寇 瑩，楊 洋

（吉林大學(xué)工程訓(xùn)練中心，吉林 長春 130025）

工程訓(xùn)練車削加工一體化實訓(xùn)平臺的建設(shè)研究

寇 瑩，楊 洋

（吉林大學(xué)工程訓(xùn)練中心，吉林 長春 130025）

根據(jù)對工程訓(xùn)練中心車削加工的實踐教學(xué)方案、教學(xué)特點(diǎn)和現(xiàn)有教學(xué)資源的整合與分析，結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)的要求，建立了工程訓(xùn)練車削加工一體化實訓(xùn)平臺。該平臺建設(shè)內(nèi)容包括：車床基本知識模塊、車床操作模塊、車床加工虛擬仿真模塊。實訓(xùn)平臺為工程訓(xùn)練的實踐教學(xué)和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供新的模式和理念。

工程訓(xùn)練；車削加工；一體化實訓(xùn)平臺

工程訓(xùn)練是高等工科院校實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)[1]，是學(xué)生學(xué)習(xí)工藝知識、提高綜合素質(zhì)、增強(qiáng)工程實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的實踐性基礎(chǔ)課程[2]。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量直接影響科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，決定國家的工業(yè)競爭力。因此，為確保在工業(yè)競爭中的有利地位，世界各國，特別是工業(yè)發(fā)展水平較高的國家尤其重視工程教育的改革和發(fā)展，力求培養(yǎng)出具有高競爭力的工程技術(shù)人才[3]。目前我國工科類高校基本上都建立了工程訓(xùn)練中心。工程訓(xùn)練中心已成為工科類高校中教學(xué)規(guī)模最大，受教學(xué)生最多的實踐教學(xué)基地[4]。

在高校工程實訓(xùn)教學(xué)中，車削加工作為其中的一個環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要的作用。車工實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容較廣，在實訓(xùn)過程中需要學(xué)生掌握充足的理論知識及基本的操作技能[5]，有助于加強(qiáng)學(xué)生對加工工藝的理解，了解常用工夾量具的使用方法和安全操作技術(shù)，掌握機(jī)械制造的一般過程和基礎(chǔ)知識，有助于學(xué)生將理論知識與實踐相結(jié)合，使其較快地掌握加工基本技能，從而提升工程意識、實踐能力和創(chuàng)新意識[6]。因此開發(fā)了車削加工實訓(xùn)平臺，通過文字、插圖、動畫、聲音、視頻、網(wǎng)絡(luò)流媒體和虛擬仿真交互等靜、動態(tài)數(shù)字資源等媒體形式呈現(xiàn)車削加工過程，對于更新教學(xué)觀念、創(chuàng)新教學(xué)模式、提高教學(xué)效率具有重要的意義[7]。

1 車削加工一體化實訓(xùn)平臺建設(shè)的必要性

車削加工是工程實訓(xùn)的重要環(huán)節(jié)，是工科絕大部分專業(yè)學(xué)生必備的技能之一。因此，全國各大高校工程訓(xùn)練中心均已開設(shè)車削加工模塊，但結(jié)合目前車削加工的教學(xué)現(xiàn)狀可以看出車削加工教學(xué)中仍然存在很多問題。

（1）教學(xué)設(shè)備陳舊，車削加工模塊中使用的教學(xué)設(shè)備無法與工業(yè)生產(chǎn)實際結(jié)合。設(shè)備使用時間較長，反復(fù)使用使設(shè)備產(chǎn)生了不可逆的損耗，影響教學(xué)效果。

（2）教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味，現(xiàn)如今大部分高校車床教學(xué)模塊仍采用傳統(tǒng)教學(xué)方法。依然將視頻、掛圖和實訓(xùn)指導(dǎo)人員示范操作等做為主要教學(xué)工具，傳統(tǒng)教學(xué)方法枯燥乏味，無法激起學(xué)生求學(xué)興致。教學(xué)內(nèi)容單一且一成不變，與時代發(fā)展脫節(jié)。

（3）學(xué)生安全無法保證，學(xué)生觀看完教示范示后直接操作機(jī)床，對于理論知識不扎實或動手能力較差的學(xué)生無法保證人身安全，且由于學(xué)生人數(shù)較多，實訓(xùn)指導(dǎo)人員很難做到時刻監(jiān)管。

（4）教學(xué)環(huán)境單一，傳統(tǒng)教學(xué)方式局限于課堂及實訓(xùn)場地。教學(xué)設(shè)備數(shù)量有限，無法使學(xué)生充分利用課堂時間，為學(xué)生提供自助學(xué)習(xí)的條件也得不到滿足。

2 車削加工一體化創(chuàng)新訓(xùn)練平臺的建設(shè)

車床一體化創(chuàng)新訓(xùn)練平臺旨在全面、系統(tǒng)地構(gòu)建一套完善的知識框架，將車床、車刀、工件安裝、車床操作與車削加工相結(jié)合，通過自主開發(fā)、校企合作、轉(zhuǎn)化科研成果和利用現(xiàn)有資源，創(chuàng)建一套由文字、插圖、動畫、聲音、視頻和虛擬仿真交互等靜、動態(tài)媒體教學(xué)資源形式組成的一體化創(chuàng)新訓(xùn)練平臺（如圖1所示）。以此來更新教學(xué)觀念、變革教學(xué)模式、提升教學(xué)效果。

圖1 車削加工一體化創(chuàng)新訓(xùn)練平臺

學(xué)生不僅可以應(yīng)用實訓(xùn)平臺進(jìn)行相關(guān)知識學(xué)習(xí)，還可以通過平臺提供的仿真軟件和虛擬模塊進(jìn)行自主加工，為拓展學(xué)生創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)能力提供了良好的平臺。同時該平臺也提高了實訓(xùn)指導(dǎo)人員的教學(xué)能力，豐富了教學(xué)內(nèi)容，降低了教學(xué)成本和教學(xué)風(fēng)險。

3 數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)

依據(jù)車削加工一體化創(chuàng)新訓(xùn)練平臺知識框架，對每個教學(xué)模塊涉及的知識點(diǎn)，包括加工工藝方法的應(yīng)用范圍、車削加工基礎(chǔ)知識、典型加工零件、工具量具夾具的使用方法、設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析、設(shè)備的工作原理、設(shè)備的操作規(guī)程和操作方法、安全常識等知識，根據(jù)每個知識點(diǎn)自身的特點(diǎn)建設(shè)形式適合的數(shù)字化教學(xué)資源，包括圖片、錄音、動畫、視頻錄像、虛擬仿真實訓(xùn)平臺等，通過直觀生動的數(shù)字化教學(xué)資源簡潔明了地解讀工程訓(xùn)練車削加工實踐教學(xué)知識點(diǎn)。

3.1 圖片資源建設(shè)

圖片教學(xué)資源是指通過靜態(tài)的圖片或者照片展示知識點(diǎn)，如車床基礎(chǔ)知識模塊，搜集、整理和建設(shè)關(guān)于車床基本組成的圖片（如圖2所示），通過大量的靜態(tài)圖片資源使學(xué)生一目了然地了解車床基本知識。

圖2 車床基本組成

3.2 動畫資源建設(shè)

動畫教學(xué)資源是指通過二維平面動畫或者三維立體動畫展示工程訓(xùn)練實踐教學(xué)大綱中抽像的、難于理解的知識點(diǎn)。如車床的內(nèi)部傳動原理，運(yùn)用動畫形式透明化清晰地觀察車床內(nèi)部部件的運(yùn)動、潤滑液的流動、車床傳動過程等，使學(xué)生可從不同視點(diǎn)、不同角度反復(fù)觀察車床相關(guān)部件。在車床加工仿真模塊中通過同樣可動畫形式展示車端面、外圓、中心孔、成形面（如圖3所示）等操作，通過觀看仿真動畫形象的將整個加工流程展現(xiàn)，幫助學(xué)生掌握車削加工工藝，了解整個加工過程。

圖3 車成型面仿真動畫

3.3 視頻資源建設(shè)

視頻教學(xué)資源是指按照教學(xué)設(shè)計要求通過攝像機(jī)直接錄制的實景視頻，包括工程訓(xùn)練教學(xué)中設(shè)備的操作方法以及實訓(xùn)的操作步驟等。如車床操作模塊中車床刻度盤及手柄的使用、對刀和試切操作（如圖4所示）等，并經(jīng)過視頻剪輯處理后形成錄像教學(xué)資源。錄像視頻資源在最大程度上保證了實訓(xùn)環(huán)境的真實性，使學(xué)生對實訓(xùn)環(huán)境、設(shè)備和操作流程產(chǎn)生直觀感性的認(rèn)識。

圖4 對刀與試切視頻

3.4 虛擬仿真實訓(xùn)平臺建設(shè)

虛擬仿真實訓(xùn)平臺是指利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對實踐教學(xué)環(huán)境、設(shè)備、工藝規(guī)則建立虛擬仿真實訓(xùn)平臺，使學(xué)生在虛擬仿真環(huán)境下進(jìn)行反復(fù)的仿真操作，增加對工藝規(guī)則的熟練度和安全操作常識，然后再進(jìn)行真實的動手實踐操作。如典型零件的車削加工，首先由學(xué)生安排加工工藝流程，若工藝順序安排正確會出現(xiàn)綠色的對號，若順序錯誤則為紅色錯號，學(xué)生可在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行改進(jìn)。同時系統(tǒng)還存在幫助功能，幫助學(xué)生能正確合理的安排加工工藝，工藝順序安排完成后，系統(tǒng)會對該零件進(jìn)行虛擬加工展示。通過虛擬仿真可使學(xué)生對典型零件進(jìn)行工藝安排，模擬加工，對加工中可能出現(xiàn)的問題做到及早發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)。

通過車床虛擬仿真模塊，可使學(xué)生能完成一般零件的車削加工工藝方案的制定，具備運(yùn)用普通車床加工零件的能力；能正確識讀零件圖并能根據(jù)工件材料的特性及可切削加工性能合理選擇加工刀具；確定加工方案、根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特性合理選擇、安全裝夾工件；并能對所加工的零件按圖紙要求進(jìn)行檢驗；對加工零件的質(zhì)量問題進(jìn)行分析并提出解決方案。

3.5 網(wǎng)絡(luò)資源庫建設(shè)

在工程訓(xùn)練中心網(wǎng)絡(luò)資源庫平臺建設(shè)的大框架下建設(shè)車削加工教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源庫。以工程訓(xùn)練中心網(wǎng)站和資源庫平臺為基礎(chǔ)，豐富和完善車削加工教學(xué)資源，將車削加工教學(xué)資源軟件、仿真實訓(xùn)平臺、教學(xué)視頻、教學(xué) PPT、教材等資源網(wǎng)絡(luò)化，支撐學(xué)生無任何時間和空間限制地學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

4 一體化實訓(xùn)平臺應(yīng)用

車削加工一體化實訓(xùn)平臺的建設(shè)主要依托于數(shù)字化教學(xué)軟件及完備的教學(xué)硬件設(shè)施。數(shù)字化教學(xué)軟件（如圖5所示）包括支撐實訓(xùn)相關(guān)理論講解的動畫視頻教學(xué)資源和支撐學(xué)生虛擬仿真實訓(xùn)操作的虛擬仿真實訓(xùn)平臺。硬件設(shè)備為支撐虛擬仿真實訓(xùn)環(huán)境的平板電腦。

圖5 教學(xué)軟件

應(yīng)用車削加工一體化實訓(xùn)平臺，車削加工課程教學(xué)過程如下：

（1）基礎(chǔ)知識講解。實訓(xùn)指導(dǎo)人員通過該平臺中車床基礎(chǔ)知識模塊對車床各部分結(jié)構(gòu)及各部件在整體中的作用、傳動關(guān)系等進(jìn)行講解。對其中涉及到的車削加工工藝、車刀基本知識、車床工件安裝及安全操作規(guī)程等內(nèi)容進(jìn)行深入講解。

（2）模擬加工。選擇車削加工實訓(xùn)平臺中車床加工虛擬仿真模塊，學(xué)生可根據(jù)該模塊提供的模擬加工視頻了解車削加工工藝，進(jìn)而對一些典型零件的加工工藝進(jìn)行設(shè)計，若安裝、刀具、加工順序任一選擇錯誤，系統(tǒng)會出現(xiàn)紅色錯號，選擇幫助選項可觀看正確答案，保證學(xué)生學(xué)習(xí)了解正確的加工工藝順序，圖6為實訓(xùn)平臺車削加工模塊。

圖6 車削加工模塊

（3）實際加工。學(xué)生對典型零件進(jìn)行虛擬加工后，已熟練掌握車床的基本操作，此時可分組進(jìn)行車削加工操作，以達(dá)到理論與實踐相結(jié)合的目的。

運(yùn)用一體化實訓(xùn)平臺既符合學(xué)生實習(xí)特點(diǎn)，又突出實際操作的實現(xiàn)，且講授內(nèi)容針對性強(qiáng)，能最大限度地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力。一體化教學(xué)是高校實訓(xùn)教學(xué)的發(fā)展趨勢，是突出技能訓(xùn)練有效手段。同時一體化教學(xué)要求實訓(xùn)指導(dǎo)人員既要有一定理論知識，又要有熟練的虛擬仿真教學(xué)能力。一體化教學(xué)的實踐與探索，為教學(xué)改革積累了寶貴的經(jīng)驗。

5 結(jié)束語

在對高校工程訓(xùn)練車削加工實訓(xùn)課程現(xiàn)狀及問題分析的基礎(chǔ)上，提出了基于車削加工的一體化實訓(xùn)平臺建設(shè)思路和實施方案。一體化實訓(xùn)教學(xué)方案在工程訓(xùn)練教學(xué)中起到了很好的助學(xué)、助教作用，降低了實訓(xùn)成本，提高了實訓(xùn)效率，保證了實訓(xùn)安全，達(dá)到了常規(guī)教學(xué)很難實現(xiàn)的教學(xué)效果。平臺的建設(shè)充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段，結(jié)合文字、動畫、聲音、視頻和虛擬仿真交互等靜、動態(tài)媒體教學(xué)資源，在工程訓(xùn)練車削加工中的應(yīng)用是工程訓(xùn)練實踐教學(xué)領(lǐng)域的新突破，為工程訓(xùn)練的實踐教學(xué)和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供新的模式和理念。

[1]賈 杰.創(chuàng)客教育與高等院校工程訓(xùn)練的融合[J].實驗技術(shù)與管理，2015，32（12）：30-35.

[2]陳 云，羅繼相，趙章焰，等.現(xiàn)代工程訓(xùn)練教學(xué)體系的優(yōu)化及規(guī)范化[J].高等工程教育研究，2011（4）：157-160.

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[6]謝桂秀.車工實習(xí)教學(xué)階段學(xué)生技能水平的提升方法闡釋[J].科技與創(chuàng)新，2017（11）：144-147.

[7]羅曉東，尹立孟，王青峽，等基于虛擬仿真技術(shù)的實驗教學(xué)平臺設(shè)計[J].實驗室研究與探索，2016，35（4）：104-107.

Establishment of Integrated Training Platform for Engineering Training Turning

KOU Ying，YANG Yang
（Engineering Training Center，Jilin University，Changchun Jilin 130025，China）

According to the engineering training center of the turning of the practice of teaching programs，teaching characteristics and the integration of existing teaching resources and analysis，combined with the requirements of modern educational technology，and put forward the establishment of the integrated training platform for engineering training and turning.The platform construction content includes:lathe basic knowledge module，lathe operation module，lathe processing virtual simulation module.The establishment of the platform for engineering training practice teaching and innovative talents to provide new models and ideas.

engineering training；turning processing；integrated training platform

G642.4

A

1672-545X（2017）10-0166-03

2017-07-06

寇 瑩（1988-），女，吉林長春人，碩士，助理工程師，主要從事工程訓(xùn)練研究。