李志香

(國(guó)家開放大學(xué)，北京 100039)

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革呼喚新工科，新工科要求以重素質(zhì)教育、強(qiáng)學(xué)科基礎(chǔ)、跨專業(yè)知識(shí)、新教學(xué)方法為特色，上接學(xué)科前沿、下接產(chǎn)業(yè)需求，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)，增強(qiáng)系統(tǒng)意識(shí)，拓展創(chuàng)新思維[1-3]。國(guó)家開放大學(xué)作為國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程開放教育的主要力量，人才培養(yǎng)目標(biāo)定位在培養(yǎng)應(yīng)用型人才,且以基層和生產(chǎn)一線員工為主要群體，而工科作為遠(yuǎn)程教育的重要組成部分亟待創(chuàng)新和實(shí)踐教學(xué)改革。工科教學(xué)一直是公認(rèn)的遠(yuǎn)程教育開展的難點(diǎn)，在工科遠(yuǎn)程教育中怎樣開展實(shí)踐教學(xué)又是難點(diǎn)中的難點(diǎn)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生專業(yè)綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要保證，是遠(yuǎn)程教育教學(xué)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。因此在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中如何開展實(shí)踐教學(xué)，如何在實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面改革創(chuàng)新，探索切實(shí)有效地解決實(shí)踐教學(xué)的途徑，成為目前迫切需要解決的問(wèn)題[4-5]。

一、遠(yuǎn)程教育工科實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

我國(guó)高等教育正處于以規(guī)模擴(kuò)張為特征的外延式發(fā)展向以提高質(zhì)量為核心的內(nèi)涵式發(fā)展轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，國(guó)家開放大學(xué)需要積極推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)模式改革，努力建構(gòu)以學(xué)生為主體活動(dòng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)(以教育性、創(chuàng)造性、實(shí)踐性、操作性為主要特征)，從而鼓勵(lì)學(xué)生積極參與、積極探討、積極思考、積極實(shí)踐，以學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)與提高為核心，最終帶動(dòng)學(xué)生專業(yè)和整體素質(zhì)全面提高。實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)緊密相連，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要因素，缺一不可，尤其對(duì)接受遠(yuǎn)程教育的工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，對(duì)課程理論知識(shí)的掌握不能只局限于單純的記憶，要注重理論與實(shí)踐的銜接，加強(qiáng)靈活運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)踐環(huán)節(jié)問(wèn)題的能力，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)與崗位的無(wú)縫對(duì)接[6]。但是，目前工科實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在遠(yuǎn)程開放教育中仍是一個(gè)較為薄弱的環(huán)節(jié)，實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能方面還沒(méi)有發(fā)揮出應(yīng)有的作用,很多老師對(duì)實(shí)踐教學(xué)在提升學(xué)生綜合素質(zhì)和專業(yè)技能方面的重要性認(rèn)識(shí)還不夠到位。遠(yuǎn)程教育工科實(shí)踐環(huán)節(jié)的不足主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是由于工科實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所需的設(shè)施、設(shè)備多，價(jià)格高，建設(shè)資金有限，實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐基地相對(duì)薄弱，不能滿足教學(xué)的需要；二是對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施的計(jì)劃性不強(qiáng),主動(dòng)思考不夠,措施不多,實(shí)施途徑單一,沒(méi)有能夠有效利用社會(huì)資源；三是學(xué)生基礎(chǔ)、能力差別很大，但實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)計(jì)劃過(guò)于統(tǒng)一；四是提供的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)資源太少，形式單一，缺少創(chuàng)新。所以主要依賴傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和上課模式，這遠(yuǎn)不能適應(yīng)工科遠(yuǎn)程教育學(xué)生學(xué)習(xí)的特殊性。

二、遠(yuǎn)程教育工科實(shí)踐教學(xué)中開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的必要性

2020年，突如其來(lái)的新冠肺炎疫情席卷全球，教育部要求充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的作用，建議國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺(tái)(實(shí)驗(yàn)空間)提供免費(fèi)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程資源、在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)支持、教學(xué)評(píng)估管理等，確保學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)課程在疫情期間“停課不停學(xué)”。國(guó)家開放大學(xué)積極貫徹教育部“停課不停學(xué)”的要求，充分利用“云教室”，免費(fèi)開放多個(gè)學(xué)習(xí)平臺(tái)和各種資源，為學(xué)生提供多元化的教學(xué)服務(wù)，保障特殊時(shí)期教學(xué)工作有序進(jìn)行(荊德剛，2020)。

國(guó)家開放大學(xué)遠(yuǎn)程教育的成人繼續(xù)教育和以線上為主、線下為輔的學(xué)習(xí)模式等特征決定了其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)不同于傳統(tǒng)的線下教育模式，由于成本、時(shí)間和空間等因素的制約，導(dǎo)致學(xué)生在遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的過(guò)程中，缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練。因此，探尋一種滿足開放遠(yuǎn)程教育的相關(guān)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境要求的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)模式，堅(jiān)持技術(shù)支撐創(chuàng)新辦學(xué)(林宇，2020)，成為提升教育教學(xué)質(zhì)量必須面對(duì)的問(wèn)題。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展與教學(xué)手段的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)、基于VR技術(shù)的微課程、基于語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課程等，為工科遠(yuǎn)程開放教育實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)帶來(lái)了新的實(shí)現(xiàn)手段和教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新機(jī)遇。[7]

國(guó)家開放大學(xué)數(shù)控專業(yè)，經(jīng)過(guò)十幾年的建設(shè)和發(fā)展，為社會(huì)培養(yǎng)大量的急需人才，獲得了各界廣泛的認(rèn)可。然而，由于教學(xué)過(guò)程中實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件所限，設(shè)備費(fèi)用昂貴，很難及時(shí)進(jìn)行更新?lián)Q代，培養(yǎng)的學(xué)生在實(shí)際知識(shí)應(yīng)用和動(dòng)手能力仍存在許多不足。比如《專業(yè)培養(yǎng)方案》中綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)除“金工實(shí)習(xí)”6學(xué)分外，其他三門課程分別為“數(shù)控自動(dòng)編程實(shí)訓(xùn)”4學(xué)分，“數(shù)控加工操作實(shí)訓(xùn)”8學(xué)分，“綜合實(shí)訓(xùn)(數(shù)控)”6學(xué)分。長(zhǎng)期以來(lái)，教學(xué)點(diǎn)對(duì)于這18學(xué)分的學(xué)習(xí)和考核都放在數(shù)控機(jī)床的簡(jiǎn)單操作上，甚至更簡(jiǎn)單。對(duì)該實(shí)訓(xùn)所能達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，比如數(shù)控加工工藝、CAD/CAM自動(dòng)編程、數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試、維護(hù)、保養(yǎng)等專業(yè)技術(shù)能力訓(xùn)練幾乎沒(méi)有，對(duì)于技能的培養(yǎng)更是微乎其微。

由于數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程涉及機(jī)械學(xué)科多個(gè)方面的內(nèi)容，涉及零件類型多、知識(shí)面寬，學(xué)生難以將多方面的知識(shí)結(jié)合起來(lái)靈活運(yùn)用。如果僅對(duì)空洞的機(jī)械基礎(chǔ)理論知識(shí)死記硬背，雖能在考試中過(guò)關(guān)，但學(xué)員并未能真正理解和掌握所學(xué)知識(shí)，在課程的實(shí)踐性環(huán)節(jié)則會(huì)暴露出不會(huì)綜合應(yīng)用的問(wèn)題。另外，如果僅滿足于理論值與實(shí)驗(yàn)值的驗(yàn)證吻合和照葫蘆畫瓢式的加工設(shè)計(jì)或編程，學(xué)員不能真正領(lǐng)會(huì)知識(shí)的內(nèi)涵，達(dá)不到工科教學(xué)的目的。虛擬仿真技術(shù)實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)它可以創(chuàng)建和體驗(yàn)一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，采用模擬和仿真的方式創(chuàng)造一個(gè)三維世界，并可以連接各種輔助傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。設(shè)計(jì)開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，能夠有效地節(jié)約人力、物力、財(cái)力，用最低的成本培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)人才。教學(xué)活動(dòng)按照理論與實(shí)踐相結(jié)合的項(xiàng)目教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，將實(shí)踐教學(xué)穿插于理論教學(xué)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高實(shí)踐能力[8]。學(xué)生可以通過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的演示、模擬和仿真實(shí)驗(yàn)，鞏固所學(xué)理論基礎(chǔ)，訓(xùn)練實(shí)踐技能，掌握實(shí)際操作方法，培養(yǎng)學(xué)生接受新事物的適應(yīng)能力和創(chuàng)新意識(shí)。

三、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)理論基礎(chǔ)

簡(jiǎn)·阿莫斯·夸美紐斯是西方近代教育理論的奠基者，其在《大教學(xué)論》(1632)中提出“應(yīng)該盡可能地把事物本身或代替它的圖像放在面前，讓學(xué)生去看、去摸、去聽、去聞，等等”[9]，讓學(xué)生從事物本身獲得知識(shí)。數(shù)控技術(shù)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的初衷正是遵循這個(gè)直觀性教育原則而設(shè)計(jì)，虛擬數(shù)控加工中心的實(shí)訓(xùn)操作，其操作方式與真實(shí)機(jī)床高度一致，并且可以模擬任何虛擬樣品加工，可以完成典型機(jī)械零件從毛坯到成品的虛擬加工過(guò)程。虛擬場(chǎng)景包括虛擬車間、輔助設(shè)備、工具、卷閘門、監(jiān)控?cái)z像頭和車間照明燈等設(shè)備，給學(xué)生身臨其境的感覺(jué)。同時(shí)，正如建構(gòu)主義理論(如皮亞杰，布魯納和維果茨基等)所強(qiáng)調(diào)的，認(rèn)識(shí)既不起因于主體，也不起因于客體，而是主體與客體的相互作用；理想的學(xué)習(xí)環(huán)境包括“情境”“合作”“對(duì)話”和“意義建構(gòu)”四個(gè)要素。數(shù)控技術(shù)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)旨在為學(xué)生創(chuàng)建理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握數(shù)控加工及其功能的目標(biāo)，建構(gòu)學(xué)生自己的認(rèn)知體系。

數(shù)控技術(shù)專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在上述教學(xué)理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)加工工藝的不同設(shè)計(jì)成若干獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，如機(jī)加工車間、電加工車間和鉗工車間等不同車間，每個(gè)車間實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化教學(xué)模式。項(xiàng)目化教學(xué)模式在學(xué)習(xí)模塊化思維的基礎(chǔ)上，將課程的知識(shí)分解成多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，然后根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在邏輯將其組合成相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)單元。根據(jù)不同崗位群體或技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)能力需求，明確勞動(dòng)力市場(chǎng)的實(shí)際需求和潛在需求，并將相關(guān)知識(shí)單元組合成教學(xué)項(xiàng)目。通過(guò)添加、刪除和調(diào)整組合，更新和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

數(shù)控技術(shù)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)包括5個(gè)加工車間，即5個(gè)項(xiàng)目模塊內(nèi)容。每個(gè)項(xiàng)目模塊先根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，再定項(xiàng)目?jī)?nèi)容，針對(duì)性強(qiáng)；各項(xiàng)目相對(duì)獨(dú)立，每學(xué)完一項(xiàng)目可獲得一項(xiàng)技能、知識(shí)或能力；項(xiàng)目間可靈活組合，各項(xiàng)目組合有明確的行為目標(biāo)和具體要求；課程項(xiàng)目模塊化更新效率高，具有可擴(kuò)展性，能及時(shí)反映行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的新技術(shù)、新方法、新流程、新手段。項(xiàng)目化教學(xué)從崗位專業(yè)能力分析入手，界定綜合專業(yè)能力，確定相應(yīng)的專業(yè)操作技能，然后根據(jù)崗位需求進(jìn)行教學(xué)分析和教學(xué)設(shè)計(jì)，形成相應(yīng)的數(shù)控加工項(xiàng)目教學(xué)模塊。

四、虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為遠(yuǎn)程高等教育提高了新的技術(shù)手段，使得我們可以根據(jù)”新工科”實(shí)踐課程的特點(diǎn)，從教學(xué)效果和實(shí)踐使用兩個(gè)方面對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,使其體現(xiàn)“資源共享”和“媒體開放”的兩大特征。仿真平臺(tái)頁(yè)面要實(shí)現(xiàn)布局合理，色彩協(xié)調(diào)，信息量大，重點(diǎn)突出和導(dǎo)航清晰的基本要求。學(xué)生可以從自身出發(fā)，選擇性地使用相關(guān)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行訓(xùn)練，做到因材施教，自主學(xué)習(xí)。

(一)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的內(nèi)容

我們開發(fā)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)包括兩部分內(nèi)容，一部分內(nèi)容是“虛擬制造工廠”。虛擬工廠由管理、設(shè)計(jì)、機(jī)加工、電加工、鉗工、檢測(cè)、裝配等七大虛擬部門及車間組成。如圖1所示。借助逼真的3D場(chǎng)景和3D虛擬設(shè)備，對(duì)典型機(jī)械零件(減速器、模具等)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程(設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、裝配、調(diào)整)進(jìn)行仿真教學(xué)和實(shí)訓(xùn))在國(guó)開系統(tǒng)內(nèi)都是首次實(shí)現(xiàn)。

圖1 “平臺(tái)統(tǒng)一、案例貫穿”的實(shí)踐平臺(tái)

“虛擬制造工廠”可以實(shí)現(xiàn)典型機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程的交互、體驗(yàn)式教學(xué)與實(shí)訓(xùn)。它由圖2(a)所示的七個(gè)虛擬中心、部門或車間組成，以逼真的三維場(chǎng)景圖2(b)和三維虛擬裝備圖2(c)，通過(guò)工廠實(shí)景的三維造型模擬，方便美觀的交互界面，營(yíng)造出身臨其境般的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)。

每個(gè)課程的三維資源包的組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 課程資源包結(jié)構(gòu)

(二)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的總體功能

這個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有“教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、考核、輔助”四大功能，學(xué)生可通過(guò)個(gè)人或分組的形式在平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)，表1所示為實(shí)踐平臺(tái)的教學(xué)功能。為了提高學(xué)生動(dòng)手操作和課程實(shí)踐的效率，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，實(shí)驗(yàn)開始之前可以安排與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的實(shí)驗(yàn)前測(cè)，確定學(xué)生是否已經(jīng)部分或全部掌握了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要的前期技能要求。實(shí)驗(yàn)前測(cè)內(nèi)容可以是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，也可以是實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求。平臺(tái)上提供一些與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目匹配的資源包，包括PPT課件和視頻資源等，供學(xué)生線上學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下觀看該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或類似案例的操作微視頻，然后開始實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作，不明白的理論知識(shí)可以從平臺(tái)上學(xué)習(xí)資源包里查詢，如表1所示。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)驗(yàn)，教師通過(guò)系統(tǒng)的監(jiān)控和交流模塊，進(jìn)行線上輔導(dǎo)，隨時(shí)給予幫助，排除實(shí)驗(yàn)障礙，點(diǎn)撥實(shí)驗(yàn)技巧。通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的不同功能，教師可以全程了解學(xué)員的實(shí)驗(yàn)操作情況，掌握實(shí)驗(yàn)過(guò)程反饋的主要問(wèn)題，確保學(xué)員完成實(shí)驗(yàn)并掌握技能。實(shí)驗(yàn)完成后學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由平臺(tái)或老師給出實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，同學(xué)可以重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)直到對(duì)自己的成績(jī)滿意。通過(guò)平臺(tái)，實(shí)訓(xùn)類課程可以實(shí)現(xiàn)“學(xué)、練、考、評(píng)”一體化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“基于實(shí)際工作過(guò)程”“項(xiàng)目化導(dǎo)學(xué)”等現(xiàn)代職業(yè)教育理念的支撐[10]。

表1 數(shù)控專業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的教學(xué)功能

(三)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的特色與優(yōu)勢(shì)

1.基于生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)踐體系

以實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分解為多個(gè)教學(xué)項(xiàng)目(如圖1)，統(tǒng)一實(shí)訓(xùn)平臺(tái)(虛擬制造工廠)，統(tǒng)一教學(xué)案例(如減速器和模具)，使得課程資源的內(nèi)容相互銜接滲透，首次實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一平臺(tái)、案例滲透、課程連通、知識(shí)融合”，從而成倍提高教學(xué)效果。

2.提升實(shí)踐教學(xué)效果

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)形式可以是演示型、驗(yàn)證型、結(jié)果型等，便于學(xué)生和教師遠(yuǎn)程操作和控制，通過(guò)虛擬的三維情景，學(xué)習(xí)者可以身臨其境地操作各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的交互過(guò)程中學(xué)習(xí)。通過(guò)虛擬技術(shù)，知識(shí)變得直觀生動(dòng)，能夠避免學(xué)習(xí)過(guò)程中容易出現(xiàn)的枯燥感。學(xué)習(xí)者通過(guò)在虛擬環(huán)境中做、交流、反思、探究，自己找出答案，更有利于知識(shí)的構(gòu)建；通過(guò)虛擬環(huán)境中的交互，也促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解。在整個(gè)實(shí)踐演練的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)獲得新教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)生動(dòng)形象的表現(xiàn)形式，來(lái)提高仿真軟件應(yīng)用對(duì)學(xué)生的感染力，增強(qiáng)學(xué)生的理解能力和記憶能力。

3.豐富的全媒體資源包

根據(jù)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行制作的教學(xué)資源，特別適合以“搭積木”的方式進(jìn)行教學(xué)，可以方便、靈活、快捷地組合各種個(gè)性化教學(xué)包。資源制作秉持“從工程實(shí)際出發(fā)，緊密結(jié)合工程實(shí)踐、銜接相關(guān)課程并以模具大賽為參考”的設(shè)計(jì)理念,保證學(xué)生在使用中能夠起到“學(xué)以致用、虛實(shí)一體”良好的使用效果。

4.靈活的考核方式

虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式是靈活、多元、及時(shí)反饋的?？梢悦嫦?qū)嶒?yàn)過(guò)程，也可以面向?qū)嶒?yàn)結(jié)果；可以是定性評(píng)價(jià)，也可以是定量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的實(shí)驗(yàn)是在線完成的，實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)可以線上進(jìn)行，評(píng)價(jià)的主體可以是教師、學(xué)員個(gè)體、實(shí)驗(yàn)小組，也可以是網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“學(xué)、做、考、評(píng)”一體化教學(xué)。

四、虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)存在的問(wèn)題分析

利用虛擬仿真技術(shù)開展數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)，與基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體的傳統(tǒng)操作相較而言,安全性是其優(yōu)勢(shì)，在虛擬仿真教學(xué)過(guò)程中，軟件設(shè)計(jì)的仿真訓(xùn)練可以使學(xué)生在虛擬加工環(huán)境中進(jìn)行模擬具體操作，但同樣會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，具體如下:

一是學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地缺乏充分感知，不利于個(gè)體安全意識(shí)的培養(yǎng)。由于不用擔(dān)心操作失誤導(dǎo)致的人身傷害，使用比較隨意，帶來(lái)了很大的弊端。學(xué)生在模擬教學(xué)場(chǎng)景下養(yǎng)成的不良操作習(xí)慣，在實(shí)物操作中對(duì)安全不夠警惕，容易造成安全事故。

二是操作過(guò)程過(guò)于程式化，不能很好地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)場(chǎng)景的適應(yīng)能力。模擬軟件是由計(jì)算機(jī)程序預(yù)先設(shè)計(jì)的，所以操作方式是固定的，但實(shí)際操作中會(huì)遇到很多突發(fā)事件，使用的工具和方法不能生搬硬套，要有一定的應(yīng)變能力。

五、虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用效果

2020年春季，數(shù)控技術(shù)專業(yè)有38個(gè)分部在國(guó)開學(xué)習(xí)網(wǎng)有選課，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)登陸學(xué)習(xí)的學(xué)生人數(shù)為2507人。數(shù)據(jù)顯示學(xué)生資源瀏覽行為次數(shù)為181830次，人均72.5次，學(xué)生學(xué)習(xí)行為比較活躍。從表2可以看出，學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)的行為比較積極，瀏覽資源的次數(shù)也比較多，可見(jiàn)這種全新的實(shí)踐教學(xué)模式比較受學(xué)生的歡迎，學(xué)生總體反映良好。該系統(tǒng)較好地解決了基層教學(xué)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室缺乏和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)落實(shí)難的問(wèn)題。網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)仿真度高，與真實(shí)的環(huán)境結(jié)合得很緊密，起到了很好的效果。由于學(xué)員能在家里操作遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，而且可以借助視頻資源學(xué)習(xí)和模仿，大部分學(xué)員都能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬環(huán)境等，不僅允許學(xué)習(xí)者有不同的操作、允許出錯(cuò)，而且虛擬環(huán)境會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的操作做出反饋，讓學(xué)習(xí)者從反饋中獲得相應(yīng)知識(shí)，使個(gè)性化的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)成為可能。

表2 部分分部試運(yùn)行情況基本數(shù)據(jù)

虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，打破了傳統(tǒng)的面授教育形式，打破了師生時(shí)空界限，為實(shí)踐教學(xué)提供了一種新的多維度混合實(shí)踐教學(xué)模式。該平臺(tái)利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以感性的表達(dá)手段展示抽象的理論知識(shí)。實(shí)驗(yàn)中制作了大量的動(dòng)畫、視頻和圖片，通過(guò)動(dòng)畫或模擬的方式向?qū)W習(xí)者展示復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程和電子控制過(guò)程。學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)理論知識(shí)，還可以在學(xué)習(xí)過(guò)程中模擬實(shí)踐訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)體現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合和創(chuàng)新教學(xué)改革的機(jī)制，從而促進(jìn)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。實(shí)驗(yàn)采用工作流程或任務(wù)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，將其盡可能設(shè)計(jì)為一門實(shí)踐性、創(chuàng)新性、特色鮮明的實(shí)驗(yàn)課程，源于教材，但不等同于教材，使學(xué)生真正理解知識(shí)和內(nèi)容。在知識(shí)體系、教學(xué)設(shè)計(jì)和支持服務(wù)方面，體現(xiàn)了“以自主、個(gè)性化為中心”的目標(biāo)。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動(dòng)、網(wǎng)上答疑、實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)的網(wǎng)上討論來(lái)幫助學(xué)習(xí)者克服遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的孤獨(dú)感，從而達(dá)到促學(xué)的目的。學(xué)生可根據(jù)自身學(xué)習(xí)需要，結(jié)合自身實(shí)際情況，自主制定學(xué)習(xí)計(jì)劃，選擇學(xué)習(xí)方法，確定學(xué)習(xí)內(nèi)容，自主實(shí)踐，完成作業(yè)。通過(guò)課程論壇向老師提問(wèn)，或者參與在線討論。通過(guò)復(fù)習(xí)和自測(cè)對(duì)自己進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)調(diào)整和控制，從而完成學(xué)習(xí)過(guò)程。教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組織教學(xué)，通過(guò)討論小組或電子郵件等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)和答疑，針對(duì)學(xué)生的問(wèn)題提出建議，完成對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和助學(xué)過(guò)程，提供學(xué)習(xí)支持服務(wù)。

六、 小結(jié)

伴隨著數(shù)控加工虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的使用，國(guó)家開放大學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生可以在虛擬仿真平臺(tái)上隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)控加工仿真培訓(xùn)，按照規(guī)范要求重復(fù)操作。這樣一方面有助于學(xué)生掌握數(shù)控技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，另一方面減少了現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)備及相關(guān)人員的投入，節(jié)約了成本，提高了培訓(xùn)的安全性。同時(shí)，這種先進(jìn)的技術(shù)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶知識(shí)，達(dá)到實(shí)訓(xùn)的最終目的。這種培養(yǎng)模式符合國(guó)家開放大學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為規(guī)律，可以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的掌握，提高教學(xué)質(zhì)量。

建設(shè)工科數(shù)控技術(shù)專業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，是面向工作過(guò)程的一體化解決方案，具有平臺(tái)統(tǒng)一、案例貫穿、課程連通、知識(shí)融合的特點(diǎn)，學(xué)生從“被動(dòng)聽”到“主動(dòng)做”，實(shí)現(xiàn)“自主探索” 教學(xué)模式，注重了過(guò)程考核，考核方式靈活、多元、及時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)了“學(xué)、做、考、評(píng)”一體化教學(xué)。遠(yuǎn)程教育數(shù)控專業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用是破解制約遠(yuǎn)程教育實(shí)踐教學(xué)發(fā)展難題的有益嘗試，為開放大學(xué)工科實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的落實(shí)提供了可行的解決方案。