陳 佶

渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 興城 125105

一、船舶智能制造液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目建設(shè)背景

隨著我國信息技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用不斷深入，教育信息化正在以飛快的腳步踏進(jìn)校園。在數(shù)字化盛行的今天，數(shù)字化校園建設(shè)受到了國家的重視。依托數(shù)字化中國、數(shù)字化校園等項(xiàng)目的實(shí)施，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地及虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室也在各高校中應(yīng)運(yùn)而生。國家級虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)順應(yīng)了國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的大趨勢，是高校建設(shè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的必要舉措，必將對我國數(shù)字化教育改革升級產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

聯(lián)動為先、內(nèi)容為主體、合作為要，教育系統(tǒng)要把數(shù)字資源的靜態(tài)勢能轉(zhuǎn)化為教育改革的強(qiáng)大動能。2021 年9 月10 日發(fā)布的《職業(yè)教育示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)指南》包括總體要求，以及虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境建設(shè)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地組織管理等內(nèi)容。

目前企業(yè)“機(jī)器換人”帶來了新的就業(yè)形態(tài)。高職院校培養(yǎng)的技能型人才面臨嚴(yán)峻的就業(yè)問題，這是高職院校當(dāng)前亟待解決的問題。在培養(yǎng)技術(shù)技能型人才中，職業(yè)院校的人才培養(yǎng)內(nèi)容在向數(shù)字化、智能化方向轉(zhuǎn)變。在國家政策大力扶持企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的同時，高職院校教學(xué)內(nèi)容如何快速與企業(yè)升級后的技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行對接，是當(dāng)前教學(xué)中最大的難點(diǎn)及痛點(diǎn)[1-2]。

液壓與氣動技術(shù)課程作為我院（渤海船舶職業(yè)學(xué)院） 機(jī)電工程系相關(guān)專業(yè)的共享型專業(yè)基礎(chǔ)課程，目的是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解船舶液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理，以及相關(guān)安裝調(diào)試的知識。作為培養(yǎng)未來國家造船行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)技能型人才的陣地，我院為教師日常教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)搭建了良好的教學(xué)和學(xué)習(xí)平臺，借助學(xué)院國家級虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)項(xiàng)目，與企業(yè)共建船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，解決了設(shè)備缺乏問題。由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備本身較為昂貴，教學(xué)中需要較大的資金投入，為降低成本，可用仿真軟件替代真實(shí)設(shè)備。真實(shí)設(shè)備體積較大，學(xué)生無法觀察到液壓系統(tǒng)的細(xì)節(jié)問題，而仿真軟件可將細(xì)節(jié)在屏幕上放大，使學(xué)生更加清晰直觀地了解設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另外，在真實(shí)設(shè)備中無法實(shí)現(xiàn)所有故障的模擬演示，而應(yīng)用仿真軟件可以模擬各種故障現(xiàn)象以及排除的步驟與方法。

二、船舶智能制造液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目建設(shè)主要做法

提高站位，做好頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合、融合“崗課賽證”的新實(shí)訓(xùn)，帶動“三教”改革新突破。加強(qiáng)專門的學(xué)習(xí)研討，形成改革方案，做好與產(chǎn)業(yè)對接工作。我院與周邊頭部企業(yè)對接，加強(qiáng)教學(xué)與新技術(shù)、新裝備、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范對接，提高企業(yè)參與度，提升虛實(shí)環(huán)境和資源呈現(xiàn)的先進(jìn)性，強(qiáng)化專業(yè)鏈、實(shí)訓(xùn)布局與產(chǎn)業(yè)鏈的對應(yīng)邏輯。資源建設(shè)能“實(shí)”就不“虛”。我院通過列出專業(yè)群、專業(yè)、實(shí)訓(xùn)課程“三高三難”問題清單，利用虛擬仿真優(yōu)勢，開發(fā)或引入資源，開發(fā)了情景化、沉浸式、交互式、反復(fù)試錯、智能引導(dǎo)的“學(xué)與考”融合的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

我院機(jī)電工程系教師及時整理在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中所遇到的難題和痛點(diǎn)，與渤船重工機(jī)械有限公司專家人員進(jìn)行論證，來解決這些問題，并對船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)進(jìn)行了詳細(xì)的探討與規(guī)劃，共同推進(jìn)了船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)，搭建了校企融合的數(shù)字化教師服務(wù)平臺。平臺融入了企業(yè)最新的專業(yè)技術(shù)參數(shù)、圖紙及工藝。學(xué)院教師在該數(shù)字化平臺中加入了教學(xué)模塊，為后續(xù)的基地建設(shè)搭建了良好的橋梁。

（一）借助信息技術(shù)推動人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新，打造工學(xué)結(jié)合的學(xué)徒制培養(yǎng)模式

為推進(jìn)職業(yè)教育各專業(yè)數(shù)字化的升級和改造，我院構(gòu)建了教學(xué)環(huán)境、實(shí)訓(xùn)場地、工作場所與虛擬場景融合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源——數(shù)字孿生形式的液壓虛擬仿真基礎(chǔ)訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)室。為創(chuàng)新理實(shí)一體、工學(xué)結(jié)合、校企聯(lián)動的混合式教學(xué)方式，探索并構(gòu)建了職業(yè)技能智能化測試體系和數(shù)據(jù)驅(qū)動的學(xué)訓(xùn)結(jié)合評價(jià)體系。我院借助大數(shù)據(jù)的支持，使職業(yè)教育和產(chǎn)業(yè)人才需求精準(zhǔn)對接，促進(jìn)了產(chǎn)教融合、校企合作。

我院與大連橡膠塑料機(jī)械有限公司和北京發(fā)那科機(jī)電有限公司合作，開設(shè)“訂單班”及“英才班”，采用工學(xué)結(jié)合的現(xiàn)代學(xué)徒制，與企業(yè)合作定制專業(yè)化的人才培養(yǎng)模式，制訂現(xiàn)代化、數(shù)字化新型產(chǎn)業(yè)所需的專業(yè)人才培養(yǎng)方案，實(shí)施雙導(dǎo)師培養(yǎng)制度。由企業(yè)技術(shù)專家定期到校進(jìn)行授課指導(dǎo)，開展專業(yè)講座與宣講會，將企業(yè)的最新技術(shù)、模式引進(jìn)校園，讓學(xué)生接受最新的行業(yè)技術(shù)知識。學(xué)生定期進(jìn)行企業(yè)校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，做到校企合作、工學(xué)結(jié)合培養(yǎng)人才[3]。

（二）產(chǎn)教融合、共享型虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)

數(shù)字技術(shù)拓展了教師和學(xué)生的認(rèn)知深度和廣度，教師和學(xué)生養(yǎng)成了基于數(shù)字技術(shù)的教學(xué)與學(xué)習(xí)習(xí)慣、教學(xué)與學(xué)習(xí)風(fēng)格，以及教學(xué)與學(xué)習(xí)方式。借助產(chǎn)教融合的契機(jī)與平臺，我院與渤船重工有限公司共同搭建了船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地。教師利用假期掛職鍛煉，與企業(yè)技術(shù)專家進(jìn)行交流與學(xué)習(xí)，共同完成了船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)圖紙的拆解、工藝內(nèi)容的解讀和教學(xué)內(nèi)容的對接，確定了船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心需要實(shí)現(xiàn)的功能。共同探討了后期實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的呈現(xiàn)形式及要達(dá)到的效果。在此期間，專家和院校教師進(jìn)行了多次對接與溝通，共同完成了VR 虛擬仿真工程師培訓(xùn)及虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)等工作，在基地建設(shè)的同時提升了“雙師型”教師的能力與水平，為后期的建設(shè)建立了良好的基礎(chǔ)。

（三）基于虛擬仿真技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)

在現(xiàn)有液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造與應(yīng)用，將船舶液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)室改造成為虛實(shí)結(jié)合的理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室。船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室分為基礎(chǔ)液壓訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)室、船舶舵機(jī)液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室及船舶錨機(jī)液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室。教學(xué)資源做到了軟件共享、儀器共享，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、系統(tǒng)自主開發(fā)，教學(xué)資源融入了企業(yè)新技術(shù)、新工藝。管理與共享平臺具有擴(kuò)展性、兼容性和前瞻性[4-5]。

如船舶舵機(jī)液壓系統(tǒng)安裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)室基于舵機(jī)工作原理進(jìn)行液壓系統(tǒng)虛擬軟件的建設(shè)，使學(xué)生對船舶舵機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行熟知，并且能夠動手操作軟件完成船舶舵機(jī)液壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，對于常見故障進(jìn)行排除。船舶錨機(jī)液壓系統(tǒng)安裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)室主要展現(xiàn)液壓系統(tǒng)驅(qū)動錨機(jī)工作原理，使學(xué)生能夠掌握液壓系統(tǒng)的工作原理，在軟件中對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與維護(hù)，并對常見故障進(jìn)行診斷與排除。

（四）建設(shè)開放性、動態(tài)式的沉浸式教材

借助船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，編寫開放式、動態(tài)式的沉浸式教材。利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺中的教學(xué)資源，將課程融合成“云教材”模式。對教學(xué)資源進(jìn)行重組、搭建，便于教師教學(xué)使用，同時也便于學(xué)生學(xué)習(xí)。應(yīng)用船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地資源（見圖1），為學(xué)生提供一個接近真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)習(xí)者高度參與，從而提升其技能水平[6-7]。

圖1 虛擬仿真課程資源

（五）職業(yè)技能大賽的教師技術(shù)提升及學(xué)生培養(yǎng)

船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地是在液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室基礎(chǔ)上建設(shè)的，增加了企業(yè)實(shí)踐技能模塊，改善了學(xué)院現(xiàn)有設(shè)備不足的情況，滿足了學(xué)生參加省級以上職業(yè)技能大賽的需求，以及教師參加教學(xué)能力比賽的需求。采用全景相機(jī)360°拍攝理實(shí)一體化教室，通過軟件合成虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室全景；將液壓元件進(jìn)行實(shí)物環(huán)繞拍攝，合成可拖拽、可旋轉(zhuǎn)、可細(xì)微觀察的虛擬元件。學(xué)生掃描二維碼即可進(jìn)入虛擬教室，即時縱覽元件細(xì)節(jié)、播放原理講解、觀看系統(tǒng)搭建過程，隨時隨地進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。在理論知識學(xué)習(xí)的同時學(xué)生可以利用液壓仿真軟件進(jìn)行液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。

針對相關(guān)專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)專業(yè)技能的培養(yǎng)，學(xué)院進(jìn)行了一系列的調(diào)整與設(shè)計(jì)。為滿足學(xué)生參加數(shù)控機(jī)床維修與數(shù)控加工賽項(xiàng)的比賽需要，學(xué)院利用虛擬仿真技術(shù)對數(shù)控機(jī)床的液壓基礎(chǔ)元器件設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)拆分、講解，讓學(xué)生在足夠了解設(shè)備的基礎(chǔ)上更好地應(yīng)用設(shè)備。液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)滿足了技能大賽前期訓(xùn)練的需求，有效支撐了教師以及學(xué)生參賽的設(shè)備需求及對知識技能點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

（六）構(gòu)建基于船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)容的職業(yè)院校培訓(xùn)體系

我國“職教20 條”提出要構(gòu)建職業(yè)院校的培訓(xùn)體系，為社會人員提供就業(yè)技能的培訓(xùn)服務(wù)，體現(xiàn)職業(yè)教育的多元辦學(xué)特色。我們要大力借助企業(yè)技術(shù)力量，幫助學(xué)院完成培訓(xùn)內(nèi)容與體系構(gòu)建。為提高勞動者的職業(yè)技能，要建立適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的職業(yè)教育培訓(xùn)體系，加強(qiáng)職工培訓(xùn)，為下崗職工提供有效的再就業(yè)渠道。我院將社會人員的培訓(xùn)制度與體系內(nèi)容融入船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地平臺的建設(shè)中，開發(fā)培訓(xùn)項(xiàng)目，并將職業(yè)資格等級證書內(nèi)容融入平臺中。目前我院已與葫蘆島天益船用設(shè)備有限公司、西門子工業(yè)透平機(jī)械（葫蘆島） 有限公司、葫蘆島順達(dá)機(jī)械制造有限公司等周邊企業(yè)達(dá)成合作意向，前期已完成企業(yè)職工兩項(xiàng)培訓(xùn)工作，后續(xù)還將陸續(xù)制定培訓(xùn)計(jì)劃，定期完成培訓(xùn)指導(dǎo)工作。

我院與企業(yè)共同承擔(dān)虛擬仿真資源的開發(fā)、維護(hù)、更新，以及教學(xué)活動的管理、實(shí)施、評價(jià)、服務(wù)等工作，將企業(yè)的效益觀念與高校的教學(xué)需要結(jié)合起來。在學(xué)院獨(dú)立開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心建設(shè)的同時，開發(fā)了一套適用于企業(yè)及社會人員的培訓(xùn)體系，建立了豐富的培訓(xùn)資源和成熟的教學(xué)管理方式方法。對虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的工作人員要有結(jié)構(gòu)、水平和經(jīng)驗(yàn)的要求，要求他們能夠勝任虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。對人員的管理要注重績效考核，重視教學(xué)資源的開放共享和充分使用，重視教師對學(xué)生學(xué)習(xí)的激勵和創(chuàng)新工作。

三、船舶智能制造液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目建設(shè)成效

（一）建設(shè)完成船舶液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)訓(xùn)練仿真實(shí)訓(xùn)室

我院購進(jìn)了液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件，構(gòu)建了平臺，利用該平臺，實(shí)現(xiàn)了線上線下相結(jié)合教學(xué)。學(xué)生可利用該平臺模擬液壓回路的搭建過程并進(jìn)行測試，完成虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。購進(jìn)的液壓元件承擔(dān)著機(jī)械設(shè)計(jì)與制作、數(shù)控技術(shù)、機(jī)電設(shè)備技術(shù)、機(jī)電一體化、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等專業(yè)的教學(xué)任務(wù)，彌補(bǔ)了原有教學(xué)配件的不足，累計(jì)使用超過400 人次。圖2為液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室虛擬場景。

圖2 液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室虛擬場景

（二）借助虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)項(xiàng)目的獲獎情況

1.學(xué)生比賽

我院學(xué)生于2020 年、2021 年參加了遼寧省職業(yè)院校技能大賽“數(shù)控機(jī)床與技術(shù)改造”賽項(xiàng)和“復(fù)雜部件數(shù)控多軸加工”賽項(xiàng)。液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)滿足了賽項(xiàng)規(guī)程中“能夠根據(jù)數(shù)控機(jī)床的故障信息，判斷氣動、液壓等元器件的工作狀態(tài)”的要求。在液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，對比賽設(shè)備的硬件和軟件均進(jìn)行了拆裝與模擬練習(xí)，學(xué)生能更加深入地了解比賽設(shè)備，及比賽過程中液壓元器件的工作狀態(tài)，能夠有效判別設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)。2020 年，由于疫情，學(xué)生在線上對相關(guān)知識點(diǎn)與技能點(diǎn)進(jìn)行模擬練習(xí)，開學(xué)后再到實(shí)際設(shè)備中進(jìn)行觀察和實(shí)際操作，最終我院參賽學(xué)生獲得了“遼寧省職業(yè)院校技能大賽”“數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與技術(shù)改造”賽項(xiàng)三等獎1 項(xiàng)、“復(fù)雜部件數(shù)控多軸加工”賽項(xiàng)三等獎1項(xiàng)，獲得2021 年“一帶一路暨金磚國家技能發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新大賽”“數(shù)控多軸加工”賽項(xiàng)（學(xué)生組）一等獎1 項(xiàng)、二等獎2 項(xiàng)。

2.教師比賽

液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室是集實(shí)踐操作和信息化教學(xué)為一體的綜合教學(xué)場所，可以對液壓與氣壓傳動類課程進(jìn)行理論學(xué)習(xí)并完成實(shí)踐操作。實(shí)訓(xùn)室擁有各類液壓元件的模型，可調(diào)整觀看視角，更直觀地了解元器件，還可進(jìn)行相應(yīng)的拓展性學(xué)習(xí)。以該實(shí)訓(xùn)室為依托，我院完成的作品“鏟斗液壓舉升回路分析與調(diào)試”獲得2018 遼寧省職業(yè)院校信息化教學(xué)大賽一等獎、2018 年全國職業(yè)院校技能大賽二等獎。

四、結(jié)語及應(yīng)用前景

為深化產(chǎn)教融合校企合作，聚集虛擬仿真資源建設(shè)，促進(jìn)各個建設(shè)單位資源共建共享，強(qiáng)化資源的有效應(yīng)用，深化“三教改革”，全面推進(jìn)數(shù)字化升級，未來我院將持續(xù)充實(shí)建設(shè)船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地教學(xué)資源，深化“崗課賽證”融通，擴(kuò)大虛擬仿真資源應(yīng)用范圍，輸出到更多的其他造船舶類高校和船舶建造企業(yè)，助力船舶建造行業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展。具體做到：一是進(jìn)行學(xué)生“1+X”的職業(yè)資格等級證書培訓(xùn)內(nèi)容的開發(fā)；二是加強(qiáng)校企融合，建設(shè)完成企業(yè)、學(xué)院多維度的科研成果輸出機(jī)制；三是將基于船舶液壓虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地教師數(shù)字化服務(wù)平臺作為日常項(xiàng)目不定期地更新、完善、應(yīng)用。

總之，我院虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)任務(wù)艱巨、意義重大，是高校數(shù)字化建設(shè)的重要內(nèi)容，是國家級虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)的重要組成部分。此項(xiàng)工作已經(jīng)接近尾聲，我院要在多年教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確指導(dǎo)思想，加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的教學(xué)內(nèi)容、課程資源、師資隊(duì)伍及管理體制與服務(wù)體系的建設(shè)。同時要秉持虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛的原則，不斷解決建設(shè)工作中出現(xiàn)的新問題，使之不斷完善[8-9]。