馬可　苑明海　馬亞生　莊曙東

摘? ?要：教育部高等教育司主辦的全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽，是面向全國在校學(xué)生開展科技創(chuàng)新工程實(shí)踐活動(dòng)的全國性大賽。通過深入分析大賽工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)與創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的關(guān)系，文章提出“虛實(shí)結(jié)合，以賽促教，以賽促改”的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)模式。針對(duì)此培養(yǎng)模式，研究者構(gòu)建以工程基礎(chǔ)認(rèn)知、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)現(xiàn)場操作三個(gè)訓(xùn)練層次為核心的虛擬仿真教學(xué)體系，并詳細(xì)闡述體系中各類課程與工訓(xùn)大賽深度融合而進(jìn)行的改革與建設(shè)。以基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大型電動(dòng)機(jī)軸承更換游戲的開發(fā)為實(shí)例，文章驗(yàn)證工訓(xùn)大賽牽引下的虛擬仿真教學(xué)模式的具體實(shí)施及效果。研究結(jié)果表明，大賽牽引下的虛擬仿真教學(xué)模式對(duì)提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，以及促進(jìn)工程訓(xùn)練中心的建設(shè)，都有積極作用。

關(guān)鍵詞：工訓(xùn)大賽;工程場景數(shù)字化;虛擬仿真;教學(xué)模式;創(chuàng)新實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G424.28 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-8454（2022）02-0117-06

在2018年的全國教育大會(huì)上，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)要在增強(qiáng)綜合素質(zhì)上下工夫，教育引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)綜合能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，并明確指出高校要著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。[1-2]近年來，各類競賽層出不窮，通過競賽培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能已成教育行業(yè)的共識(shí)，[3-4]現(xiàn)有的各類競賽雖然數(shù)量眾多，但水平參差不齊，大多缺少真正的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生獲得的還僅僅是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)或者創(chuàng)新設(shè)計(jì)的鍛煉。[5]實(shí)踐是創(chuàng)新的源泉，教育改革應(yīng)注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)。[6-7]全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽（簡稱“工訓(xùn)大賽”），開展的目的就是為了全面提升大學(xué)生的工程創(chuàng)新綜合素質(zhì)和能力水平。[8]目前，工訓(xùn)大賽由于對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和考核較為全面，受到越來越多的高校關(guān)注和參與，含金量逐年攀升，在中國高等教育學(xué)會(huì)發(fā)布的全國普通高校學(xué)科競賽排行榜上名列前茅。[9]

在工訓(xùn)大賽組委會(huì)最新發(fā)布的賽項(xiàng)設(shè)置中，增加了虛擬仿真賽道——工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)，本賽項(xiàng)重點(diǎn)圍繞“兩化融合”“數(shù)字工匠”“通專融合”，落實(shí)新工科建設(shè)與跨學(xué)科綜合能力培養(yǎng)?，F(xiàn)以工訓(xùn)大賽工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)為牽引，凝練多年大賽的指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)體系，以全面提升工程人才培養(yǎng)質(zhì)量為目標(biāo)，探索培養(yǎng)學(xué)生虛擬工程開發(fā)實(shí)踐能力的培養(yǎng)模式。同時(shí)展示數(shù)字媒體形態(tài)下的工程創(chuàng)新能力，傳播工程知識(shí)，普及先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)人才發(fā)展。

一、工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)與創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的相關(guān)性分析

2020年9月出臺(tái)的《關(guān)于舉辦第七屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的通知》中提出，本屆大賽的舉辦，將“深入推進(jìn)工程教育改革，全面提升大學(xué)生工程創(chuàng)新綜合素質(zhì)和能力水平”。[10]大賽的目標(biāo)是以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促改、以賽促建，打造具有中國特色、世界一流的工程實(shí)踐與創(chuàng)新教育體系，全面提升工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動(dòng)建設(shè)宏大的知識(shí)型、技術(shù)型、創(chuàng)新型勞動(dòng)者大軍。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，必須以學(xué)生為主體，結(jié)合大賽各賽項(xiàng)探究人才創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的模式，并構(gòu)建相應(yīng)的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系。[11]

1.工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)的工程內(nèi)涵及能力要求

此賽項(xiàng)要求以工程類為主題，自主設(shè)計(jì)并開發(fā)圍繞工程方面的游戲，游戲類型不限。鼓勵(lì)開發(fā)具有獨(dú)創(chuàng)性、新穎性、合理開腦洞的跨領(lǐng)域、跨學(xué)科題材，可以體現(xiàn)知識(shí)科普、模擬經(jīng)營、技能操作、社會(huì)公益等方面的內(nèi)容。游戲作品可用休閑游戲、角色扮演等形式，采用Demo、幻燈片、視頻等方式展示。

從比賽內(nèi)容要求來看，工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)的工程內(nèi)涵包括兩個(gè)方面。

（1）游戲內(nèi)容應(yīng)與工程知識(shí)相融合：游戲的形式應(yīng)與工程知識(shí)內(nèi)容相匹配;游戲操作模式和交互模式與實(shí)際工程場景具有很高的相似性。

（2）工程知識(shí)體系的完整性與準(zhǔn)確性：游戲包含的工程知識(shí)較為完整地涵蓋某一個(gè)領(lǐng)域或?qū)I(yè)模塊的內(nèi)容;所涉及的工程知識(shí)無明顯錯(cuò)誤。

從該賽項(xiàng)的工程內(nèi)涵可以看出：第一，游戲主題設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要考察學(xué)生的創(chuàng)新思維能力;第二，游戲內(nèi)容的策劃環(huán)節(jié)主要考察學(xué)生掌握和運(yùn)用工程知識(shí)的能力;第三，游戲的開發(fā)環(huán)節(jié)主要考察學(xué)生掌握相關(guān)工程實(shí)踐技能的程度;第四，現(xiàn)場決賽主要考察學(xué)生的表達(dá)能力、適應(yīng)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。因此，工程場景數(shù)字化比賽中好成績的取得，來源于參賽學(xué)生所具備的創(chuàng)新思維和工程知識(shí)，以及參賽隊(duì)伍的實(shí)踐技能和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力，而該賽項(xiàng)的設(shè)置對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力進(jìn)行了全方位考評(píng)。

2.工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的途徑

該賽項(xiàng)重點(diǎn)考察和培養(yǎng)學(xué)生與工程實(shí)踐相關(guān)的虛擬工程場景設(shè)計(jì)、美術(shù)創(chuàng)意以及數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的能力，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要途徑，其主要含義如圖1所示。

該賽項(xiàng)具有高度綜合性的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力提出了很高的要求，若想完成整個(gè)參賽流程并取得好的成績，必須牢固掌握相關(guān)的理論知識(shí)，具備較高超的實(shí)踐技能，并在此基礎(chǔ)上不斷提高個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，賽項(xiàng)的設(shè)置充分體現(xiàn)了“守德崇勞工程創(chuàng)新求卓越，服務(wù)社會(huì)智造強(qiáng)國勇?lián)?dāng)”的大賽主題。因此，在比賽的牽引下，探索如何行之有效地提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，具有十分重要的意義。

二、大賽牽引下的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)模式

1.人才培養(yǎng)模式

通過總結(jié)以往指導(dǎo)工訓(xùn)大賽的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合最新的大賽規(guī)程，構(gòu)建了以學(xué)生為培養(yǎng)主體、以工訓(xùn)大賽工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)為載體、以專業(yè)能力和非專業(yè)能力培養(yǎng)為兩翼、以培養(yǎng)和提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)的人才培養(yǎng)模式，如圖2所示。

（1）“以賽促教”，提升專業(yè)能力。實(shí)現(xiàn)工程場景數(shù)字化的前提是對(duì)相關(guān)專業(yè)工程知識(shí)的深度理解和消化吸收，進(jìn)而進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐，而現(xiàn)有的專業(yè)課程往往以課堂理論知識(shí)傳授為主，缺乏具有代表性的案例教學(xué)，專業(yè)課程之間也缺乏相關(guān)性，難以形成對(duì)學(xué)生綜合專業(yè)能力的培養(yǎng)。因此，以工程場景數(shù)字化競賽為載體，將與專業(yè)相關(guān)的制造車間、施工現(xiàn)場等場景引入課程，并結(jié)合工程訓(xùn)練中心豐富的實(shí)踐教學(xué)資源，有利于逐步構(gòu)建一個(gè)面向?qū)嶋H工程的、系統(tǒng)的專業(yè)課程體系，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

（2）“以賽促學(xué)”，培養(yǎng)專業(yè)外能力。當(dāng)代社會(huì)對(duì)復(fù)合型人才的需求不斷增加，學(xué)生在本專業(yè)以外的非專業(yè)能力十分重要，不但要求學(xué)生有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能，同時(shí)要求學(xué)生具備專業(yè)之外的工程實(shí)踐能力和表達(dá)、應(yīng)變、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力。學(xué)生在參與工程場景數(shù)字化比賽的過程中，工程場景的構(gòu)建，除了需要專業(yè)工程實(shí)踐能力外，還必須具備一定的虛擬工程開發(fā)實(shí)踐能力、創(chuàng)意及其深度、美術(shù)設(shè)計(jì)等方面的能力，在現(xiàn)場實(shí)踐與考評(píng)環(huán)節(jié)，要具備解決突發(fā)問題、復(fù)雜問題、未知問題的能力。因此，以工程場景數(shù)字化競賽為牽引有利于促進(jìn)學(xué)生非專業(yè)能力的培養(yǎng)、提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

（3）“以賽促建”，建立競賽指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建競賽訓(xùn)練平臺(tái)。在工訓(xùn)大賽中，學(xué)生是培養(yǎng)主體，教師則是培養(yǎng)質(zhì)量的保障，而競賽平臺(tái)是基礎(chǔ)與支撐。學(xué)生能力的培養(yǎng)，一方面是通過課程教學(xué)獲得，另一方面是通過工程經(jīng)驗(yàn)和參賽經(jīng)驗(yàn)的傳承獲得，這兩方面顯然都離不開一支指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)豐富并且知識(shí)和技能水平高的教師隊(duì)伍。由于參賽團(tuán)隊(duì)成員組成是不斷變化的，特別是學(xué)生是流動(dòng)的，因此，必須建設(shè)一個(gè)穩(wěn)定的競賽訓(xùn)練平臺(tái)，為新參賽隊(duì)員的選拔、訓(xùn)練和適應(yīng)新的比賽要求提供支持。

總之，學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升，與學(xué)生專業(yè)和非專業(yè)能力的培養(yǎng)以及教師隊(duì)伍和競賽平臺(tái)的建設(shè)密不可分，如果能夠規(guī)劃得當(dāng)，建設(shè)一個(gè)機(jī)制完善、資源豐富的競賽平臺(tái)，在此平臺(tái)之上構(gòu)建一套面向工程場景數(shù)字化競賽的虛擬仿真教學(xué)體系，并且實(shí)施到位，則將形成教學(xué)、競賽、能力提升間相互促進(jìn)的良性循環(huán)，形成一種具有可復(fù)制和推廣性的學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)模式。

2.基于工程訓(xùn)練中心構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)體系

工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)屬于工訓(xùn)大賽的虛擬仿真賽道，從以上對(duì)此賽項(xiàng)工程內(nèi)涵的分析可以看出，比賽對(duì)學(xué)生的工程知識(shí)掌握和運(yùn)用能力、虛擬工程場景的開發(fā)能力，以及創(chuàng)新精神有很高要求，而這些知識(shí)和能力的獲得主要來自于理論和實(shí)踐教學(xué)，因此，隨著競賽對(duì)學(xué)生知識(shí)面、知識(shí)層次以及實(shí)踐技能要求的不斷提高，構(gòu)建一套面向競賽的教學(xué)體系非常關(guān)鍵。工程訓(xùn)練中心結(jié)合工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)以及中心多年相關(guān)課程教學(xué)的豐富經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了以工程訓(xùn)練中心為平臺(tái)，以學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)和實(shí)踐技能訓(xùn)練為目標(biāo)，以工程基礎(chǔ)認(rèn)知、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)現(xiàn)場操作三個(gè)訓(xùn)練層次為核心的虛擬仿真教學(xué)體系，如圖3所示。

（1）以工程訓(xùn)練中心為平臺(tái)。工程訓(xùn)練中心是將理論付諸于實(shí)踐的最佳平臺(tái)，中心以競賽為牽引，實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施始終堅(jiān)持兩個(gè)突出：一是突出工程應(yīng)用，拓寬工程實(shí)踐范圍，引導(dǎo)學(xué)生參與真實(shí)工程課題，將校內(nèi)的教學(xué)和學(xué)生現(xiàn)場的感性認(rèn)知結(jié)合起來，激勵(lì)工程創(chuàng)新精神;二是突出綜合素質(zhì)，中心教師從實(shí)踐教學(xué)實(shí)際出發(fā)，結(jié)合自身科研項(xiàng)目，開發(fā)仿真教學(xué)裝備和軟件，將校內(nèi)的虛擬仿真操作與真實(shí)生產(chǎn)現(xiàn)場統(tǒng)一起來，鍛煉學(xué)生綜合工程能力，踐行工程習(xí)慣。通過中心平臺(tái)的建設(shè)，為在教學(xué)過程中遴選優(yōu)秀參賽隊(duì)員，以及競賽團(tuán)隊(duì)的高效運(yùn)作提供保障。

（2）以三個(gè)訓(xùn)練層次為核心。掌握相關(guān)工程現(xiàn)場及設(shè)備、原理、技術(shù)等，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程的基本認(rèn)識(shí)，為后續(xù)比賽打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)通過桌面式虛擬實(shí)驗(yàn)、交互式仿真訓(xùn)練和親歷式互動(dòng)實(shí)訓(xùn)等模式，借助大量仿真教學(xué)裝備和軟件，進(jìn)行各種虛擬工程場景仿真體驗(yàn)和操作訓(xùn)練，使學(xué)生掌握基本的實(shí)踐操作技能。在完成虛擬仿真訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，利用中心以及合作企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，在教師和工程師的指導(dǎo)下，進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)操訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程場景的直觀認(rèn)識(shí)和感受，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程的興趣和創(chuàng)新精神。

（3）以進(jìn)階式軟件培訓(xùn)為手段。虛擬工程場景的實(shí)現(xiàn)，要求學(xué)生能夠熟練使用相關(guān)編程、工程應(yīng)用以及游戲開發(fā)軟件，以完成三維建模、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)，因此課程體系采用基于通用編程軟件（如JAVA、C#）、工程應(yīng)用軟件（如SolidWorks）、專用開發(fā)軟件（如Unity 3D）的進(jìn)階式培訓(xùn)模式，使學(xué)生具備開發(fā)虛擬工程場景所需的實(shí)踐技能。

最后，通過參加工程場景數(shù)字化比賽，檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)教學(xué)體系實(shí)施效果，將有益經(jīng)驗(yàn)和不足之處形成反饋，以支持課程體系的持續(xù)改進(jìn)。

三、面向工程場景數(shù)字化的虛擬仿真教學(xué)實(shí)例

電動(dòng)機(jī)是典型的機(jī)電設(shè)備，也是電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能輸出的原動(dòng)機(jī)，特別是以大型電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)的水利機(jī)械、疏浚裝備、水電機(jī)組等水利行業(yè)大型機(jī)械裝備，具有重量大、價(jià)格昂貴、能耗大等特點(diǎn)，設(shè)備運(yùn)行過程時(shí)間長，空間跨度大、不可逆、運(yùn)行成本高，進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)實(shí)驗(yàn)難以使用原型設(shè)備進(jìn)行真實(shí)操作。而建立仿真模型，進(jìn)行相關(guān)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，不僅可以解決無法進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)的問題，更重要的是可以根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生深入地研究和分析大型電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，了解真實(shí)的動(dòng)態(tài)軸承更換過程，與將要開發(fā)的工程場景進(jìn)行零距離接觸。

現(xiàn)以大型電動(dòng)機(jī)的軸承更換過程為例，以其工程場景數(shù)字化為主題，以開發(fā)游戲并參加比賽為目標(biāo)，探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)施方案。

1.工程基礎(chǔ)認(rèn)知——體現(xiàn)核心技術(shù)，夯實(shí)參賽基礎(chǔ)

本工程項(xiàng)目涉及大型電動(dòng)機(jī)軸承外部結(jié)構(gòu)件的拆卸、專用工具的使用、軸承的電磁感應(yīng)加熱等多個(gè)操作步驟，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多，步驟煩瑣，實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求高，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長，原型實(shí)驗(yàn)難以實(shí)施。以軸承電磁感應(yīng)加熱為例，被加熱的軸承溫度高達(dá)100℃以上，之后須自然冷卻至室溫再進(jìn)行后續(xù)工序操作，該過程耗時(shí)長，且存在燙傷的危險(xiǎn)性。因此，本階段對(duì)學(xué)生主要進(jìn)行工程基礎(chǔ)認(rèn)知教育，通過工程訓(xùn)練中心開設(shè)的《認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)》課程實(shí)施，組織學(xué)生到工程現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)，深入了解工程施工工藝以及主要設(shè)備、工具情況，主要教學(xué)內(nèi)容包括：①深入了解電動(dòng)機(jī)的基本組成和結(jié)構(gòu)，掌握電動(dòng)機(jī)軸承更換的原理、方法和更換流程;②掌握常用工具和專用工器具的使用技能;③了解不同配合類型前提下，軸承如何進(jìn)行裝配;④加深對(duì)軸類零件定位固定方法知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。在有限的時(shí)間內(nèi)，將主要內(nèi)容教授給學(xué)生，學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行過程考核并最終提交實(shí)習(xí)報(bào)告，全面提升學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識(shí)水平，夯實(shí)工程實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)——培養(yǎng)工程興趣，提高創(chuàng)新能力

虛擬仿真教學(xué)主要采用兩種模式： ①桌面虛擬實(shí)驗(yàn)，利用工程訓(xùn)練中心現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備模擬典型的工業(yè)過程，用虛擬設(shè)備代替實(shí)物，形成三維虛擬場景，保證實(shí)際操作的安全，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程現(xiàn)場和施工工藝的可視化模擬，并在學(xué)生計(jì)算機(jī)桌面上展示;②交互式仿真訓(xùn)練，利用VR技術(shù)生成的逼真虛擬環(huán)境，學(xué)生佩戴交互設(shè)備在虛擬場景中模擬機(jī)床操作、事故處理等活動(dòng)。通過以上教學(xué)過程，有利于學(xué)生對(duì)工程場景數(shù)字化的基本研究方法、操作流程、注意事項(xiàng)等有全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)濃厚的工程興趣，提高學(xué)生的思考能力、動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力，更重要的是提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.生產(chǎn)現(xiàn)場操作——強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，增強(qiáng)實(shí)踐技能

為了提高學(xué)習(xí)效率，保證教師和學(xué)生安全，在真實(shí)工程現(xiàn)場主要采用組織學(xué)生進(jìn)行生產(chǎn)過程參觀、與工程師面對(duì)面交流的教學(xué)方式;實(shí)際動(dòng)手操作環(huán)節(jié)則采用學(xué)生親歷式互動(dòng)實(shí)訓(xùn)方式，在工程訓(xùn)練中心由教師指導(dǎo)完成，中心根據(jù)真實(shí)工程場景，將設(shè)備按一定的比例制作成具備真實(shí)結(jié)構(gòu)、功能的模型，學(xué)生在教師指導(dǎo)下對(duì)模型進(jìn)行多次拆裝，重復(fù)訓(xùn)練，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。

4.工程場景模擬——營造競賽氛圍，提升競賽技能

學(xué)生以小組形式參與，以3～4個(gè)學(xué)生（競賽要求每個(gè)參賽隊(duì)3～4名學(xué)生）為一組，包括1名三年級(jí)學(xué)生為組長，其他2～3名低年級(jí)學(xué)生為成員，配備具有豐富大賽指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)的教師，以大型電動(dòng)機(jī)更換軸承為參賽主題，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)營造工程場景。根據(jù)大賽要求及主題特點(diǎn)，利用三維建模軟件，構(gòu)建大型電動(dòng)機(jī)各部件、主要檢修工具等三維模型，采用JAVA、C#等語言開發(fā)的服務(wù)端系統(tǒng)管理、考核等程序，利用Unity 3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟開發(fā)，以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫技術(shù)搭建實(shí)驗(yàn)所需工器具、大型電動(dòng)機(jī)模型等數(shù)據(jù)庫，最后整體發(fā)布。在基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大型電動(dòng)機(jī)更換軸承工程場景游戲界面，用戶可利用常規(guī)鼠標(biāo)鍵盤對(duì)大型電動(dòng)機(jī)軸承更換工程進(jìn)行交互體驗(yàn)。最后，工程訓(xùn)練中心組織專家組，按照大賽決賽要求，組織參賽小組參與作品演講、游戲體驗(yàn)以及提問解答等考察環(huán)節(jié)，并給出成績。通過以上過程，提升參賽團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)思、工程內(nèi)涵梳理、游戲架構(gòu)設(shè)計(jì)、合理組織開發(fā)過程等綜合能力。

四、結(jié)語

本文通過分析工訓(xùn)大賽新設(shè)工程場景數(shù)字化賽項(xiàng)與學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的相關(guān)性，將競賽引入學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)過程之中，探討了通過“以賽促教”“以賽促學(xué)”“以賽促建”提升和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的模式，詳細(xì)闡述了基于工程訓(xùn)練中心構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)體系的思路，該體系以工訓(xùn)大賽為牽引，工程訓(xùn)練中心為平臺(tái)，工程基礎(chǔ)認(rèn)知、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)現(xiàn)場操作三個(gè)訓(xùn)練層次為核心，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)和實(shí)踐技能提升的目標(biāo)。最后，以基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大型電動(dòng)機(jī)更換軸承游戲的開發(fā)為實(shí)例，討論了虛擬仿真教學(xué)在競賽過程中的具體實(shí)施，游戲開發(fā)的結(jié)果表明，大賽牽引下的虛擬仿真教學(xué)模式對(duì)提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力、促進(jìn)工程訓(xùn)練中心的建設(shè)，都起到了積極作用。

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作者簡介：

馬可，河海大學(xué)常州校區(qū)工程訓(xùn)練中心副主任、實(shí)驗(yàn)師，郵箱：make@hhu.edu.cn;

苑明海，河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副院長、副教授;

馬亞生，河海大學(xué)常州校區(qū)工程訓(xùn)練中心講師;

莊曙東，河海常州校區(qū)工程訓(xùn)練中心主任、高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。

Abstract： National undergraduate engineering training integration ability competition （engineering training competition） sponsored by the Department of higher education of the Ministry of education is a national competition for students to carry out scientific and technological innovation engineering practice activities. Through penetrating into the relationship between the digitalization of engineering scene competition， the cultivation of innovation， and practice ability， this paper proposes the cultivation mode of innovation and practice ability based on the idea of “promotion of teaching by competition， promotion of learning by competition， and promotion of reform by competition”. In view of this training mode， this paper constructs a virtual simulation teaching system with three training level based on the engineering basic cognition， the virtual simulation training， and cored production field operation as the core. in addition， it elaborates the reform and construction of all kinds of courses in the system and the deep integration of engineering training competition. Taking the development of large motor bearing replacement game based on virtual reality technology as an example， the specific implementation effect of virtual simulation teaching mode with the guidance of industrial training competition is further verified. The results show that the virtual simulation teaching mode with the guidance of engineering training competition has played a positive role in both improving students’ innovative ability of practices and promoting the construction of engineering training center.

Keywords： Engineering training competition; Digitalization of engineering scene; Virtual simulation;? Teaching mode; Innovation and practice ability

編輯：王天鵬? ?校對(duì)：王曉明