數(shù)控技術(shù)專業(yè)遠程虛擬實訓(xùn)體系研究與實踐

李彩霞

數(shù)控技術(shù)專業(yè)遠程虛擬實訓(xùn)體系研究與實踐

李彩霞

（重慶工商職業(yè)學(xué)院智能制造與汽車學(xué)院，重慶401520）

通過分析遠程數(shù)控技術(shù)專業(yè)遠程實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出構(gòu)建基于Web3D的遠程虛擬實訓(xùn)教學(xué)體系的思路和實現(xiàn)途徑，并且提出數(shù)控虛擬實訓(xùn)平臺所包含的功能模塊內(nèi)容及使用效果。這對于遠程數(shù)控虛擬實訓(xùn)教學(xué)思路具有一定的指導(dǎo)意義。

遠程；數(shù)控技術(shù)；Web3D；虛擬實訓(xùn)

我校實行“雙模式”辦學(xué)理念，采用高職教育與開放教育相互協(xié)調(diào)、相互融通，現(xiàn)代信息技術(shù)與實踐性教學(xué)深度融合辦學(xué)模式，旨在為社會培養(yǎng)有較強實踐能力的應(yīng)用型專業(yè)人才。所以教學(xué)資源建設(shè)需要兼顧高職與遠程教育兩者的服務(wù)面向及其教學(xué)特點。

1 數(shù)控技術(shù)專業(yè)遠程實訓(xùn)體系建設(shè)思路

（1）現(xiàn)狀分析

現(xiàn)代遠程教育目前較普遍的教學(xué)形式是通過網(wǎng)絡(luò)直播教師講課錄像，或者通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)生下載教學(xué)課件。這種教育形式簡單易行，但也存在問題，如遠程教育的學(xué)生缺少實訓(xùn)教學(xué)活動中的互動教學(xué)，由于沒有真實教學(xué)設(shè)備操作，制約了學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)[1]。

（2）建設(shè)思路

實踐教學(xué)目的在于對人才實際操作能力的培養(yǎng)，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加強動手實踐能力的培養(yǎng)。結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，確定數(shù)控技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)的主要內(nèi)容包括崗位基本技能實訓(xùn)、專項技能實訓(xùn)和專業(yè)綜合技能實訓(xùn)。為完成以上內(nèi)容的教學(xué)，通過遵循科學(xué)評估和激勵機制，構(gòu)建嚴(yán)格的實踐教學(xué)管理制度，構(gòu)建了其實踐教學(xué)體系，如圖1所示，該體系根據(jù)企業(yè)對于畢業(yè)生質(zhì)量的反饋可再次修訂。

為了兼顧高職與遠程教育的特點，提出利用虛擬實訓(xùn)，通過構(gòu)建虛擬實訓(xùn)平臺來開展遠程實訓(xùn)教學(xué)的方法。該方法和平臺正是對傳統(tǒng)遠程教學(xué)的補充，采用虛擬實訓(xùn)可以豐富高職實訓(xùn)教學(xué)手段。

圖1 數(shù)控技術(shù)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)體系

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)技術(shù)，它是模擬的三維環(huán)境，用戶可以通過系統(tǒng)進入并操作系統(tǒng)中的對象并與之交互。近些年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各種教學(xué)類虛擬仿真系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣。Web3D技術(shù)就是在互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)。Web3D技術(shù)采用個人計算機即可實現(xiàn)。Web3D技術(shù)是一種能夠在互聯(lián)網(wǎng)上普及的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可應(yīng)用于以互聯(lián)網(wǎng)為傳播媒體的現(xiàn)代遠程教育建立數(shù)控虛擬實訓(xùn)教學(xué)體系[2-4]。數(shù)控技術(shù)專業(yè)的虛擬實訓(xùn)平臺采用Web3D來實現(xiàn)，架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于Web3D的遠程虛擬實訓(xùn)平臺架構(gòu)圖

2 基于Web3D的遠程虛擬實訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建原則與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 構(gòu)建原則

虛擬實訓(xùn)體系是現(xiàn)代職業(yè)教育實踐教學(xué)體系重要的組成部分。構(gòu)建虛擬實訓(xùn)體系應(yīng)把握如下主要原則：

（1）一致性原則。任何虛擬仿真實訓(xùn)必須以真實實訓(xùn)過程為基礎(chǔ)，既要與真實實訓(xùn)的屬性一致，又要與學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律相一致，否則會對遠程教學(xué)帶來錯誤的教學(xué)效果。

（2）交互性原則。也叫動態(tài)的開放性原則，包括學(xué)習(xí)者和虛擬實訓(xùn)之間的交互，以及學(xué)習(xí)者與實訓(xùn)指導(dǎo)老師之間的交互。學(xué)習(xí)者與指導(dǎo)者互動并能得到教師實時的指導(dǎo)有利于提高教學(xué)效果。交互性是提高虛擬實訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)和提高遠程教學(xué)效果的重要保證。

（3）項目的實踐性和仿真性原則。虛擬實訓(xùn)是相對于基于機床設(shè)備等的真實實訓(xùn)的實訓(xùn)形式，其顯著特點是對真實實訓(xùn)環(huán)境和崗位的虛擬再現(xiàn)，為復(fù)雜的實訓(xùn)環(huán)境和設(shè)備操作流程提供可能。為了達到教學(xué)目標(biāo)，必須建設(shè)與真實環(huán)境一致的項目任務(wù)。

（4）虛擬實訓(xùn)資源的共享性原則。虛擬實訓(xùn)體系要求所有實訓(xùn)資源具有開放性和可調(diào)用性。

（5）數(shù)據(jù)優(yōu)化原則。開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)＋模式的Web3D遠程實訓(xùn)系統(tǒng)，就是使學(xué)生在學(xué)校以外也能利用互聯(lián)網(wǎng)通過操作計算機便可在瀏覽器中進行虛擬實訓(xùn)。基于Web3D的遠程虛擬實訓(xùn)資源需通過網(wǎng)絡(luò)供學(xué)習(xí)者進行交互學(xué)習(xí)，不但需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，還需要較優(yōu)化的數(shù)據(jù)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）主要基于Web3D來實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)和操作。Web3D編輯工具為用戶提供了完善的3D模型和動畫制作功能，后續(xù)可對平臺的功能和資源進行擴展和完善。

（2）系統(tǒng)采用C++、PHP、Javascript等主流語言程序開發(fā)，最后全部通過打包加密后再利用編譯程序進行系統(tǒng)優(yōu)化，大大加快了系統(tǒng)整體運行速度。

（3）本系統(tǒng)在運行過程中學(xué)生操作的3D動畫的動作是通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送給服務(wù)器端程序的，而該系統(tǒng)中的TCP/IP協(xié)議采取的是UDP用戶數(shù)據(jù)包模式，保證了數(shù)據(jù)不會輕易丟失與延遲。

（4）服務(wù)器端除提供在線3D虛擬實驗所需的功能服務(wù)外，還提供DB Server、Web server、Mail server三種服務(wù)。

DB Server：采用基于MySQL的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，提供對所有3D模型數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的存貯與管理，對教師與學(xué)生分別分配其個人存貯空間。

Web Server：采用Apache架設(shè)動態(tài)網(wǎng)頁服務(wù)器，以PHP完成服務(wù)器端腳本編寫，利用Apache和PHP對MySQL的良好支持，實現(xiàn)網(wǎng)頁對DB Server的資料讀取與修改。

3 基于Web3D的虛擬實訓(xùn)體系下平臺功能模塊及實現(xiàn)效果與評價

構(gòu)建虛擬實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)時，要充分利用虛擬實訓(xùn)與傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)勢，實現(xiàn)教學(xué)交互與職業(yè)教育的緊密結(jié)合，通過虛擬實訓(xùn)環(huán)節(jié)增強系統(tǒng)的真實性。通過對數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的分析，數(shù)控技術(shù)專業(yè)虛擬實訓(xùn)項目內(nèi)容如圖3所示，虛擬實訓(xùn)平臺實現(xiàn)效果如圖4所示。通過該平臺可開展基于互聯(lián)網(wǎng)+模式的虛擬遠程實訓(xùn)教學(xué)。

圖3 基于Web3D的數(shù)控虛擬實訓(xùn)體系下平臺功能模塊內(nèi)容

圖4 基于Web3D的遠程虛擬實訓(xùn)平臺效果圖

該實訓(xùn)平臺已投入使用，通過一年的實訓(xùn)教學(xué)使用后學(xué)生與教師的評價反饋分析，虛擬實訓(xùn)教學(xué)平臺投入極大豐富了我校遠程教學(xué)和高職教學(xué)中實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)手段和培養(yǎng)模式，應(yīng)用前景良好，有推廣價值。下一步還需要通過企業(yè)參與評價，進一步補充和完善平臺資源建設(shè)。

4 結(jié)束語

實訓(xùn)教學(xué)是數(shù)控技術(shù)專業(yè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。構(gòu)建基于Web3D的遠程數(shù)控虛擬實訓(xùn)體系，應(yīng)用虛擬實訓(xùn)環(huán)境，具有兩方面的好處：一是充分提高遠程教育質(zhì)量的同時豐富了高職在校生的教學(xué)手段和學(xué)習(xí)途徑；二是極大降低了學(xué)校辦學(xué)的硬件投入。

[1]陽西述.現(xiàn)代遠程教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究[J].科學(xué)時代，2008，16（6）：24-25.

[2]陽西述，劉懷玉．Web3D新技術(shù)在現(xiàn)代遠程教育中的應(yīng)用[J]．吉首大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，29（1）：47-50.

[3]苑衛(wèi)東，馮憲琴．高職數(shù)控加工實訓(xùn)體系的完善策略[J]．湖南農(nóng)機，2014，48（2）：33-35.

[4]吉鴻，蘇宏林.高職機電一體化專業(yè)虛擬實訓(xùn)系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].中國成人教育，2013，25（4）：86-88.

Researching and Practicing Remote Virtual Practical Teaching System for the Specialty of Numerical Control Technology

LI Cai-xia
（Chongqing Institute of Industry and Commerce，Career Academy，Chongqing 401520，China）

Through the analysis of the status of remote training teaching remote CNC technology professional，proposes the construction and realization of remote virtual teaching system based on Web3D thinking way，and put forward the function module content and effect of NC virtual training platform contains.It has certain guiding significance for the remote NC virtual training teaching ideas.

remote；numerical control technology；Web3D；virtual training

G642.0

A

1672-545X（2017）02-0250-02

2016-11-23

重慶工商職業(yè)學(xué)院2015年科學(xué)研究一般項目（YB2015-04）

李彩霞（1984-），女，陜西綏德人，副教授，碩士研究生，從事機電一體化專業(yè)教學(xué)研究。