高職港機專業(yè)課程仿真實訓平臺開發(fā)與應用

趙秋園 吳衛(wèi)剛 孫治國 鄭永生

摘 要 虛擬仿真技術應用于高職課程改革中，可以彌補部分專業(yè)課程實訓環(huán)節(jié)由于設備巨大，存在安全隱患，無法全面系統(tǒng)開展實訓的不足。以港口機械應用技術專業(yè)的一門專業(yè)課程“門座起重機結(jié)構(gòu)與維?！钡姆抡鎸嵱柶脚_開發(fā)為例，系統(tǒng)介紹了課程開發(fā)的全過程，可以為其它高職類類似課程的開發(fā)提供參考借鑒。

關鍵詞 虛擬仿真 實訓 專業(yè)課程

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.021

Abstract The application of virtual simulation technology in the curriculum reform of higher vocational education can make up for the shortage of training equipment huge size， security risks and unable to carry out practical training systematically. In port machine applied technology profession teaching we take the development of a virtual training platform for "portal crane's structure and maintenance" course as an example， the whole process of course development is introduced， which can provide reference for other similar courses in higher vocational colleges.

Keywords Virtual Simulation； practical training； professional course

近幾年來，虛擬仿真技術正受到社會各界的關注和應用，市面上也出現(xiàn)了很多虛擬仿真軟件，為企業(yè)工藝流程改造、研發(fā)產(chǎn)品驗證等提供了新思路，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。虛擬仿真技術是綜合運用計算機圖形學、人機交互、傳感、人工智能等多項技術以產(chǎn)生一個模擬真實世界的虛擬環(huán)境，用戶可以通過各種方式與這個環(huán)境進行交互，環(huán)境會及時做出回應，從而使得用戶有一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。[1]該環(huán)境具有獨特的浸沒感和臨場參與感，是一個開放、互動的環(huán)境。[2]

在高職教育領域虛擬仿真技術也有應用前景，結(jié)合課程需要和學生掌握知識便捷性需求，進行基于虛擬仿真技術的課程開發(fā)越來越受到高職院校的重視。另外，教育部在《關于全面提高高等職業(yè)教育教學質(zhì)量的若干意見》中提出，在教學中要充分利用現(xiàn)代信息技術，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。[3] 因此，將虛擬仿真技術應用于高職課程改革和課程實訓環(huán)節(jié)中，是一個很好的發(fā)展方向。

雖然虛擬仿真技術已在多個領域的教學及實踐中應用，[4]但在港口機械專業(yè)課程實訓教學中的應用還在探索階段，很多情況下只是部分模塊的開發(fā)和探索， 沒能形成較為系統(tǒng)全面的課程體系。目前我院港口機械類相關專業(yè)的學生在專業(yè)課程學習過程中，接觸的大都是大型港機設備，體積大、重量大、零部件多、結(jié)構(gòu)復雜、維修保養(yǎng)工作有別于一般小型設備。以“港口門座起重機結(jié)構(gòu)與維保”課程為例，一臺門座起重機零部件在1萬個以上，自重高達幾百噸，而且相應的維修保養(yǎng)工藝與普通設備不同，因此開展設備維保實訓有一定難度而且有安全隱患。如果能將企業(yè)實際需求的設備建立三維仿真模型，將專業(yè)課程中主要結(jié)構(gòu)原理知識以三維模型的方式在課件中再現(xiàn)，同時重視設備維修技能的培養(yǎng)和維護保養(yǎng)技能培養(yǎng)，開發(fā)建設三維仿真實訓平臺，技能培養(yǎng)以仿真模擬訓練加真實零部件拆裝相結(jié)合的方式開展，使學生技能提升途徑多元化，可以彌補傳統(tǒng)教學無法開展全面實訓的不足。

1 課程設計目標

針對“門座起重機結(jié)構(gòu)與維保”課程的教學目標，結(jié)合行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)實際，將課程體系進行系統(tǒng)梳理，總結(jié)歸納，將授課內(nèi)容歸結(jié)為若干技能項目：包括設備整體結(jié)構(gòu)與原理認知（利用仿真實訓平臺立體動畫形式展示）、部分零部件檢修與認知（利用港機維修中心實訓室真實零部件拆裝檢修實訓開展）、維修技能項目利用仿真實訓平臺實現(xiàn)、日常檢查與潤滑保養(yǎng)技能項目利用仿真實訓平臺實現(xiàn)。

2 仿真實訓平臺開發(fā)的具體做法

首先，與煙臺昭陽公司、青島港裝卸公司等企業(yè)合作完成門座起重機三維建模，其中教師負責港口裝卸公司調(diào)研，收集整理設備技術資料，分析門座起重機結(jié)構(gòu)，建模過程中技術問題指導反饋，提出建模修改意見；煙臺昭陽工程師負責軟件建模。

然后，以三維模型為基礎教師完成仿真實訓平臺的三維動畫課件腳本、虛擬維修實訓項目腳本、虛擬保養(yǎng)實訓腳本編寫，仿真實訓平臺開發(fā)過程中提出修改意見；煙臺工程師完成虛擬維修保養(yǎng)實訓項目開發(fā)。具體過程如下：

2.1 虛擬平臺準備階段

深入港口企業(yè)調(diào)研，了解企業(yè)維保人才技能需求，獲取設備維修保養(yǎng)工藝、設備結(jié)構(gòu)圖紙等資料，完善仿真平臺的基礎工作。

2.2 虛擬平臺建設方面

零部件測繪建模；零部件三維模型組裝；以三維模型為基礎完成三維課件多種表現(xiàn)形式的教案編寫；三維立體化課件的制作；仿真實訓項目的制作。

2.3 教學方法方面

理論授課采用虛擬仿真課件展示；實訓方面以虛擬仿真實訓加實踐實訓結(jié)合，以在虛擬平臺操作、向教師提問問題和動手拆裝設備為主，教師總結(jié)教授為輔的方法。

2.4 教學效果評價方面

虛擬平臺仿真實訓考核加部分零部件拆裝實訓考核相結(jié)合，各占50%。

3 實施仿真實訓平臺后所取得的成果

通過近一年的教學實踐證明，該項目可以滿足港口機械應用技術專業(yè)和港口物流設備與自動控制專業(yè)“港口起重機械”等相關課程每班50人的授課和考核需要，提升了學生掌握技能的能力；專業(yè)教師全程參與，提升了專業(yè)教師的職業(yè)技能；仿真實訓平臺還可以用于企業(yè)相關維修及技術人員每班30人次的培訓需要，真正體現(xiàn)校企合作的價值。部分仿真實訓平臺軟件截圖見圖1-2。

4 總結(jié)

仿真實訓平臺開發(fā)是一個漫長而循序漸進的過程，不僅需要專業(yè)教師深入企業(yè)調(diào)研崗位需求，還要求專業(yè)教師深入企業(yè)系統(tǒng)學習崗位最新技能，同時開發(fā)過程需要與專業(yè)的軟件公司合作，由教師提供方案和具體要求，為此需要編寫大量教案和軟件開發(fā)腳本，企業(yè)工程師負責仿真實訓平臺開發(fā)。經(jīng)過了一年多的仿真實訓平臺開發(fā)，雙方需經(jīng)常溝通，在溝通中加深了與企業(yè)的合作及各自技能的提升。在教學應用中隨時發(fā)現(xiàn)問題隨時更改，以利于教學的開展。通過實踐驗證，采用仿真實訓方式彌補了過去無法全面開展真實實訓的不足，滿足了學生職業(yè)技能掌握的需要，節(jié)省了購置大型設備的費用，同時還提高了專業(yè)教師的職業(yè)技能。

參考文獻

[1] 王永喜.基于物理虛擬實驗室促進學生創(chuàng)新能力的研究[D].蘭州：西北師范大學，2011.

[2] 王娟.淺析虛擬現(xiàn)實技術對建筑設計的影響[J].數(shù)字化用戶，2013（25）：256-257.

[3] 教育部.關于全面提高高等職業(yè)教育教學質(zhì)量的若干意見[J].中國職業(yè)技術教育，2007（1）：14-15.

[4] 婁軍委.高職建筑裝飾專業(yè)實訓虛擬仿真系統(tǒng)的建設與教學實踐研究.浙江工商職業(yè)技術學院學報，2016（15）：57-60.