閆　磊

(黑龍江省水利學(xué)校，黑龍江 肇東 151100)

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職業(yè)教育實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)中應(yīng)用仿真技術(shù)的探討

閆磊

(黑龍江省水利學(xué)校，黑龍江 肇東 151100)

數(shù)字化仿真技術(shù)引入職業(yè)教育實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，在很大程度上緩解了人力資源不足與實訓(xùn)設(shè)備不足的問題，提高了實訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量與效率，體現(xiàn)了職業(yè)教育“技能立業(yè)”的教學(xué)思想。在中職各個專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)中推廣應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，可以解決實訓(xùn)教學(xué)中出現(xiàn)的大量問題，但在數(shù)字化仿真類設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用中還存在一些問題需要解決。

數(shù)字化仿真；職業(yè)教育；實習(xí)實訓(xùn)；仿真軟件

0　引言

近年來，我國制造業(yè)快速發(fā)展，大量的企業(yè)對于高素質(zhì)技能型人才的需求越來越明顯。就業(yè)市場的這一明顯變化給職業(yè)教育提供了創(chuàng)新發(fā)展的大好契機。2008 年起，教育部頒發(fā)了一系列文件，指出要“大力推動仿真、多媒體課件等數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)”，“重點解決常規(guī)的教學(xué)手段、技術(shù)、設(shè)施設(shè)備難以實現(xiàn)的實習(xí)實訓(xùn)問題，重點滿足教學(xué)需求急迫且覆蓋面較大的模擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的需要”，這些文件的重要精神給職業(yè)學(xué)校的創(chuàng)新發(fā)展指出了新的方向。

1　數(shù)字化仿真技術(shù)在實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢

數(shù)字化仿真技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)。它以圖形學(xué)、控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和專用設(shè)備為工具，給使用者提供視覺、聽覺、觸覺等方面直觀性的感受，讓使用者如同身臨其境，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行動態(tài)試驗。例如，飛機的駕駛訓(xùn)練模擬器就是應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)的成果。數(shù)字化仿真技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的模擬現(xiàn)實環(huán)境，如建造水庫模型、在電腦上體驗星際旅行、分子的結(jié)構(gòu)顯示、汽車駕駛、大型機械設(shè)備的操作等。因此，利用數(shù)字化仿真技術(shù)建造的實訓(xùn)教室擁有傳統(tǒng)實訓(xùn)室難以比擬的優(yōu)勢。

1.1降低實訓(xùn)成本

常規(guī)實訓(xùn)教學(xué)中，我們受設(shè)備、場地、經(jīng)費等條件的限制，一些訓(xùn)練項目無法實現(xiàn)。而利用虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生在教室內(nèi)使用計算機、模型等就可以進行模擬實操訓(xùn)練，獲得與真實訓(xùn)練一樣的效果。在完成教學(xué)任務(wù)、實現(xiàn)教學(xué)目標的前提下，節(jié)省了大量的投資、設(shè)施設(shè)備等實訓(xùn)成本。

1.2提高實訓(xùn)安全

常規(guī)實訓(xùn)或操作往往會帶來各種危險，尤其是涉及金屬加工或強電的專業(yè)。而利用數(shù)字化仿真技術(shù)進行仿真實訓(xùn)，學(xué)生在模擬現(xiàn)實的環(huán)境中可以放心地去進行各種危險的操作練習(xí)。例如：虛擬的加工中心操作教學(xué)系統(tǒng)，可免除學(xué)員因編程失誤而造成機床碰撞的嚴重事故。

1.3不受空間與時間的限制

數(shù)字化仿真技術(shù)的出現(xiàn)徹底打破了時間與空間的限制，大到宇宙天體，小至分子、原子，學(xué)生都能夠做到近距離或零距離觀察。一些需要幾個月甚至幾年才能實現(xiàn)的變化過程，通過數(shù)字化仿真技術(shù)可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生。例如，路橋?qū)I(yè)中的大橋建設(shè)過程，真正的建設(shè)要很長的時間， 而仿真技術(shù)甚至在一堂課內(nèi)就可以完成整個過程，從而取得良好的教學(xué)效果。

1.4節(jié)約資源

常規(guī)的實習(xí)訓(xùn)練需要大量實習(xí)耗材。例如，機械加工專業(yè)實訓(xùn)需要消耗大量的鋼材、刀具與電能，并伴著設(shè)備損耗。而利用數(shù)字化仿真實訓(xùn)室進行相關(guān)的專業(yè)技能訓(xùn)練則不需要耗材， 節(jié)省了各類資源。

1.5保護了生態(tài)環(huán)境

許多實訓(xùn)項目都會排放出大量的廢渣、廢水、廢氣等污染物，如化學(xué)專業(yè)的實訓(xùn)將產(chǎn)生有毒廢棄物，焊接專業(yè)的實訓(xùn)將產(chǎn)生廢氣等。而利用數(shù)字化仿真實訓(xùn)室進行訓(xùn)練完全能夠避免這些問題的出現(xiàn)，從而保護了生態(tài)環(huán)境。

2　數(shù)字化仿真技術(shù)在實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)字化仿真技術(shù)能夠模擬出逼真的實際工作場景和工作流程。在數(shù)字化仿真實訓(xùn)教室中借助于計算機、網(wǎng)絡(luò)或一定設(shè)備，不但可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種實訓(xùn)項目，還可以直接獲得操作提示、反饋及評價，有效地進行實訓(xùn)。

2.1工科類專業(yè)教學(xué)數(shù)字化仿真技術(shù)的應(yīng)用

在汽修、數(shù)控、電子等專業(yè)中，可以利用數(shù)字化仿真技術(shù)，構(gòu)建與實物同樣的三維立體模型，實現(xiàn)儀器、設(shè)備、加工產(chǎn)品的立體展示，并可以在仿真軟件上實現(xiàn)加工、裝配、接線等操作，讓學(xué)生熟悉整個生產(chǎn)過程。還可以隨時隨地觀察到設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運行狀態(tài)，了解設(shè)備的運行原理；模擬出工廠中實際的工藝流程，展示詳細的制作和生產(chǎn)過程。教師可根據(jù)需要在各個環(huán)節(jié)講述原理，給予提示和說明。在仿真實訓(xùn)項目中，學(xué)生可以根據(jù)實際的生產(chǎn)知識操作和控制設(shè)備，觀察各種操作的結(jié)果，驗證自身操作的正確性，提高技能熟練程度。

在數(shù)控專業(yè)中數(shù)字化仿真技術(shù)的優(yōu)勢更為明顯。以往在數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生因技術(shù)不熟練發(fā)生撞刀、超程等事故，通過引進數(shù)字化仿真軟件教學(xué)極大地減少了這些事故的發(fā)生。學(xué)生在仿真軟件 (圖2.1)當中，能夠經(jīng)歷類似于真實加工場景的全部體驗，比如裝刀、換刀、工件夾緊、主軸正反轉(zhuǎn)、工作臺的移動、手動編程、程序檢驗等，并且能夠看到真實環(huán)境中看不到的刀具軌跡線，為學(xué)生進一步了解程序運行狀態(tài)、優(yōu)化刀路、改善加工程序、熟練編程技巧打下基礎(chǔ)。仿真軟件提供了各種型號的機床設(shè)備供學(xué)生選擇，不但包含國內(nèi)常用的一些型號，還包括很多國際上新出現(xiàn)的型號，開闊了學(xué)生的視野，拓展了學(xué)生的知識面，使學(xué)生能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境。這些都是真實的實訓(xùn)車間由于設(shè)備更新?lián)Q代跟不上而無法實現(xiàn)的。

圖2.1

2.2旅游專業(yè)教學(xué)數(shù)字化仿真技術(shù)的應(yīng)用

在旅游課程中，不可能每天領(lǐng)著學(xué)生去各個景區(qū)進行實地訓(xùn)練，這在人力資源和經(jīng)濟上都難以承受。我們可以將景區(qū)、景點進行數(shù)字化處理，在大尺寸電子屏幕上顯示景點的真實環(huán)境(圖2.2)，通過定制軟件實現(xiàn)立體場景的虛擬再現(xiàn)，在數(shù)字化仿真實訓(xùn)教室中就可以進行與實際場景中一樣的導(dǎo)游能力訓(xùn)練，使學(xué)生在鍛煉技能的同時掌握了各個景點、景區(qū)的資料，使學(xué)生能夠得到近似于真實的空間體驗。還可在仿真軟件中設(shè)計旅游出行路線，合理安排景點參觀順序，通過線上比對訓(xùn)練完善旅游設(shè)計能力與組織能力，收到較好的教學(xué)效果，提高教學(xué)效率。

圖2.2

2.3各類駕駛專業(yè)教學(xué)數(shù)字化仿真技術(shù)的應(yīng)用

車、船、飛機駕駛專業(yè)教學(xué)中，學(xué)生需要通過大量的重復(fù)性練習(xí)來掌握駕駛動作要領(lǐng)，進而達到熟練程度，提高操作與應(yīng)變能力。在挖掘機駕駛及操作專業(yè)的教學(xué)中，教師可以通過模擬仿真設(shè)備進行挖掘機的各種操作教學(xué)，實現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)和測試，學(xué)生可以隨意控制挖掘機的工作狀態(tài)，不必擔心磕、碰等危險，得到完整的裝、卸過程的訓(xùn)練，進而掌握操作技能。這是每個學(xué)生有一臺挖掘機進行實地訓(xùn)練，在場地與成本上難以實現(xiàn)的。在飛機駕駛專業(yè)教學(xué)中，由于飛機駕駛的特殊性，學(xué)生的實訓(xùn)有大半時間是在虛擬駕駛平臺(圖2.3)上完成的。學(xué)生在虛擬駕駛平臺上完成基礎(chǔ)操作訓(xùn)練，降低了實訓(xùn)成本，提高了實訓(xùn)的效益安全性，使職業(yè)學(xué)校開設(shè)飛機駕駛專業(yè)成為了現(xiàn)實。

圖2.3

2.4醫(yī)學(xué)類專業(yè)教學(xué)數(shù)字化仿真技術(shù)的應(yīng)用

眾所周知，醫(yī)生的工作就是治病救人。一名合格的白衣天使需要大量的臨床經(jīng)驗來造就。在學(xué)校學(xué)生沒有經(jīng)常接觸患者的機會，理論知識很難與實踐很好地結(jié)合起來，以往的畢業(yè)生畢業(yè)后需要多年的見習(xí)才能達到獨立出診的水平?，F(xiàn)在，通過數(shù)字化仿真技術(shù)可以將大量的病情、病例、醫(yī)生處置方案等錄入信息數(shù)據(jù)庫，建立醫(yī)患數(shù)字平臺，通過軟件調(diào)用平臺(圖2.4)中的信息生成模擬診療系統(tǒng)，讓醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生登陸模擬診療系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)，再將結(jié)果與合理的醫(yī)生處置方案進行對比，使學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)時就掌握大量的實踐經(jīng)驗，打下扎實的基礎(chǔ)。

如圖2.4

2.5其他課程教學(xué)中數(shù)字化仿真技術(shù)的應(yīng)用

在農(nóng)林檢測方面， 虛擬現(xiàn)實技術(shù)也有著廣泛的研究和應(yīng)用，例如農(nóng)林植被生長預(yù)測、植被分布統(tǒng)計、環(huán)境監(jiān)測等等。

3　數(shù)字化仿真類設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用問題

數(shù)字化仿真技術(shù)隨著高科技的深入發(fā)展，正在探索中逐步完善。雖然目前從事教育工作的相關(guān)人士——教育管理和一線教師，已經(jīng)認識到了數(shù)字化仿真技術(shù)對職業(yè)教育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用和發(fā)展前景，但在實際應(yīng)用中依然存在很多理論與技術(shù)上的問題需要解決。

3.1仿真軟件對計算機以及相關(guān)硬件的要求高

虛擬仿真軟件數(shù)據(jù)龐大，比如三維建模仿真軟件的應(yīng)用對顯卡和顯示器等有很高要求，將計算機中所設(shè)計的場景輸出還需要大量的專業(yè)輔助設(shè)備，如高清投影儀等，也就是說仿真軟件的使用需要較高規(guī)格的硬件來支持。

3.2沒有統(tǒng)一的設(shè)備及軟件標準

目前，職業(yè)學(xué)校投入使用與建設(shè)中的數(shù)字化仿真實訓(xùn)教學(xué)資源，嚴格執(zhí)行國家技術(shù)規(guī)范的不多。采購的設(shè)備與軟件花樣繁多，接口不統(tǒng)一，可移植性差。很多設(shè)備完全是小廠家生產(chǎn)的非標產(chǎn)品或?qū)W校根據(jù)自身需要定制的產(chǎn)品，售后維護與功能擴展存在不少困難，給今后的擴建與交流造成不變，不利于優(yōu)秀教育資源的推廣。

3.3應(yīng)用范圍狹窄

各地職業(yè)學(xué)校各自為政，缺乏交流與共建共享，對數(shù)字化仿真實訓(xùn)室的推廣和應(yīng)用力度不夠。應(yīng)盡快建立起政府主導(dǎo)下的企業(yè)、學(xué)校共同參與的共建共享機制，通過政府的主導(dǎo)、統(tǒng)籌，將分散的各種類資源按照教學(xué)需求與統(tǒng)一的技術(shù)標準予以集成，進而搭建起全國性教學(xué)資源共享平臺。

4　結(jié)語

數(shù)字化仿真技術(shù)的出現(xiàn)給職業(yè)教育實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)注入了新的含義，目前已經(jīng)在多個專業(yè)中得到應(yīng)用，并取得了良好的效果，展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化仿真硬件與軟件成本的降低，這種新的教學(xué)手段必將更多應(yīng)用于職業(yè)教育實習(xí)實訓(xùn)教學(xué)當中，在職業(yè)教育中大放異彩。

[1]張琳.仿真教學(xué)法在旅游專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息, 2011(17):239-239.

[2]金文.仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國職業(yè)技術(shù)教育, 2008(18):40-41.

[3]王芊.有效提高學(xué)生實踐能力的途徑——仿真軟件在數(shù)控技術(shù)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2009, 10(1):62-64.

(編輯馬海超)

Discussion on the Application of Simulation Technology in the Process of Vocational Education Practice Training

YAN Lei

(Heilongjiang Water Conservancy School, Zhaodong 151100, China)

Since digital simulation technology was introduced into the teaching of vocational education practice training, it has greatly alleviated the problem of insufficient human resources and inadequate training facilities, and improved the teaching quality and efficiency of practice teaching, which reflects the teaching idea of “skills foundation” of vocational education.The promotion of digital simulation technology in the practice teaching of various professions has obvious advantages.It can solve many problems in training teaching.But there are still some problems in the development and application of digital simulation equipment, which need the majority of colleagues to solve it together.

digital simulation; vocational education; practice training; simulation software

2016-03-21

黑龍江省技工教育2015年度“十二五”規(guī)劃課題《基于校企合作培養(yǎng)“三位一體”青年師資隊伍建設(shè)研究》，課題編號JG20150009

閆磊(1982-)，學(xué)士學(xué)位，講師。 主要研究方向：中職青年教師培訓(xùn)。

G712

A

1672-0601(2016)07-0085-04