虛擬仿真技術(shù)在自動化控制教學(xué)中的應(yīng)用探討

鄧桂芳

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化工程系，廣東 廣州 510000）

0 引言

目前正處于職業(yè)技術(shù)教育的變革推進(jìn)時期，各高職院校紛紛大力開展實(shí)踐教育改革，期待培養(yǎng)工程素質(zhì)高、專業(yè)能力強(qiáng)、職業(yè)適應(yīng)廣、創(chuàng)新能力強(qiáng)的復(fù)合型技術(shù)人才。如何做好電氣自動化技術(shù)專業(yè)的教學(xué)，讓每個學(xué)生都能掌握實(shí)際操作，并適應(yīng)技術(shù)改革和創(chuàng)新需要，是自動化控制教學(xué)的重點(diǎn)。虛擬仿真技術(shù)正是將多媒體科技技術(shù)與虛擬網(wǎng)絡(luò)通信相結(jié)合，構(gòu)建一個與現(xiàn)實(shí)世界相似的教學(xué)環(huán)境，并帶動學(xué)生通過虛擬集成與控制模擬操作，讓學(xué)生多操作多練習(xí)多探索，以提高學(xué)生技術(shù)水平，解決教育面臨的問題為最終目的[1-2]。

1 發(fā)展虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)的意義

我國教育方面還存在許多待改進(jìn)的地方，而虛擬仿真系統(tǒng)注重實(shí)踐，與職業(yè)教育的原理是相匹配的，而且虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)踐與職業(yè)技術(shù)的理論相結(jié)合，二者是有利互補(bǔ)的，大力發(fā)展虛擬技術(shù)系統(tǒng)對于控制技術(shù)教學(xué)是有著重要的意義的。

1.1 虛擬仿真技術(shù)能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

虛擬仿真技術(shù)在教育教學(xué)中作為一種優(yōu)秀的輔導(dǎo)工作，給學(xué)生提供實(shí)際情景創(chuàng)設(shè)，采用三維動畫技術(shù)，添加豐富的色彩相應(yīng)的聲音，讓整個專業(yè)的學(xué)習(xí)也變得豐富起來，而且其交互性非常強(qiáng)，操作的反饋也非常及時，這些都能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)習(xí)操作欲望，操作過程中虛擬仿真系統(tǒng)提出的引導(dǎo)有強(qiáng)烈的好奇心進(jìn)行逐步探究，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力，是非常有利于學(xué)生掌握數(shù)控操作技能，有實(shí)踐證明學(xué)生對這個軟件是非常有興趣的，有學(xué)生說感覺這樣的學(xué)習(xí)就像是平常玩電腦游戲[3]。

1.2 虛擬仿真技術(shù)可以降低教學(xué)成本

相對于信息技術(shù)的傳播，學(xué)校的教學(xué)媒介肯定較為滯后，作為數(shù)控系統(tǒng)必備的機(jī)械設(shè)備一般在沒用多久后就會因?yàn)榧夹g(shù)革新而面臨著淘汰，通過升級也不能解決更新?lián)Q代的問題。而自動化控制是一門非常專業(yè)的課程，信息量非常大，例如FX 系統(tǒng)PLC 就有難度層次不同的內(nèi)容學(xué)習(xí)，從基礎(chǔ)練習(xí)的A 單元到高級挑戰(zhàn)的F 單元，而這些實(shí)訓(xùn)設(shè)備費(fèi)用普遍較高，學(xué)校倘若只有有限的PLC 設(shè)備就無法滿足學(xué)生的需求，同樣只要是硬件實(shí)訓(xùn)，就存在有設(shè)備的故障、材料損耗等相關(guān)費(fèi)用，降低訓(xùn)練次數(shù)增加維修成本。但是虛擬仿真技術(shù)則將虛擬舞臺與專家操作指導(dǎo)結(jié)合在一起，內(nèi)容中又將所有的內(nèi)容包含其中，學(xué)生只需要在一臺仿真系統(tǒng)中進(jìn)行練習(xí)，慢慢具備基礎(chǔ)后就可以逐漸突破難點(diǎn)，往難度高的挑戰(zhàn)而不需要更換設(shè)備。而且其系統(tǒng)的改進(jìn)和升級主要是取決于軟件，并不需要將硬件進(jìn)行更換，大大降低了校方的設(shè)備資金投入。對于學(xué)校解決教育資源短缺，支撐人才發(fā)展都有著非常重要的意義[4-5]。

1.3 虛擬仿真技術(shù)擁有更好實(shí)踐效果

控制系統(tǒng)操作知識相對專業(yè)化，知識重點(diǎn)多，而且知識內(nèi)容細(xì)碎連貫，學(xué)生在實(shí)際設(shè)備中會由于空間位置的緣因難以看清教師的具體動作以及教習(xí)的細(xì)節(jié)，對于某個細(xì)節(jié)未能理解掌握，就會對整個操作都有影響，甚至一些重要的操作點(diǎn)的操作失誤還會導(dǎo)致安全事故。而這個問題在虛擬仿真操作時，仿真軟件能夠模擬各種真實(shí)場景，每一個場景都是圖文并茂，惟妙惟肖，學(xué)生可以任意進(jìn)一處場景中進(jìn)行運(yùn)行操作，觀察運(yùn)行試看結(jié)果等，同時還可以在仿真運(yùn)行中查看所有元件動作的過程、這種是可以直接讓學(xué)生直觀理解系統(tǒng)的原理并有形象具體的了理解。安裝虛擬仿真軟件的計算機(jī)是可以做到一個學(xué)生一臺機(jī)器，大家同時操作共同學(xué)習(xí)，其具備的先進(jìn)性、共享性和易擴(kuò)充性都非常有助于學(xué)生在操控學(xué)習(xí)的廣度和深度方面進(jìn)行更多的探索，提高學(xué)習(xí)效率和創(chuàng)新能力[6]。

1.4 虛擬仿真技術(shù)安全系數(shù)高

在傳統(tǒng)實(shí)習(xí)操作中，學(xué)生可能會因?yàn)閷局R掌握不牢固，在操作機(jī)床時產(chǎn)生錯誤操作，導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)危險性，嚴(yán)重的操作錯誤還會影響設(shè)備或人身安全。虛擬仿真軟件則本身就是數(shù)字編程，無論多少次的操控都沒有問題，而且具有可控性，出現(xiàn)操作失誤也會有提示并且有相關(guān)模擬視頻類指導(dǎo)學(xué)生正確操作程序，不僅可以讓學(xué)生了解實(shí)訓(xùn)流程，減少了學(xué)生因?yàn)檎`操作而造成的機(jī)床傷害或人員傷害，避免了危險性事件的發(fā)生，提高了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的安全性，并能夠通過系統(tǒng)自檢程序有針對性的對錯誤操作點(diǎn)重復(fù)練習(xí)操作分解溫習(xí)，在短時間內(nèi)就可以獲得直觀而真實(shí)的效果，對于一些實(shí)際操作中不能夠直觀展示的結(jié)構(gòu)原理也能通過虛擬技術(shù)進(jìn)行了解，從整體上提高了實(shí)踐的質(zhì)量。

1.5 虛擬仿真技術(shù)系統(tǒng)學(xué)習(xí)內(nèi)容更為全面

在虛擬仿真技術(shù)系統(tǒng)中除了自動化控制技術(shù)學(xué)生掌握的傳感器技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)器人的控制與設(shè)計、及機(jī)械加工的技術(shù)等等，教學(xué)內(nèi)容還參照自動控制職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增設(shè)教學(xué)情境，涉及學(xué)習(xí)內(nèi)容更為豐富，同時，虛擬仿真系統(tǒng)對于解決學(xué)生個性化問題、智能化考核、日常標(biāo)準(zhǔn)化問題等都有不同程度的教學(xué)，這些對學(xué)生縮短掌握問題的時間是大有幫助的，利用虛擬技術(shù)中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)設(shè)定，給學(xué)生豐富感性的教習(xí)，從一個項目慢慢延伸到多個與之相聯(lián)系的實(shí)訓(xùn)項目，以開放式教學(xué)方法加深學(xué)生對于知識重難點(diǎn)的理解，并結(jié)合其它教學(xué)技術(shù)方法，從整體上幫助學(xué)生掌握技能更為全面的知識，提高學(xué)習(xí)效率[7]。

2 虛擬仿真技術(shù)系統(tǒng)教學(xué)應(yīng)用的優(yōu)勢

2.1 增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐，提高學(xué)生動手操作能力

數(shù)控技術(shù)通過虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)了對機(jī)床各部件及運(yùn)用的立體演示，不同于傳統(tǒng)教學(xué)中只是通過平面圖或外觀進(jìn)行猜想的理解。并且要求學(xué)生如同身臨其境般進(jìn)行實(shí)際操作，給初學(xué)者提供了大量動手練習(xí)的機(jī)會，為真正的操作奠定了實(shí)實(shí)在在的基礎(chǔ)，提高了操作能力。

2.2 拓寬學(xué)生專業(yè)知識面、提高創(chuàng)新能力

虛擬仿真技術(shù)和智能加工已經(jīng)成為了制造行業(yè)發(fā)展的前景和方向，虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用能夠讓學(xué)生充分認(rèn)識到智能技術(shù)在目前行業(yè)中的前景，給學(xué)生提供一個生動形象逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生由原來的被動學(xué)習(xí)者變?yōu)橹鲃訁⑴c者，培養(yǎng)了學(xué)生在智能行業(yè)的接觸與學(xué)習(xí)的創(chuàng)新意識，讓學(xué)生對未來就業(yè)都有全新的了解，以便學(xué)生有更清晰的就業(yè)方向。

3 虛擬仿真技術(shù)教學(xué)發(fā)展的新思路

隨著虛擬仿真科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及學(xué)習(xí)設(shè)備都將不斷的改進(jìn)，往后，傳統(tǒng)的校內(nèi)、外實(shí)訓(xùn)基地也都將向著虛擬真實(shí)相結(jié)合的方向發(fā)展。學(xué)校需要建立有效的虛擬仿真系統(tǒng)體系，建立規(guī)范統(tǒng)一的教學(xué)平臺，做好相應(yīng)管理，加快相關(guān)教學(xué)軟件的研究與開發(fā)，注重與行業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，同時擴(kuò)大軟件內(nèi)容覆蓋力，將更多的多媒體技術(shù)與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，汲取不同行業(yè)仿真技術(shù)的特點(diǎn)，提高虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量和效果，有力推進(jìn)仿真實(shí)訓(xùn)的開發(fā)和應(yīng)用[8]。

4 結(jié)論

虛擬仿真技術(shù)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，是離不開高職院校里精通專業(yè)、素質(zhì)優(yōu)良、專兼結(jié)合、作風(fēng)優(yōu)良的教師的，為此，學(xué)校需要組建這樣一批高素質(zhì)高技能的人才隊伍，在教學(xué)理念以及教學(xué)能力上都達(dá)到高度水平，以保證在虛擬仿真教學(xué)中能夠科學(xué)合理的設(shè)計課程和有效地使用系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生全身心地投入到學(xué)習(xí)中。