虛擬現(xiàn)實(shí)視域下智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的研究

吳櫻櫻

摘要：在科技快速發(fā)展的新時(shí)代，“虛擬現(xiàn)實(shí)+教育”在職業(yè)學(xué)校教育實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)中得到了廣泛應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)影響?！疤摂M現(xiàn)實(shí)+教育”不但能強(qiáng)有力地補(bǔ)足智能制造實(shí)訓(xùn)活動(dòng)中由于高危、高消耗、不直觀等不能實(shí)現(xiàn)的教學(xué)功能，還能豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)涵，帶動(dòng)機(jī)械、機(jī)電、智能控制等相關(guān)課程實(shí)踐教學(xué)模式的創(chuàng)新，推動(dòng)課程變革和專業(yè)建設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)成效。以海門中專為例，在分析智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的可行性和必要性的基礎(chǔ)上，對(duì)智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的現(xiàn)狀及建設(shè)方向進(jìn)行了研究，提出智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)思路和舉措。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);智能制造;基地建設(shè)

中圖分類號(hào)：G717 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094-（2022）02C-0080-04

2020年9月，《關(guān)于印發(fā)〈職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動(dòng)計(jì)劃（2020—2023年）〉的通知》（教職成〔2020〕7號(hào)）提出，推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，主動(dòng)適應(yīng)科技革命和產(chǎn)業(yè)革命要求，以“信息技術(shù)+”升級(jí)傳統(tǒng)專業(yè)，及時(shí)發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)催生的新興專業(yè)，鼓勵(lì)職業(yè)學(xué)校利用現(xiàn)代信息技術(shù)推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革，滿足學(xué)生多樣化學(xué)習(xí)需求，大力推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”教育新形態(tài)，推動(dòng)教育教學(xué)變革創(chuàng)新。

虛擬仿真現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)，是將實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和教育信息化建設(shè)互相交融滲透而產(chǎn)生的新型事物，全方位運(yùn)用了多種通訊技術(shù)，涵蓋了數(shù)據(jù)庫(kù)、仿真技術(shù)、電子信息等，構(gòu)建出高精密、高仿真實(shí)訓(xùn)目標(biāo)和虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)彌補(bǔ)了智能制造實(shí)訓(xùn)中因高危、高消耗、不直觀等不能實(shí)現(xiàn)的教學(xué)功能，改善了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足、更新?lián)Q代速度慢、置放場(chǎng)地受限等實(shí)際困難，為當(dāng)下實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的提升提供了有效的問(wèn)題解決方案。

一、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)起點(diǎn)

江蘇省海門中等專業(yè)學(xué)校的智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地依托于數(shù)控技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)基地，始建于2004年，基地先后被評(píng)為江蘇省高水平示范性實(shí)訓(xùn)基地、江蘇省職業(yè)學(xué)?，F(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)基地。基地建筑面積約5800平方米，有約2000臺(tái)（套）的現(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)裝置和設(shè)備，整體價(jià)值達(dá)3000萬(wàn)元。

智能制造實(shí)訓(xùn)基地布局科學(xué)合理，涵蓋了特種加工實(shí)訓(xùn)中心、數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)中心、無(wú)人機(jī)操控仿真實(shí)訓(xùn)中心、PLM體驗(yàn)中心、機(jī)電控制實(shí)訓(xùn)中心等集虛擬仿真與企業(yè)生產(chǎn)管理為一體的產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所?；貎?nèi)配套功能齊全，擁有先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)控綜合仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、氣動(dòng)液壓仿真平臺(tái)、實(shí)體設(shè)計(jì)仿真等19套虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

二、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)內(nèi)涵

實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)按照“將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和實(shí)訓(xùn)設(shè)施設(shè)備深度融合，以實(shí)帶虛，以虛助實(shí)，虛實(shí)結(jié)合”的建設(shè)原則，以全面銜接專業(yè)課程的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)為主題，以全面提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力為宗旨，以共建共享優(yōu)質(zhì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源為核心，以深化實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革為突破口，持續(xù)推進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)信息化建設(shè)。緊跟區(qū)域行業(yè)企業(yè)發(fā)展需求，結(jié)合校內(nèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的痛點(diǎn)難點(diǎn)，深入推進(jìn)校企共建共享實(shí)訓(xùn)基地，建立區(qū)域共建共享機(jī)制，全面開展“虛擬仿真實(shí)訓(xùn)+校企合作實(shí)踐”模式的實(shí)踐教學(xué)改革。使學(xué)生能在虛擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，有效彌補(bǔ)以往職業(yè)教育中部分實(shí)訓(xùn)看不到、進(jìn)不去、成本高、高危險(xiǎn)性的缺陷，有效培養(yǎng)了學(xué)生綜合能力及創(chuàng)新性思維。

（一）堅(jiān)持科技引領(lǐng)，虛實(shí)結(jié)合

立足人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新信息技術(shù)，將實(shí)訓(xùn)裝置和信息技術(shù)高度予以滲透交叉，虛實(shí)結(jié)合，構(gòu)筑并開發(fā)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，與此同時(shí)，通過(guò)共享系統(tǒng)對(duì)虛擬仿真專業(yè)教育、實(shí)訓(xùn)管理進(jìn)行全面的資源調(diào)度和整體管理。

（二）堅(jiān)持育訓(xùn)結(jié)合，教學(xué)創(chuàng)新

兼顧區(qū)中小學(xué)體驗(yàn)中心建設(shè)、技能社會(huì)培訓(xùn)中心、技能鑒定中心等多個(gè)服務(wù)項(xiàng)目，考量實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置的兼容性以及專業(yè)性，推動(dòng)打造與課程相配套的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)專業(yè)化課程體系，科學(xué)制訂專業(yè)教學(xué)的具體內(nèi)容，研制并設(shè)計(jì)高質(zhì)量的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，改進(jìn)實(shí)訓(xùn)形式和人才培養(yǎng)模式，合理規(guī)劃虛實(shí)融合實(shí)訓(xùn)體系要求的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)以及課程設(shè)置等。

（三）堅(jiān)持科學(xué)管理，規(guī)范考核

設(shè)立完善的實(shí)訓(xùn)管理組織機(jī)構(gòu)，規(guī)劃順暢的實(shí)訓(xùn)管理脈絡(luò)，制訂完善的多級(jí)保障舉措，涵蓋績(jī)效考核、運(yùn)行機(jī)制、基地維護(hù)等內(nèi)容。建立健全有利于教師提高教學(xué)成效的反饋、評(píng)價(jià)、考核制度，開展激發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生提升創(chuàng)新力的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

三、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)目標(biāo)

以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，精準(zhǔn)把握新時(shí)代立德樹人新要求，服務(wù)區(qū)域市場(chǎng)需求，逐步形成匯聚教學(xué)、培訓(xùn)、技能評(píng)定與社會(huì)服務(wù)為一體的高水平實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，打造具備先進(jìn)性、包容性和拓展性的智能制造仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，在同行學(xué)校中做出示范引領(lǐng)的作用。

（一）教學(xué)環(huán)境創(chuàng)新

緊扣專業(yè)特色，通過(guò)虛擬技術(shù)營(yíng)造一個(gè)幾乎真實(shí)的實(shí)訓(xùn)氛圍和場(chǎng)景，直接聚焦教學(xué)重難點(diǎn)，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性和積極性;依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)助學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)知識(shí)進(jìn)行加固，借助交互溝通、多人比賽和單人練習(xí)的功能，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)自覺投入;立足于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)加以統(tǒng)計(jì)和詳細(xì)剖析，提高教學(xué)評(píng)價(jià)過(guò)程中的合理性和規(guī)范性[1]。

（二）運(yùn)行模式創(chuàng)新

圍繞“教、學(xué)、管、評(píng)、控”實(shí)現(xiàn)整個(gè)虛擬仿真平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)，以統(tǒng)一登錄用戶界面、虛擬仿真教學(xué)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)功能與內(nèi)容的嵌入。圍繞“教、學(xué)”實(shí)現(xiàn)虛擬仿真教學(xué)子系統(tǒng)、資源庫(kù)子系統(tǒng)、題庫(kù)子系統(tǒng)、消息中心子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的建立，以多樣化形式開展現(xiàn)代教學(xué)運(yùn)行。

（三）教學(xué)形式創(chuàng)新

依托于虛擬仿真教學(xué)子系統(tǒng)，建立多維立體的新型教學(xué)方法，使學(xué)生投入虛擬時(shí)空中，轉(zhuǎn)變以往教學(xué)過(guò)程中生搬硬套的灌輸式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。基于資源庫(kù)子系統(tǒng)、題庫(kù)子系統(tǒng)、消息中心系統(tǒng)等多樣化的形式，擴(kuò)充專業(yè)教學(xué)和信息資源，幫助教師開展優(yōu)質(zhì)教學(xué)。

四、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)途徑

（一）機(jī)制與文化建設(shè)

組建科學(xué)高效建設(shè)團(tuán)隊(duì)。融合多方資源，組建一支由分管副校長(zhǎng)牽頭，骨干教師、行業(yè)專家、企業(yè)顧問(wèn)、能工巧匠等人員組成的虛擬仿真基地項(xiàng)目建設(shè)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)基地建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌規(guī)劃、計(jì)劃實(shí)施、制度制定、技術(shù)支持、資源開發(fā)等具體工作，保障實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)質(zhì)量;由系部牽頭組建專業(yè)實(shí)訓(xùn)管理隊(duì)伍，選聘責(zé)任心強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、具有實(shí)訓(xùn)管理經(jīng)驗(yàn)、通曉專業(yè)知識(shí)的教師擔(dān)任專職管理員，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地實(shí)訓(xùn)管理隊(duì)伍，負(fù)責(zé)基地的日常教學(xué)管理工作，提升實(shí)訓(xùn)基地的運(yùn)行能力。

構(gòu)建共建共管評(píng)價(jià)體系。以融入教、學(xué)、管、評(píng)、控的實(shí)踐全程運(yùn)行模式為指導(dǎo)方針，建設(shè)立足于分享公開教學(xué)資源的智慧管理實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，落實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師的工作記載、經(jīng)費(fèi)使用管理、實(shí)訓(xùn)基地維護(hù)與可持續(xù)發(fā)展等制度，打造學(xué)生學(xué)分銀行平臺(tái)，德智體美勞五育并舉，引發(fā)和鼓舞學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)造力。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)出具有操作性、實(shí)用性的教學(xué)成效的評(píng)價(jià)、考核、反饋工作制度。

科學(xué)建立基地管理機(jī)制。制定并完善虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理的各項(xiàng)規(guī)章制度，融合企業(yè)先進(jìn)管理理念，修訂完善《虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)與管理暫行辦法》《虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地實(shí)訓(xùn)室開放管理辦法》《虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地儀器設(shè)備維修管理辦法》《虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地實(shí)訓(xùn)管理考核辦法》等制度。

營(yíng)造優(yōu)秀企業(yè)生產(chǎn)文化。積極與校企合作企業(yè)共同開展基地建設(shè)調(diào)研，根據(jù)行業(yè)需求及社會(huì)發(fā)展需要，擬定選擇全新的模式、新型的機(jī)制、創(chuàng)新的思路，通過(guò)以實(shí)帶虛、以虛助實(shí)，將虛實(shí)共同交融，打造符合智能制造技術(shù)發(fā)展要求的新一代虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)基地。依托于虛擬現(xiàn)實(shí)“技能教室”，推動(dòng)采用多種新穎教學(xué)方法，諸如虛擬仿真教學(xué)、任務(wù)單教學(xué)等。創(chuàng)建和設(shè)立功能完備多樣、企業(yè)文化和校園文化相互滲透的教學(xué)和生產(chǎn)場(chǎng)景，納入企業(yè)裝備、各項(xiàng)人才、高新技術(shù)及多種服務(wù)和生產(chǎn)業(yè)務(wù)，營(yíng)造新型現(xiàn)代學(xué)徒制背景下的企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境，共建共享虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地。

（二）教學(xué)資源建設(shè)

校企合作開發(fā)課程數(shù)字化教學(xué)資源，組建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)小組，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案的課程開設(shè)，緊緊圍繞企業(yè)崗位核心能力，開發(fā)符合數(shù)控、機(jī)械、無(wú)人機(jī)、工業(yè)機(jī)器人和機(jī)電專業(yè)課程項(xiàng)目技能等虛擬仿真教學(xué)資源，重點(diǎn)打造“一車間、兩中心”。

1.打造智能制造智慧車間升級(jí)版。實(shí)訓(xùn)基地充分體現(xiàn)現(xiàn)代化和信息化技術(shù)，實(shí)訓(xùn)區(qū)全部設(shè)立了數(shù)字化教學(xué)場(chǎng)景，實(shí)訓(xùn)基地網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。制定切實(shí)可行的智慧實(shí)訓(xùn)車間建設(shè)方案，更新維修制造類設(shè)備，提高虛擬仿真軟件與硬件設(shè)備的融合度，研發(fā)和匯集專業(yè)技能課程和實(shí)訓(xùn)課程訓(xùn)練項(xiàng)目的考核題庫(kù)，構(gòu)建智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程體系。協(xié)同企業(yè)人員共同制定技能教學(xué)內(nèi)容和考核標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化智慧車間實(shí)訓(xùn)管理功能，促使智慧實(shí)訓(xùn)車間高效運(yùn)行。

2.建設(shè)工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心。建設(shè)先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人仿真實(shí)訓(xùn)中心，重視開展和推動(dòng)建設(shè)四大系統(tǒng)，其中涵蓋了工業(yè)機(jī)器人智能工程虛擬仿真系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人智能工廠虛擬仿真教學(xué)等。除此之外，實(shí)訓(xùn)中心強(qiáng)化自身的多項(xiàng)工作環(huán)節(jié)和內(nèi)容，諸如研發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、硬件設(shè)備、工作運(yùn)行制度等，切實(shí)解決工業(yè)機(jī)器人臺(tái)數(shù)不足、空間不足等實(shí)物組織教學(xué)的痛點(diǎn)。

3.打造示范性VR虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)中心。引進(jìn)最新的虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)施，例如VR教學(xué)展示工具、VR實(shí)踐實(shí)訓(xùn)工具、VR作品創(chuàng)作工具等。同時(shí)，引入5G技術(shù)、多人協(xié)同實(shí)訓(xùn)技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、VR設(shè)備一鍵管理技術(shù)等前沿技術(shù)，打造一個(gè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的智慧實(shí)訓(xùn)環(huán)境。強(qiáng)化校企合作，校企協(xié)同建設(shè)匯集技能鑒定、實(shí)踐教學(xué)、企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)和社會(huì)技術(shù)服務(wù)于一體的多功能產(chǎn)教融合虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心。科學(xué)搭建實(shí)訓(xùn)中心架構(gòu)，做好實(shí)訓(xùn)中心合理布局，將中心分為VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)區(qū)、VR素材開發(fā)區(qū)、VR創(chuàng)新實(shí)踐區(qū)，師生可通過(guò)VR頭盔，以第一人稱視角操作虛擬的機(jī)床、刀具、工件和夾具等，體驗(yàn)一線操作者的工作內(nèi)容和狀態(tài)。

（三）教學(xué)與管理團(tuán)隊(duì)建設(shè)

注重加強(qiáng)教學(xué)與管理團(tuán)隊(duì)建設(shè)，組建一支由學(xué)校、行業(yè)、企業(yè)、高校的管理、研發(fā)、技術(shù)人員組成的科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)合理、觀念前沿、研發(fā)能力優(yōu)異、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、富有開拓創(chuàng)新精神。根據(jù)實(shí)際制訂創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)運(yùn)行、考核、管理辦法，組建學(xué)生創(chuàng)新發(fā)展多個(gè)項(xiàng)目。

（四）共享平臺(tái)建設(shè)

完善智慧實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)，實(shí)訓(xùn)管理提檔升級(jí)。學(xué)校智能制造仿真實(shí)訓(xùn)基地體量龐大，服務(wù)機(jī)械加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、無(wú)人機(jī)操控技術(shù)等專業(yè)。為使實(shí)訓(xùn)基地管理高效運(yùn)行，在實(shí)訓(xùn)班級(jí)管理、實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源管理、實(shí)訓(xùn)耗材管理等方面建成了信息互通的智慧實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)?？茖W(xué)梳理智能制造仿真實(shí)訓(xùn)基地管理制度和流程，撰寫智慧實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)調(diào)研報(bào)告，形成管理平臺(tái)調(diào)整建設(shè)方案。

共建產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地，校企共享深入推進(jìn)。依托智能制造仿真實(shí)訓(xùn)基地軟硬件優(yōu)勢(shì)，與相關(guān)企業(yè)合作，分別建成無(wú)人機(jī)產(chǎn)教融合工場(chǎng)和數(shù)字化資源開發(fā)實(shí)訓(xùn)基地。校企雙方共同搭建校企共建共享實(shí)訓(xùn)基地專門組織機(jī)構(gòu)，制訂共建共享實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、管理、績(jī)效考核辦法。

五、結(jié)語(yǔ)

智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)將強(qiáng)有力地對(duì)接本區(qū)多個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，牢牢緊扣機(jī)電技術(shù)、機(jī)械裝備、機(jī)器人和智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，用“虛擬現(xiàn)實(shí)+教育”打通職業(yè)教育技能實(shí)訓(xùn)“最后一公里”。經(jīng)過(guò)一年的建設(shè)，智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地在學(xué)校專業(yè)人才培養(yǎng)體系中占據(jù)了重要地位，將成為全區(qū)中小學(xué)職業(yè)體驗(yàn)中心的主要活動(dòng)場(chǎng)地，在帶領(lǐng)學(xué)生開展實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行專業(yè)技能教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力等方面發(fā)揮著重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷燦彬.應(yīng)用型院校VAS虛擬仿真教學(xué)的實(shí)踐研究[J].教學(xué)實(shí)踐探索，2017（9）.

責(zé)任編輯：章躍一