楊中興

電子專業(yè)虛擬仿真實訓基地建設(shè)研究

楊中興

隨著虛擬現(xiàn)實與網(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)教育的各個環(huán)節(jié)，在職業(yè)教育實訓類教學中起到越來越重要的作用。虛擬仿真實訓對提高職業(yè)教育的教學質(zhì)量效果顯著。高職虛擬仿真實訓基地建設(shè)，要架構(gòu)先行分步實施，校企合作共建，共性與個性統(tǒng)一，反饋與開發(fā)同步進行。

高職教育；電子類專業(yè)；實訓基地；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、教學領(lǐng)域和教育、教學部門的普遍應(yīng)用和推廣。[1]虛擬仿真實訓教學模式由于不受地域和時間上的限制，可進行跨越時空的網(wǎng)絡(luò)教學，并且不局限在特定時間學習，為學習者提供了很大的方便。[2]本文重點研究建設(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)字化虛擬仿真實訓系統(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、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)計到制造再到出廠的整個過程。該系統(tǒng)建成后，可服務(wù)于所有電類專業(yè)學生，如應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)、電氣自動化技術(shù)專業(yè)、建筑電氣技術(shù)專業(yè)等，并可為其他專業(yè)的虛擬仿真實訓基地建設(shè)提供參考和借鑒。

一、虛擬仿真在教學中的意義

虛擬仿真實訓是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)仿真或者虛擬某些情境，對特定學科的教學、實訓內(nèi)容進行2D或者3D數(shù)字化模擬，以供學生觀察、操練和建構(gòu)其中對象，在獲得類似真實體驗的同時，牢固掌握知識理論和技能操作方法。如能在教學中運用得當，對提高職業(yè)教育的教學質(zhì)量會效果顯著。

虛擬仿真實訓系統(tǒng)具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性的特點，通過構(gòu)建逼真的實訓情境，虛擬典型工作環(huán)境，仿真大型實訓設(shè)備，還原真實的生產(chǎn)過程和操作流程，供學生觀察、操練、建構(gòu)其中的對象，使教師和學生能夠獲得和真實電子產(chǎn)品生產(chǎn)線相近的實訓體驗，達到替代或者部分替代實訓效果的作用，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)學院）應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)自主設(shè)計的虛擬仿真實訓系統(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

虛擬仿真實訓教學對職業(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)學生實訓教學具有重要的現(xiàn)實意義。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。這些技能和教學內(nèi)容在學院難以復制和再現(xiàn)，學生所接受的課堂教學內(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，學生可以在校內(nèi)就接觸、體驗和學習生產(chǎn)線各個崗位技能，為就業(yè)提前做好技術(shù)準備和心理準備。

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、波峰焊、回流焊等設(shè)備）一臺價格動輒幾十萬元，很多院校特別是偏遠地區(qū)的院校可能無力購買。即使有能力購買，通常也只能購買一兩臺作為教學演示用，無法實現(xiàn)讓每一位學生都實際動手操練。學生一旦操作不當，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，可以彌補一些院校教學資源有限、實訓條件的不足，以便資源共享，可在一定程度上實現(xiàn)教育公平。

此外，在真實的企業(yè)生產(chǎn)過程中的某些設(shè)備可能發(fā)生故障、錯誤狀態(tài)，這些均屬于小概率事件，平時可能很難遇到，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，使用真實設(shè)備教學也無法人為再現(xiàn)，也就無法給學生演示，而這些故障、錯誤狀態(tài)及其處理方法應(yīng)該是重要的教學點和實訓點。通過虛擬仿真技術(shù)，可以模擬這些小概率事件故障，并反復訓練，達到實體教學設(shè)備無法實現(xiàn)的教學效果。

二、虛擬仿真實訓系統(tǒng)設(shè)計原則

虛擬仿真教學系統(tǒng)的設(shè)計原則應(yīng)該是虛實結(jié)合、能實不虛、相互補充、資源共享。一方面，要根據(jù)學院辦學定位、辦學特色和學科專業(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)教學環(huán)節(jié)，堅持“少而精”原則；另一方面，要依托本校優(yōu)勢學科，整合虛擬仿真系統(tǒng)與現(xiàn)有學科專業(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、運作高效的虛擬仿真教學平臺。同時要避免千篇一律、缺乏個性的建設(shè)模式。[3]

在設(shè)計虛擬仿真實訓過程中可與校內(nèi)實訓條件相結(jié)合，與學院實體的實訓設(shè)備、實訓步驟和操作規(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)類虛擬仿真實訓系統(tǒng)，以真實電子生產(chǎn)企業(yè)為藍本，依托我?，F(xiàn)有的實體型電子產(chǎn)品生產(chǎn)加工實訓基地，通過線上、線下的實訓讓學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)，做到虛實結(jié)合、相互補充，取得良好的教學效果。圖2為依托真實崗位設(shè)計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)計的同時也應(yīng)盡量克服虛擬仿真實訓的弊端。虛擬仿真實訓存在著使學生對真實情景產(chǎn)品誤判的可能性。盡管虛擬仿真軟件竭力貼近真實情境，但是虛擬環(huán)境與真實環(huán)境之間的差異是永遠無法消除的。[4]為避免師生動手能力的弱化，虛擬仿真教學不能完全替代實體類實訓教學，應(yīng)堅持以實體類實訓為主，虛擬仿真實訓教學為輔的原則。

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

三、虛擬仿真實訓系統(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)計研發(fā)的虛擬仿真實訓系統(tǒng)項目管理過程，可歸納虛擬仿真實訓系統(tǒng)的基本建設(shè)思路如下。

1．架構(gòu)先行、分步實施

在對職業(yè)崗位、專業(yè)標準、職業(yè)標準、課程實施方式、社會服務(wù)等內(nèi)容進行詳細調(diào)研的基礎(chǔ)上，進行頂層設(shè)計，由項（項目或工作任務(wù)）及崗，由崗及訓，由訓及趣，由趣及學，學做一體，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)的實訓基地整體架構(gòu)。

2．校企合作共建

虛擬仿真實訓系統(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團隊和合作企業(yè)的先進技術(shù)資源。以學院為主導負責教學點設(shè)計和審核，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)團隊。

3．共性與個性的統(tǒng)一

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

4．反饋與開發(fā)同步進行

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訓操作與技術(shù)學習?？衫迷陂_發(fā)系統(tǒng)進行教學活動，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。讓學生在虛擬仿真實訓系統(tǒng)下，完成真實環(huán)境難以實現(xiàn)的認知和實踐過程，從而提高學生對知識的深入理解和綜合運用程度。[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)計的電子類虛擬仿真實訓系統(tǒng)為例，探討了虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計原則和設(shè)計思路。虛擬仿真實訓系統(tǒng)中媒體類型多樣、教學點繁多、數(shù)據(jù)量大，需要跟蹤技術(shù)發(fā)展、人才需求變化、教學內(nèi)容改進的步伐。虛擬仿真實訓系統(tǒng)的建設(shè)工作不可能一蹴而就，而是一個不斷迭代、滾動建設(shè)、充實改進、不斷完善的動態(tài)過程。

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

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

[3]祖強,魏永軍.國家級虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)現(xiàn)狀探析[J].實驗技術(shù)與管理,2015(32):156-158.

[4]騰道明.職業(yè)教育要謹防虛擬仿真實訓的泛化[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驗教學中的應(yīng)用探討[J].實驗室科學,2015(18):44-47.

[6]吳涓,孫岳民,雷威,等.東南大學機電綜合虛擬仿真實驗教學中心建設(shè)規(guī)劃思路與進展[J].實驗技術(shù)與管理,2014(31):5-9.

（遼寧建筑職業(yè)學院，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)教育集團專項2016年度重點課題（ZJX2016JT02ZD）

楊中興（1982—），男，遼寧遼陽人，講師，碩士。

[責任編輯，遼建職院：付永生]