)為例，電子產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備（如插件機(jī)、波峰焊、回流焊等設(shè)備）一臺價(jià)格動(dòng)輒幾十萬元，很多院校特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)的院?？赡軣o力購買。即使有能力購買，通常也只能購買一兩臺作為教學(xué)演示用，無法實(shí)現(xiàn)讓每一位學(xué)生都實(shí)際動(dòng)手操練。學(xué)生一旦操作不當(dāng)，很容易造成設(shè)備損壞，損失巨大。通過虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建虛擬電子生產(chǎn)設(shè)備，模擬設(shè)備的功能、還原其操作方法，可以彌補(bǔ)一些院校教學(xué)資源有限、實(shí)訓(xùn)條件的不足，以便資源共享，可在一定程度上實(shí)現(xiàn)教育公平。

此外，在真實(shí)的企業(yè)生產(chǎn)過程中的某些設(shè)備可能發(fā)生故障、錯(cuò)誤狀態(tài)，這些均屬于小概率事件，平時(shí)可能很難遇到，但是一旦發(fā)生就可能造成重大生產(chǎn)事故。由于是小概率事件，使用真實(shí)設(shè)備教學(xué)也無法人為再現(xiàn)，也就無法給學(xué)生演示，而這些故障、錯(cuò)誤狀態(tài)及其處理方法應(yīng)該是重要的教學(xué)點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)點(diǎn)。通過虛擬仿真技術(shù)，可以模擬這些小概率事件故障，并反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到實(shí)體教學(xué)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)效果。

二、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則應(yīng)該是虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛、相互補(bǔ)充、資源共享。一方面，要根據(jù)學(xué)院辦學(xué)定位、辦學(xué)特色和學(xué)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(xué)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持“少而精”原則；另一方面，要依托本校優(yōu)勢學(xué)科，整合虛擬仿真系統(tǒng)與現(xiàn)有學(xué)科專業(yè)資源，構(gòu)建全校統(tǒng)一的功能集約、資源優(yōu)化、充分開放、運(yùn)作高效的虛擬仿真教學(xué)平臺。同時(shí)要避免千篇一律、缺乏個(gè)性的建設(shè)模式。[3]

在設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)過程中可與校內(nèi)實(shí)訓(xùn)條件相結(jié)合，與學(xué)院實(shí)體的實(shí)訓(xùn)設(shè)備、實(shí)訓(xùn)步驟和操作規(guī)程相符合。如我校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)電子產(chǎn)品生產(chǎn)類虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，以真實(shí)電子生產(chǎn)企業(yè)為藍(lán)本，依托我?，F(xiàn)有的實(shí)體型電子產(chǎn)品生產(chǎn)加工實(shí)訓(xùn)基地，通過線上、線下的實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生熟練掌握典型電子產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)、調(diào)試、質(zhì)檢、維修等全部環(huán)節(jié)，做到虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充，取得良好的教學(xué)效果。圖2為依托真實(shí)崗位設(shè)計(jì)的元器件齊套崗位的任務(wù)截圖。

圖2 元器件齊套崗位任務(wù)截圖

在設(shè)計(jì)的同時(shí)也應(yīng)盡量克服虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的弊端。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)存在著使學(xué)生對真實(shí)情景產(chǎn)品誤判的可能性。盡管虛擬仿真軟件竭力貼近真實(shí)情境，但是虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境之間的差異是永遠(yuǎn)無法消除的。[4]為避免師生動(dòng)手能力的弱化，虛擬仿真教學(xué)不能完全替代實(shí)體類實(shí)訓(xùn)教學(xué)，應(yīng)堅(jiān)持以實(shí)體類實(shí)訓(xùn)為主，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)為輔的原則。

電子類學(xué)科是同信息技術(shù)緊密結(jié)合的學(xué)科，在促進(jìn)信息技術(shù)發(fā)展的同時(shí)也為自身的發(fā)展注入了新的活力?！疤搶?shí)結(jié)合”，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，是學(xué)科發(fā)展的需要也是培養(yǎng)懂理論、實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)工程科技人員的需要。[5]

三、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)思路

通過總結(jié)我校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)自主設(shè)計(jì)研發(fā)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)項(xiàng)目管理過程，可歸納虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的基本建設(shè)思路如下。

1．架構(gòu)先行、分步實(shí)施

在對職業(yè)崗位、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、課程實(shí)施方式、社會服務(wù)等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研的基礎(chǔ)上，進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，由項(xiàng)（項(xiàng)目或工作任務(wù)）及崗，由崗及訓(xùn)，由訓(xùn)及趣，由趣及學(xué)，學(xué)做一體，構(gòu)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(shí)訓(xùn)基地整體架構(gòu)。

2．校企合作共建

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)可采取校校合作和校企合作相結(jié)合的模式，最大范圍地匯集信息技術(shù)類優(yōu)秀企業(yè)、合作院校的骨干教學(xué)團(tuán)隊(duì)和合作企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)資源。以學(xué)院為主導(dǎo)負(fù)責(zé)教學(xué)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)。

3．共性與個(gè)性的統(tǒng)一

設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮學(xué)習(xí)者的個(gè)體差異，注重資源的多層次和多元化，營造靈活、自主、開放、個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，最大限度地滿足不同層次學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，體現(xiàn)共性和個(gè)性相結(jié)合。

4．反饋與開發(fā)同步進(jìn)行

應(yīng)盡量及早使系統(tǒng)上線，使用者可以便捷地展開自主的實(shí)訓(xùn)操作與技術(shù)學(xué)習(xí)。可利用在開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，在終端用戶的廣泛參與下，系統(tǒng)建設(shè)保持持續(xù)更新、反饋和迭代過程。讓學(xué)生在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)下，完成真實(shí)環(huán)境難以實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知和實(shí)踐過程，從而提高學(xué)生對知識的深入理解和綜合運(yùn)用程度。[6]

總之，教育的信息化和現(xiàn)代化已是大勢所趨，虛擬仿真教學(xué)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(shè)計(jì)的電子類虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為例，探討了虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思路。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中媒體類型多樣、教學(xué)點(diǎn)繁多、數(shù)據(jù)量大，需要跟蹤技術(shù)發(fā)展、人才需求變化、教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)的步伐。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)工作不可能一蹴而就，而是一個(gè)不斷迭代、滾動(dòng)建設(shè)、充實(shí)改進(jìn)、不斷完善的動(dòng)態(tài)過程。

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

[2]文福安.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].中國教育信息化,2008(21):37-39.

[3]祖強(qiáng),魏永軍.國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)現(xiàn)狀探析[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015(32):156-158.

[4]騰道明.職業(yè)教育要謹(jǐn)防虛擬仿真實(shí)訓(xùn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2015(18):44-47.

[6]吳涓,孫岳民,雷威,等.東南大學(xué)機(jī)電綜合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)規(guī)劃思路與進(jìn)展[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2014(31):5-9.

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)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(shè)教育協(xié)會“職稱委”遼寧建設(shè)職業(yè)教育集團(tuán)專項(xiàng)2016年度重點(diǎn)課題（ZJX2016JT02ZD）

楊中興（1982—），男，遼寧遼陽人，講師，碩士。

[責(zé)任編輯，遼建職院：付永生]