汽修专业虚拟仿真实训（精选6篇）
汽修专业虚拟仿真实训 篇1
一、现状分析
(一) 理论教学与实践教学分离
传统的实训室和理论课教室, 无论从空间、系统还是信息上, 都无法有机地融为一体。
(二) 实训设备使用繁琐
传统的实训设备存在操作繁琐、容易损坏、维修维护成本高昂等缺点。除了教学本身的准备以外, 老师和学生都要花很多时间去学习设备怎么用, 有效教学时间大打折扣, 因此, 实训教具的教学效率和使用率都不高。
(三) 一对多模式拖累教学成果
二、虚拟仿真实训中心建设预期成效
以发动机实训中心为例, 创新发动机拆装实训中心从多个维度进行创新, 旨在通过一个综合解决方案解决传统实训教学过程中面临的问题。创新实训室的创新设计体现在以下几个方面。
(一) 实现系统化
虚拟仿真实体教学中心能够满足职业教育汽车专业实训课要求的“做中学、学中做”的问题, 也实现了“实训过程可评价、实训结果可追溯”的要求。
(二) 实训环境与课程的结合
以系统论的角度认识创新实验实训中心, 应当从职业教育课程体系统筹思考, 使各个环节互相依存, 相互促进。
(三) 实现教学内容录制、回播、点播等功能
可以通过录播系统对课堂进行记录, 以获取和累积教学资源及课外复习资料。
(四) 实现“一对多”教学模式
通过主视角音视频捕获及发送装置, 可将教师演示过程的画面和教师的声音实时地发送到大屏幕, 并可通过录播系统直播给校园网内任何角落, 彻底摆脱一对多模式下“看不清、听不见”的弊端。
三、汽车虚拟仿真实训中心建设
为了解决一对多实训模式中的种种弊端, 实训中心将通过为每个工位配备一台智能工位机的方案予以解决, 使得教师从繁琐的重复指导中解放出来, 更好地管理课堂, 使得课堂从“一对多”演变成“多对多”。下面以发动机故障检测实训中心为例介绍建设功能。
(一) 示范训练
在课堂上, 教师通过系统的实训软件设置故障、分析故障、排除故障, 做到由浅入深、由易到难, 既符合知识本身的系统, 又符合学生的认知规律。
(二) 实训练习
教师通过系统的实训软件可以布置课堂实训作业;在教师的指导下进行操作练习, 从而掌握一定的技能和技巧, 通过操作练习验证理论知识;教师可以跟踪学生实训的全过程, 发现错误动作立即纠正, 保证练习的准确性。
(三) 考核
每个模块都配置一个理论试题库, 随机抽题, 智能组卷, 自动评分, 统计分析。实训考核实现了计算机和教学设备互动的考核系统, 实现了真实环境下的考核系统, 目的是为了考核学生解决实际问题的能力, 包括故障设置、分析故障、排除故障。
总之, 随着汽车信息化技术不断普及, 虚拟仿真实训教学将会得到更加广泛的应用, 大大提升现代汽车专业教学的实效性, 为汽车维修行业健康快速发展提供了人力资源保障。
参考文献
[1]闫娜.生产实训全场景仿真技术研究[D].大连理工大学, 2008.
[2]杨斌.高职院校实验教学的探索[J].四川教育学院学报, 2008 (6) :98-99.
[3]周运金.虚拟技术在高职实训中的应用研究[J].企业科技与发展, 2010 (24) .
汽修专业虚拟仿真实训 篇2
随着我国汽车专业后服务市场的快速发展和汽车后服务技术性人才的高速潜在需求,高职汽车检测与维修技术专业在专业建设目标定位上,根据地方区域经济的发展需求,提出了汽修高技能人才的核心是故障诊断能力,确立了汽检专业“以故障诊断能力培养”主线的人才培养目标,并以此构建了以故障诊断能力培养为主线,以面向学生自主学习的网络共享教学资源拓展为措施,以面向实操与虚拟实训结合的课程配套设备研发与仿真实训平台开发为保障的汽检专业课程体系[1,2]。
高职汽车检测与维修技术专业作为工科类专业,存在着工科类专业实训教学过程中实训设备、师资与学生间配比协调的常规性难题,进而导致职教教学面临实习难、实训难等一系列问题,主要体现在以下几个方面:
1) 整车或各种汽车实训设备价格总体上都比较高,尽管近几年国家、地方政府在财政上对实训基地的建设支持力度很大,但总体上也较难解决生均设备比,更何况财政投入的资金是采购,对后续设备的损耗、维护则不足。一般情况下,一个教学班40人左右,在理实一体化的教学模式下,配备2名专业教师,课堂教学时配备4-8套实训台架。这意味着在有限的课堂实训教学过程中,每套实训设备是5-10个学生使用,1名教师要管理2-4套实训台架和20名学生。如果学生实训的目的不明确、实训项目比较生疏,意味着课堂内始终有大量的学生的大部分时间其实处于自由状态,这种状况在初期的课程教学中尤为明显,学生真正得到设备的训练、老师的指导并不多。
2) 初期的实训教学中,学生对设备的不熟悉,对设备的故障损耗较大,一方面对设备造成了过早的损坏,另一方面影响了课堂教学的实时开展,有条件的院校实训室人员现场解决,要么专业教师在课堂利用了教学时间来解决故障。因此,因为实训设备的故障问题导致课堂教学效率、效果大打折扣的情况时常发生,尽管专业教师可以要求学生在课外利用任务工单自行训练,达到弥补课内实训教学课时不足的问题,但目前高校学生本身的自主性不足是个难题。
3) 培训周期长。汽车检测与维修技术专业的培养目标是故障诊断分析能力的培养,教学过程中应当始终贯彻故障诊断分析的思维过程,对不同的课程,结合各教学内容适当讲解系统的结构、工作原理,引导学生如何运用各类仪器设备、故障诊断方法,结合系统的结构原理进行诊断分析思维。如果采用常规的实训教学方法,在要求达到同样的教学效果条件下,生师比、生均设备比等难题必然导致培训周期很长。
根据段丹萍、唐润华在《高职虚拟仿真实训系统使用需求调查分析》[3]一文中的调查:有近90%的教师希望在学生实操前能进行仿真练习,80%的教师倾向于课堂教学操作演示,50%的教师倾向于学生实训操作的考核,30%的教师希望能够直接替代实际的实训操作。对仿真实训的技术要求和实现功能上,绝大多数教师倾向于虚拟仿真实训系统具备演示、考核、管理等双向互动功能;90%的教师倾向于虚拟仿真实训系统能够实现二维(2D)和三维(3D)结合,要求系统具有高稳定性、运行速度快等。
为此,我们提出了围绕汽车检测与维修技术专业故障诊断核心能力主线,综合运用现代化信息技术,结合工作过程导向的理实一体化教学模式,研究虚拟仿真实训在专业实训教学中的“210教学模式”应用方案,通过虚实结合的方式对专业实训教学进行有效补充完善。有效补充完善。
2“210教学模式”总体方案设计
“210教学模式”总体方案设计的关键在于围绕“故障诊断能力培养为主线”,梳理以虚实结合多层次、立体化的专业课程体系,通过对课程资源与配套实训设备、虚拟资源与实操设备配套等分析,构建各类资源、信息技术与教学模式于一体的资源实训平台。资源的多样性则不受教学需求的限制,我院目前通过整合视频互动系统、在线实训教学系统、仿真实训教学系统等教学资源,初步开发了以虚拟仿真实训为核心的专业仿真中心(网站),其总体设计结构如图1所示。
“210教学模式”的“2”,指的是课堂教学中2名教师,通过视频互动系统及收录的资源,实现对汽检专业机械拆装调整类课程的远程实时交流、互动。教师在课堂教学中,针对课堂教学不易集中观察、影响实训安全等因素的实训环节,利用视频互动系统,与实训教师或校外兼职教师在课内建立实时教学互动。由于视频互动系统具有实时画面录像、调整放大倍数、语音传输等功能,既能较好地满足课堂实训教学的需要,同时又能实时录像,用于实训教学资源的编辑、收录等。由于目前网络摄像头的大量应用,简单的视频互动系统成本相对较低,单个功能全面、像素高的网络摄像头也已在万元之内了。
210教学模式”的“1”,指的是课堂教学中主要由1名专任上课教师,通过汽车在线实训教学系统及相关的仪器软件资源,实现对汽检专业电类故障课程的集中故障诊断过程分析,从中穿插系统的结构原理等理论知识。此类课程基本可按照理实一体化的工作过程教学模式,遵循“集中教学”→“分组练习”→“集中反馈”→“强化训练”的教学模式。
210教学模式”的“0”,指的是课程的辅助学习由不经或少经教师的指导,学生通过网络资源及虚拟实训资源自主完成学习的过程。实现的关键是梳理课程现有的教学资源,通过汽车在线实训教学系统及相关的仪器软件资源,实现对汽检专业电类故障课程的集中故障诊断过程分析,从中穿插系统的结构原理等理论知识。
3 虚拟仿真技术的应用研究
汽检专业应用仿真实训教学的目的:利用信息手段直观地展示解决教学中部分知识点的抽象、隐晦等难题,运用虚拟资源解决学生、设备间配比矛盾,减少实训设备的损耗率,培养学生操作、维护和检修的技能,培养学生自我训练的意识和创新能力。布鲁纳曾经指出:“教学过程是一种提出问题和解决问题的持续不断的活动”,较高级的虚拟仿真系统则主要实现以“发现问题”→“解决问题”的教与学形态,通过仿真进入“问题”存在的环境,有针对性、带启发性地构建虚拟情景,再现实际生产中的环节,营造人机交互式“自主学习”的环境, 以“教”为主转变为以“学”为主,同时在学习方式上有目的地实现传统的“以教促学”向学习者通过自身与信息和环境的相互交流来获取知识、技能的转变,让学生自身了解错误的根由及后果,发现解决问题的方法,进而通过分析、综合、比较、归纳、推理等高级思维技能围绕假设进行论证,接近或掌握真理,养成发现式的学习风格和策略,培养提高其高层次的逻辑思维分析、解决问题的能力[4,7]。
仿真实训教学需要一定的连续性、系统性,因此,围绕本专业的“故障诊断分析能力培养主线”,建设统一的仿真实训平台是必要的。仿真实训平台的建设是在现有的专业实训条件基础上,方式上通过将课程中开设的实训整合为突出单元能力和技能培养的实训项目,实现理论教学与实训教学的学做融合,紧密围绕实训体系的综合改革;具体教学实施上,教师一方面需要引导学生利用好平台资源,另一方面则在课堂教学过程中尽量发挥平台资源的教学运用,通过发现问题、解决问题的翻转式课堂教学,反过来促使平台资源的拓展建设与有效利用,形成有效的良性循环体系。
在具体实现细节上,以《汽车电气系统检修》课程为例,根据《汽车电气系统检修》课程的教学标准与实施方案[8],围绕课程的教学难点与重点,对课程进行整体方案的设计,从实践中提炼,以国家职业技能大赛、职业技能鉴定标准为参照,结合人对物的认知规律与学生的教育规律——(从个体→局部→整体,从识物→判状态→故障诊断的规律),设计开发“以故障诊断核心能力培养”为主线的仿真实训平台软件,归纳总结出部件认识→线路分析→部件性能检测→故障诊断的教学实施流程,展现汽车电路/电控类课程的整个教学环节。软件的设计与应用主要体现为(故障)诊断性逻辑思维的逐步形成与强化,同时将完成诊断思维学习过程中所需要的专业课程知识、技能融入其中,方式上先以知识够用为原则,以学生账号为单位推动促使其对知识技能的自主学习训练为目的。针对数理性推理分析能力的训练,适当引导学生加强课外游戏活动的辅助,如数独、沙盘推理等纯游戏的参与训练逻辑能力。
铝电解虚拟仿真实训系统开发 篇3
高职冶金技术专业的人才培养特别强调对学生动手能力的培养, 作为冶金技术专业核心课程的铝电解尤其如此。但传统铝电解实训教学—主要通过到铝电解厂进行工种认识实习、生产工艺实习、课程设计等来实现。这就带来以下几个方面的问题:
(1) 学生只走马观花的看, 无法动手实操;
(2) 实习的时间安排无法与理论教学有机结合, 学的时候不看、看的时候学的内容已淡忘;
(3) 铝电解厂生产进度与教学进度不协调, 使学生无法看到课程标准规定的生产实践或具体操作;
(4) 由于工厂实际条件学生无法通过反复练习来掌握基本技能;
(5) 工厂当中实训操作所带来的各种危险无法完全避免;
(6) 基础知识与设计、操作等实际有脱节。
以上几个方面的问题造成铝电解实训教学的效果欠佳。为了提高教学质量, 培养符合高职教育特点的、适合企业和社会需求的铝电解高技能人才, 开发铝电解虚拟仿真实训系统来解决铝电解虚拟仿真实训系统是一条切实可行的路子。
2铝电解虚拟仿真实训系统开发
2.1开发思路
铝电解虚拟仿真实训系统应该达到:
(1) 满足铝电解实训教学的需求 (使学生能够掌握铝电解槽的焙烧、启动、正常生产、测量管理、故障判断与处置等模拟实训操作) 。
(2) 满足工种认识实习及生产实习的要求 (铝电解厂组成, 铝电解车间概貌、铝电解槽及附属供料净化系统设备组成) 。
(3) 兼顾铝电解工技能鉴定培训与考核的要求。
2.2系统组成
2.2.1电解设备
使学生通过软件能够说明铝电解槽 (阴极结构—槽壳及内衬、上部结构—门式支架和大梁、阳极提升装置、夹具和阳极组、筒式下料器、母线结构) 打壳装置及附属设备 (短路口装置、天车、烟气净化系统) 各部分的名称与作用, 正确认识铝电解厂各车间组成
2.2.2电解工艺
使学生直观认识焙烧 (铺焦粒、安装阳极、装炉、安装软连接、安装分流器、通电焙烧) 、电解槽的启动 (灌电解质、捞炭渣、灌铝液) 、正常阶段操 (定时加料——基准加料、欠量加料、过量加料、非正常加料、阳极更换、抬母线、效应熄灭、出铝作业、扎边部、捞炭渣) 作具体过程。
2.2.3.工艺仿真
使学生能够按照安全规程、技术规程、设备规程和管理制度的要求进行焙烧、启动、正常操作 (定时加料、槽电阻调整、阳极更换、效应熄灭) 。
2.2.4.电解故障
使学生能够按照安全规程、技术规程、设备规程和管理制度的要求判断及处理病槽、阳极故障、漏槽、设备事故。
2.3系统功能
2.3.1配合金属铝熔盐电解课程理实一体化教学
按照金属熔盐电解课程标准的要求, 可以在设备、正常生产管理、物料输送与净化等教学环节中, 使用金属铝虚拟仿真系统进行理实一体化教学, 激发学生学习兴趣, 提高教学质量。
2.3.2进行金属铝熔盐电解仿真实训
金属铝熔盐电解虚拟仿真实训系统可以进行仿真实训, 进行铝电解焙烧、启动、正常生产管理、测量、故障判断与处理等仿真实训操作。
2.3.3进行铝电解工技能鉴定培训及考核
利用铝电解仿真实训系统对在校学生和企业职工进行铝电解工技能鉴定培训及考核, 有力地促进在校学生“双证书” (毕业证、职业资格证) 制度推行和企业职工培训的补充, 同时还将现代信息技术引入职业技能鉴定培训及考核工作。
3系统使用效果
某校冶金技术专业联合铝电解企业和软件开发企业按照以上所述的思路和功能, 开发出铝电解计算机虚拟仿真实训系统, 并经过三年的使用取得了良好的效果:近三年毕业生到铝电解企业就业的比例占到毕业生总人数的20%, 而且企业反馈的信息是学生到企业一线上手快, 学生对企业工作的实际情况表现出了良好的适应性;通过对在校学生进行教学质量进行跟踪调查反馈的结果分析, 学生对仿真系统的使用非常欢迎, 认为通过理实一体教学和仿真实训对铝电解操作和技能掌握得比较好;对铝电解仿真实训系统在职业技能鉴定及考核中的运用, 劳动及社会保障部门给予了高度评价, 认为这是对冶金相关工种鉴定考核及培训手段的创新。
4结论
作为铝电解虚拟仿真实训系统的开发及成功使用经验总结, 可以得出以下几点结论:
(1) 对系统开发必须由学校提出构建思路 (包括典型设备和企业生产流程选择、系统总体结构、系统功能及组成) , 基础资料收集和软件开发企业、铝电解生产企业选择.
(2) 选择具有良好合作的铝电解企业作为开发系统的参照对象, 将有力地推进前期资料收集和调研 (主体设备和辅助设备图纸、安全规程、技术规程、设备规程和管理制度、现场操作视频采集) 后期系统开发效果的评价工作, 为系统开发及成功应用打下坚实的基础。
(3) 选择具有相关实训系统开发软件的企业, 可以加速系统开发进度和保证后期使用效果。
总之, 只有形成以学校、铝电解生产企业、软件开发企业“三位一体”, 协作开发的机制, 才能开发出融合了最新铝电解职业教育理念、现代铝电解生产特点和计算机最新技术趋势的, 为学校教师和学生喜闻乐见、企业和社会欢迎的铝电解虚拟仿真系统。
参考文献
[1]徐征, 周怀敏, 等.拜耳法生产氧化铝工艺仿真培训系统的开发[J].云南冶金, 2011, (06) :65-68.
虚拟仿真实训平台的研究与设计 篇4
1 虚拟仿真平台的使用技术
虚拟仿真实训平台中操纵不是真实的实训设备和仪器, 而是使用软件虚拟仿真出来的实训设备。但是虚拟设备与真实设备具有一样的属性及功能特点。基于WEB方式的虚拟仿真实训平台可以让学生在不同时间不同地点都能通过互联网进行实训, 因此, 基于WEB的B/S模式是实现虚拟仿真实训平台的趋势。
2 虚拟实训的实现方法
虚拟实训实现的相关技术内容包括:建立共享型实训教学资源库、建立共享型数据库、能够支持教师与学生之间的沟通交流、可靠的安全机制、协同虚拟环境实现技术、面向对象编程方法的实现。
在设计虚拟实训室应当考虑如下: (1) 虚拟实训室的设计应考虑友好的操作页面并且注重交互性; (2) 虚拟实训室系统的运行应遵循安全性和可靠性原则; (3) 虚拟实训室的软件系统应具备良好的可拓展性和可维护性, 在实训内容发生改变或实训内容有所增加的情况下能方便的做出调整。
3 虚拟仿真实训平台的设计
3.1 设计原则
虚拟仿真实训平台设计依据互动性、易用性、实用性、经济性、可拓展性, 可维护性的原则来设计。充分结合三维模型构建技术、虚拟仪器技术、实验场景虚拟构建技术、信息安全技术、网站建设技术。虚拟仿真实训平台采用ASP.NET (C#) 语言编写, 数据库采用SQL SERVER2005。
3.2 总计设计
虚拟仿真实训平台是基于实训项目系统。WEB服务器是后台服务器与客户端浏览器之间的桥梁, 学生通过浏览器登陆虚拟仿真实训平台, 用户认证服务器验证用户身份, 颁发在线实训平台网站数字证书。学生通过浏览器请求实训服务, WEB服务器根据请求服务发给虚拟仿真实训服务器, 再由实训后台服务执行相应的训练业务逻辑处理。实训项目数据库服务器用于存储实训项目相关数据、用户使用的信息数据、项目的信息数据、服务器设备的信息数据等实训项目的数据管理工作, 包括实训项目相关数据的创建、查询、修改等功能。
虚拟仿真实训平台的开发采用MVC的设计模式及把业务逻辑层与数据层、表示层分开。系统做到低藕合, 即某功能模块的业务逻辑发生改变也不会对其它功能模块造成任何影响。系统采用分工协作开发, 实现系统的快速开发, 同时系统也达到高稳定性、可扩展性和可维护性的标准。
遵循上述设计原则, 将虚拟仿真实训平台系统从逻辑上分为门户层、服务应用层、核心服务层、服务支撑层、数据层。
3.3 虚拟仿真实训平台的模块设计
平台的主要模块及功能如下:
门户网站:包括学院实训信息及动态, 实训教学安排情况, 各课程的实训内容介绍等信息的发布。
实训教学资源库:包括各课程实训教学资源, 包括实训指导书, 任务书, 具体的实训内容及步骤的文字, 视频资源。
实训教学管理:包括实训教学的安排, 实训教学计划, 实训地点的管理, 各实训室的介绍。
实训教学互动答疑:课前课后学生与教师的互动平台, 学生可以在此模块下进行提问, 教师可以对学生进行辅导答疑。
实训教学效果评估:学生可以通过此模块了解到自己的实训成绩, 并且此模块可以通过对学生的实训成绩进行统计与分析, 总结出学生掌握实际操作的薄弱环节。
4 结束语
虚拟仿真实训平台的建设对高职院校的信息化建设的完善有着支撑作用, 对高职院校的实训教学的管理以及实训教学水平的提高有着辅助及推动作用。
摘要：近年来, 随着信息技术的发展, 虚拟仿真实训在职业教育中开始进行广泛的应用。在实训教学中使用虚拟仿真技术能够有效的解决一系列突出问题, 如危险性大、真实实训室建设费用高、环境污染、个性化导训、智能化考试等。我国的职业教育已进入了发展的关键阶段, 开发虚拟仿真实训平台, 将虚拟现实 (Virtual Reality, 简称VR技术) 技术运用于职业教育, 是解决当前职业教育实践教学需求大、渠道窄、有效性不强、资金短缺等问题的重要途径。
关键词：虚拟仿真实训平台,系统设计,研究
参考文献
[1]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程试验中的应用[J].实验技术与管理, 2011 (08) .
[2]高洪波, 王凤先基于的虚拟实验系统体系结构设计[J].河北省科学院学报, 2003 (02) .
汽修专业虚拟仿真实训 篇5
1虚拟现实的概念和特征
虚拟现实 (Virtual Reality, VR) 是近些年来新兴的一种技术。VR对现实环境进行虚拟化和数字化处理, 给人身临其境的体会。将计算机图形技术 (Computer Graphics Technology) 、视觉反馈技术 (Visual feedback technology) 、力觉反馈技术 (Haptic feedback technology) 以及广角立体显示 (Wide stereo display technology) 等技术融合一起, 形成了多种现代化技术的融合体—虚拟现实技术。
虚拟现实技术可以将人在自然条件下的触觉、视觉、听觉感受几乎真实地体现出来, 并做出相应的交互行为, 虚拟现实技术有以下几个主要特征:
(1) 浸入性。人在虚拟环境中的视觉和听觉感受将取代原有现实中的感觉, 是因为在虚拟环境里会穿戴、使用虚拟设备, 而且, 虚拟设备能检测到人的反应, 从而产生一种新的完全真实的感受。
(2) 交互性。用户进入到虚拟现实环境中之后, 所有感受靠传感器可以传递给系统, 系统又将检测到的信号反馈给用户, 从而产生非常真实的体验。例如, 用户挥动手臂用虚拟环境中的球拍击打网球, 在击打的过程中用户手臂不同的挥动速度和角度, 可以产生不同的击球力量和感受。
2建构主义的概念和特征
建构主义最初由著名认知发展领域的瑞士心理学家皮亚杰 (J.Piaget) 提出。众多专家认为建构主义是有关知识、学习的一种理论, 学习者的主动性是这一理论所强调的, 学习是有学习需求的人基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程, 而这一过程的完成是在社会文化互动中进行的。
学习者作为中心、教师负责指导帮助是建构主义所提倡的, 在这种学习模式下, 即重视学习者作为主体的认知作用, 又重视教师的作用—从传统教学单纯的知识传输者转换身份为意义建构的协作者 (见图1) 。
随着现代多媒体技术的发展, 教育领域的信息化程度逐步深入, 越来越多的教育学家和教师重视建构主义的学习理论。建构主义的学习情境主要包括情境、协商、交流、意义建构4大特征。
(1) 情境。
情境是指在建构主义的学习理论中所创设的真实情境, 且必须有利于学习者学习知识
的意义建构。而创设情境非常有效的工具则是多媒体技术与计算机工具的结合。
(2) 协商、交流。
建构主义特征中的协商和交流可视为一体。交流与协商都在过程学习中产生, 双方相互交换想法, 使全部学习者的想法都能被共同的学习群体所共享, 从而进一步推进学习者在的进程学习。
(3) 意义建构。
情境化学习的最终目标就是意义建构, 它的意义在于将学生从原来的被动学习中解放出来, 鼓励学生主动学习、积极探索。
3国内外虚拟仿真教学系统研究现状
3.1国外研究现状
国外虚拟仿真实验教学应用较多的技术手段主要包括以下10种:多媒体技术, 可视化技术, 人机交互技术, 仿真技术, 虚拟现实技术, 虚拟仿真技术, 增强现实技术, 虚拟世界, 3D打印技术, 遥现技术。
国外高校的虚拟实验教学主要以表1所示的形式进行开发设计:
英国Open University的开放科学实验室可以开放所有在线实验室的实验功能, 还可以通过遥控仪器实现远程实验。而且, 该实验室还架设了一批集网络应用和虚拟现实为一体的实验室, 可以实现虚拟仪器设备的在线共享等功能。例如, 地球科学实验室的虚拟显微镜, 可以提供现今世界各地博物馆和研究机构存放的地质标本, 避免了购买昂贵显微镜的费用、切片标本制作费用, 还可以实现设备的共享。
美国耶鲁大学则注重发展实验室的可移动性和即时性。该校在分子生物学、发育生物学和细胞生物学等专业上利用PAD产品完成实验。教师和学生通过PAD上的移动应用程序对实验室的数字显微镜记录、分析, 同时还可以将获得的图像和资料存档。
加拿大的维多利亚大学则更重视3D打印技术的发展。该校通过3D打印机和扫描仪、激光切割机以及动作捕捉传感器建成了创客实验室, 鼓励学生积极创新、勇于探索。
西班牙IE学院注重发展教育游戏类软件。该校研究教育游戏类软件, 学生在该软件中可以担任英国各重要部门领导, 甚至是英国首相, 虚拟制定和国家经济、政治相关的重要议题, 甚至可以组成“议会”讨论政策的制定。该项目通过游戏积分的形式培养学生的领导力, 使学生充分领悟决策的复杂性和重要性。
3.2国内研究现状
随着互联网技术及虚拟仿真技术的飞速发展, 虚拟仿真实训平台这一教育资源也逐渐受到了教育界人士的青睐。目前国内投入运营的虚拟仿真实训平台屈指可数。
以西南交通大学龙绪明教授为例, 其率领团队开发的SMT虚拟实践平台已于2015年初完成, 目前被西南交通大学、北京理工学院使用。
厦门大学的机电类虚拟仿真实验中心可以实现远程教学资源共享, 可以虚拟教学资源, 也能够在数控专业、电气专业、模具专业实现虚拟实验, 该校15个专业的学生受益于虚拟仿真实验中心。
杭州电子科技大学则成立了物联网虚拟实验平台, 该平台从物联网行业人才需求着手, 设计了无线通信系统仿真实验和无线串口点对点通信实验, 以及物联网智能家居实验。
北京化工大学成立了化工安全与装备中心, 中心主要为面向过程、化工安全、以及材料加工过程方向的虚拟仿真实验教学中心。中心在虚拟仿真实践平台上开设了超过100个实践项目, 惠及20多个专业的学生。
这些虚拟教学手段的使用在教学过程中改善了教学效果, 但在具体的应用过程中也体现出一些问题, 具体问题如下:
(1) 推广速度、覆盖院校范围不尽如人意。
(2) 部分学校计算机设备老旧、网络资源匮乏, 虚拟平台运行速度较慢。
(3) 虚拟仿真实训平台使用频率较低, 平台资源没有得到充分利用。
(4) 虚拟仿真实训平台在实践教学中的应用还处在起步阶段, 还需要探索出一条充分发挥其作用的路来。
4系统相关技术
虚拟仿真实训平台的实现需要三维建模软件、数据库和系统设计软件3大类。
4.1建模软件简介
常用的三维建模软件主要有以下3种:3 D M A X, Sketch Up, 以及Maya。下面对3种软件的特点和优势进行详细介绍。
(1) 3D MAX。它功能非常强大, 广泛应用于游戏模型制作, 2016年在建筑设计领域也得到了广泛的应用。该软件中文版本和英文版本同样具备, 操作便捷简单, 发展的已经非常成熟了。
(2) Sketch Up。它是GOOGLE (谷歌) 公司所开发的三维建模软件。它具备自动捕捉功能, 能将模拟使用铅笔绘制的图形线条自动捕捉。同时, GOOGLE公司的3D模型库中具有很多既定的Sketch Up格式的模型。因此, 采用Sketch Up软件可以避免很多繁重的、重复的模型建立工作。
(3) Maya。它是Auto Desk公司研发的一款应用广泛、功能强大的建模软件, 它的功能与3D MAX类似, 但更适用于动画和特效的制作。
4.2数据库软件
伴随着现代技术的发展, 数据管理已经从以往简单的数据存储和数据管理逐步转变成按照数据的结构来组织数据、管理数据、存储数据的大型仓库, 而这种大仓库就是常用的数据库。
SQL server是微软公司开发的关系数据库管理系统, 它作为平台兼容性能良好, 是WINDOWS操作系统中最为方便的数据库平台。并且界面友好, 容易操作, 编程接口丰富。
4.3系统设计软件
虚拟仿真实训平台可以采用第一视角虚拟漫游, 其模式与游戏有很多相似之处, 采用游戏引擎完成平台系统的设计可以说是一个非常好的选择。
Unity是一款全面整合了三维场景、动画效果和三维视频的专业游戏引擎。作为系统开发平台, 主要具备以下几个突出优点:操作简便、容易上手。可以从外部导入FBX格式模型文件, 只要在Unity中编辑地面信息资料, 基本的虚拟漫游操作就可以被实现;Unity 3D程序的封装性能非常好, 有丰富的插件资源可以选用;发布范围广, 通用性良好。采用Unity3D制作的系统可以发布在个人电脑、网页、安卓手机系统、游戏盒子以及Windows电话等当今主流平台上, 只需要修改非常少量的代码, 就可以实现平台的移植。对于日后移动端推广虚拟仿真平台系统具有非常重要的意义。
5系统设计难点
虚拟仿真系统在设计过程中模型的建立非常重要, 但在模型的加载会占用内存, 场景内如果模型数量较多, 则系统很可能存在卡顿现象, 无法流畅运行。这是模型建立时亟待解决的一个问题。
建模的标准之一就是重视简模模型的使用, 模型的面数尽量不要超过5000, 将模型的面数尽可能地控制。
(1) 巧用贴图替代模型的建立。例如需要表现一些细长状的物体, 如窗栏、扶手等物体时, 就可以采用这种技巧, 减少模型的数量, 避免渲染时出现的锯齿和闪烁等现象。
(2) 控制场景中模型数量, 模型的分布要均匀, 尽量转化多边形物体或使用塌陷命令。
(3) 合并场景中距离较近的同样材质的模型, 巧妙利用附加方式。
(4) 严格控制模型不同面之间的距离, 以免彼此距离过近出现闪烁现象。确实距离过近时, 可以通过面的嵌套完成制作。
(5) 删减底面、高处边沿等看不见或不被注意的面, 从而减少面的总数。
综上, 本文对虚拟仿真实训的理论支撑、研究现状、发展前景和主要技术方法进行了全面的论述, 希望对虚拟仿真实训的建设和推广贡献一份力量, 最终实现“理、虚、实”一体化的新型教学模式, 切实提高实践教学的效果。
摘要：文章主要就虚拟仿真实训平台建设的概念和特征、国内外虚拟仿真实训平台建设的成果和现状进行分析, 并对虚拟仿真实训平台建设的主要技术手段和技术难点进行论述。
汽修专业虚拟仿真实训 篇6
关键词：高职院校,汽修专业,实验实训,教师队伍
我国高职院校大多是由普通高职院校下属的二级院校、高等专科学校、独立的职业中专学校等升级而成, 各个方面都需要不断提高和完善, 尤其在实验、实训教学方面存在着很大的问题和空白。这些方面不仅仅关系到实验实训, 它与师资队伍的建设、教学环境的建设等因素都有着各种直接或间接的联系, 需要从各方面去进一步认识和解决。
一、将实训教学师资队伍的建设放在首位
(一) 进一步激励和稳定专业教师的工作积极性, 尤其是骨干教师的专业稳定性和工作积极性。
推行相关政策以尽量发挥广大教师的工作积极性, 避免人浮于事、得过且过等消极情绪对职业教育产生的负面影响。
(二) 科学减负, 促进实训教师知识的更新和转化。
将专业教师从机械、单纯的教课活动中解放出来, 分出精力进行专业知识的研究, 使之更好地适应高职教育的特点和要求, 促进知识的更新和转化, 与时俱进, 以适应新的形势和要求。
(三) 为教师创建宽松的教、学、研环境。
许多学院缺乏相应的产、学、研设施条件及资料信息, 这不仅影响教学知识的更新和转化, 无法适应现代社会建设的需求, 对职业技术教育的发展和推广也无疑是“涸泽而渔”。
(四) 重视教学梯队的建设。防止专业骨干教师流失, 防止新老队伍的断接, 防止专业创新、转化、巩固等环节出现脱节。
(五) 打造团队精神, 开创教学品牌。
为一线教师创造良好的教学环境, 使教师队伍保持充分活力、团结一致。促进老、中、青教师之间的相互帮、教、学, 保证教师队伍健康有序的成长, 而这也正是教学工作得以长盛不衰的法宝。
二、正确认识专业基础课实验实训教学的作用
专业基础课是专业课的奠基石, 专业基础课的实验教学是专业课理论教学与实践教学的基础, 其质量的好坏直接关系到专业技能教育的进度和提高。
(一) 完成教学目标。
一年级高职生的实验教学的重点是学习基本仪器、工具、量具、设备等的概念、构造、用途和使用方法。达到这一教学目的, 下一步的专业教学才能正常顺利进行。同时这对教学质量的提高, 对学生的发明创造思维能力的培养和提高也是十分有利的。
(二) 专业基础课的实验教学要有参考和依据。
专业基础课的实验教学要有详细的、符合实际的实验名称、实验课题、要求、目的、步骤、注意事项和技能操作规程等为参考和依据;并将其作为考查专业能力的主要手段, 以督促学生技能水平的提高, 保证技能培养的质量。
(三) 科学合理地进行实验实训的统筹、建设、规划和管理。
避免各部门的重复建设、设备利用率低或设备闲置等问题的出现, 以适应专业发展和社会发展的需要, 避免教学过程中理论和实践脱节, 影响专业建设的发展、更新和技术的转化。
(四) 统筹安排共用性教学设施等教学资料的使用或技能培训。
对共用性教学设施等教学资料的使用或技能培训, 应在经济、科学、合理、适度的前提下统筹安排进行, 这不仅可以保证专业基础课实验实训有序有效的进行, 对各专业之间的交流和发展也有重要意义。
(五) 加强各专业实验实训的管理。
在保证实验实训质量的前提下, 各专业的实验实训可在整体上加强管理, 具体的细节可根据实际情况合理安排。否则, 只会因小失大、得不偿失。
三、确保专业课实验实训课教学成为高职教育的核心
专业课是高职院校专业建设的关键, 专业课建设的质量不但关系到学生是否能够学有所成, 对学院的社会影响产生至关重要的作用, 进而还会影响到相关学科和专业的进一步建设、发展及生存能力。
(一) 落实相关的政策。
鼓励现有“双师型”教师与“准双师型”教师的成长, 鼓励其致力于学院的专业建设上, 使“双师型”教师与“准双师型”教师花更多的精力、时间去承担实训教学工作。
(二) 善于营造良好的内部环境和外部环境。
加强教学管理, 带动教学的各个环节, 从而全面提高教学质量。在课程建设中, 将覆盖面广的主要基础课和对培养目标起重要作用的专业主干课, 作为重点建设的对象, 加大科研、教研、学研的投入和建设力度, 出台有利于良性发展的政策和制度。
(三) 实训设施、实训内容、实训要求、实训计划与社会需求相结合。
对相关专业三年以上的社会需求变化充分预测, 并且根据这种科学的预测来制定相关的教学计划、教学要求、教学内容、技能培训指标、实验实训要求、适合高职教育的考试与考核标准及制度等, 以培养出适应社会需求的人才。
(四) 注重教学方法的有效性和灵活性。
实验实训教学不同于理论课的教学, 各种专业的实训与技能培训不可能按照固定的要求和模式进行, 不同的专业有其不同的特点和要求, 应有符合专业特点和要求的教学模式和方法, 在统一的管理下, 有各专业的专家和资深教师集体研讨、座谈来决定具体的教学环节、教学思路和方法, 定期交流, 不断改进。
四、深刻认识技能考核的重要性与社会需求的紧迫性
建立完整、科学的技能考核体系, 使其适应社会发展的需求。目前, 高职院校教学模式在大多数方面仍然沿用了普通大专院校的教学理念和教学模式, 尤其是严重缺乏对技能教学理念的研究和对专业技能的高度重视。技能培养与理论的教育是相互促进、相辅相成的, 在目前来说, 技能的培养和考核更是当务之急。高职教育的目的之一就是要培养一大批适应社会需要的高级技能人才, 而现今的状况是理论考核强度有余, 而技能考核不足或空白, 甚至没有技能培训。技能培训的体系和技能考核体系的建立是高职教育的重心所在, 对技能水平的鉴定、对专业能力的考核应该成为高职院校考核的主要方式, 高标准的技能考核要成为学生学习质量的主要鉴定方式, 只有如此, 培养的学生才能具有较强的专业技能去参与社会的竞争。
五、建立完善的实验实训资料室和相应的培训机构
(一) 建立资料室, 专门收集和整理专业实习实训建设和革新相关资料, 为教学研究、技术转化、专业改革、技术标准等提供必要的理论依据。专业的发展、技能的转化、推广、发展等无一不依靠广泛的信息收集和分析。若没有全面大量的信息, 专业的预测、规划、建设, 技能体系的改革、创新、发展, 科研的方向、成果就无从谈起。
(二) 成立培训机构。
为了更好地促进“双师型”教师的培训和最新理论成果的技术研讨转换, 应该在相应政策的鼓励下成立一定的培训机构, 对内建设为提高自身素质的“加油站”;对外则进行成果交流和开放互动。
(三) 鼓励教师对各种资源设施的合理利用;
鼓励对高新技术的学习、研究和产业化。制定具体的既有利于院校建设又有利于专业建设的相关制度和政策, 鼓励广大一线教师致力于专业理论和技能的教学和研究, 完成专业建设的“造血”功能, 从根本上促进专业的技能体系建设。
六、积极扩大与加强校内外实训基地的建设
当前, 我国高职教育仍然处在探索和磨合阶段, 这就要求高职院校一方面必须充分认识、挖掘、整合自身教育资源各要素;另一方面必须正确处理好校内外资源的关系。要充分利用好现有的教育设施和教师资源, 尤其是优秀教师资源, 实现办学的自我造血功能。提倡与行业、企业紧密结合, 开展各种形式的合作, 为培养“双师型”教师提供实训、实践的空间。充分利用行业政策资源, 在双证制度、培训制度、课题研究等进行探索和实践等。
总之, 高职教育的建设和发展要结合国情, 结合区域特色, 实事求是, 先从强化自身各个方面的建设开始, 逐步有计划地向其他方面扩展和延伸, 有的放矢。
参考文献
[1]方惠坚, 郝维廉主编.蒋南翔教育思想研究[M].北京:清华大学出版社, 1999
[2]孙多金.创新思维与开发[M].兰州:甘肃文化出版社, 2002