工程訓練車削加工一體化實訓平臺的建設研究

寇 瑩，楊 洋

（吉林大學工程訓練中心，吉林 長春 130025）

工程訓練車削加工一體化實訓平臺的建設研究

寇 瑩，楊 洋

（吉林大學工程訓練中心，吉林 長春 130025）

根據對工程訓練中心車削加工的實踐教學方案、教學特點和現有教學資源的整合與分析，結合現代教育技術的要求，建立了工程訓練車削加工一體化實訓平臺。該平臺建設內容包括：車床基本知識模塊、車床操作模塊、車床加工虛擬仿真模塊。實訓平臺為工程訓練的實踐教學和創新型人才培養提供新的模式和理念。

工程訓練；車削加工；一體化實訓平臺

工程訓練是高等工科院校實踐教學的重要環節[1]，是學生學習工藝知識、提高綜合素質、增強工程實踐能力、培養創新意識和創新能力的實踐性基礎課程[2]。隨著現代科技的飛速發展，工程技術人才的培養質量直接影響科學技術的發展，決定國家的工業競爭力。因此，為確保在工業競爭中的有利地位，世界各國，特別是工業發展水平較高的國家尤其重視工程教育的改革和發展，力求培養出具有高競爭力的工程技術人才[3]。目前我國工科類高校基本上都建立了工程訓練中心。工程訓練中心已成為工科類高校中教學規模最大，受教學生最多的實踐教學基地[4]。

在高校工程實訓教學中，車削加工作為其中的一個環節發揮著重要的作用。車工實訓教學內容較廣，在實訓過程中需要學生掌握充足的理論知識及基本的操作技能[5]，有助于加強學生對加工工藝的理解，了解常用工夾量具的使用方法和安全操作技術，掌握機械制造的一般過程和基礎知識，有助于學生將理論知識與實踐相結合，使其較快地掌握加工基本技能，從而提升工程意識、實踐能力和創新意識[6]。因此開發了車削加工實訓平臺，通過文字、插圖、動畫、聲音、視頻、網絡流媒體和虛擬仿真交互等靜、動態數字資源等媒體形式呈現車削加工過程，對于更新教學觀念、創新教學模式、提高教學效率具有重要的意義[7]。

1 車削加工一體化實訓平臺建設的必要性

車削加工是工程實訓的重要環節，是工科絕大部分專業學生必備的技能之一。因此，全國各大高校工程訓練中心均已開設車削加工模塊，但結合目前車削加工的教學現狀可以看出車削加工教學中仍然存在很多問題。

（1）教學設備陳舊，車削加工模塊中使用的教學設備無法與工業生產實際結合。設備使用時間較長，反復使用使設備產生了不可逆的損耗，影響教學效果。

（2）教學內容枯燥乏味，現如今大部分高校車床教學模塊仍采用傳統教學方法。依然將視頻、掛圖和實訓指導人員示范操作等做為主要教學工具，傳統教學方法枯燥乏味，無法激起學生求學興致。教學內容單一且一成不變，與時代發展脫節。

（3）學生安全無法保證，學生觀看完教示范示后直接操作機床，對于理論知識不扎實或動手能力較差的學生無法保證人身安全，且由于學生人數較多，實訓指導人員很難做到時刻監管。

（4）教學環境單一，傳統教學方式局限于課堂及實訓場地。教學設備數量有限，無法使學生充分利用課堂時間，為學生提供自助學習的條件也得不到滿足。

2 車削加工一體化創新訓練平臺的建設

車床一體化創新訓練平臺旨在全面、系統地構建一套完善的知識框架，將車床、車刀、工件安裝、車床操作與車削加工相結合，通過自主開發、校企合作、轉化科研成果和利用現有資源，創建一套由文字、插圖、動畫、聲音、視頻和虛擬仿真交互等靜、動態媒體教學資源形式組成的一體化創新訓練平臺（如圖1所示）。以此來更新教學觀念、變革教學模式、提升教學效果。

圖1 車削加工一體化創新訓練平臺

學生不僅可以應用實訓平臺進行相關知識學習，還可以通過平臺提供的仿真軟件和虛擬模塊進行自主加工，為拓展學生創新思維和學習能力提供了良好的平臺。同時該平臺也提高了實訓指導人員的教學能力，豐富了教學內容，降低了教學成本和教學風險。

3 數字化教學資源建設

依據車削加工一體化創新訓練平臺知識框架，對每個教學模塊涉及的知識點，包括加工工藝方法的應用范圍、車削加工基礎知識、典型加工零件、工具量具夾具的使用方法、設備的結構分析、設備的工作原理、設備的操作規程和操作方法、安全常識等知識，根據每個知識點自身的特點建設形式適合的數字化教學資源，包括圖片、錄音、動畫、視頻錄像、虛擬仿真實訓平臺等，通過直觀生動的數字化教學資源簡潔明了地解讀工程訓練車削加工實踐教學知識點。

3.1 圖片資源建設

圖片教學資源是指通過靜態的圖片或者照片展示知識點，如車床基礎知識模塊，搜集、整理和建設關于車床基本組成的圖片（如圖2所示），通過大量的靜態圖片資源使學生一目了然地了解車床基本知識。

圖2 車床基本組成

3.2 動畫資源建設

動畫教學資源是指通過二維平面動畫或者三維立體動畫展示工程訓練實踐教學大綱中抽像的、難于理解的知識點。如車床的內部傳動原理，運用動畫形式透明化清晰地觀察車床內部部件的運動、潤滑液的流動、車床傳動過程等，使學生可從不同視點、不同角度反復觀察車床相關部件。在車床加工仿真模塊中通過同樣可動畫形式展示車端面、外圓、中心孔、成形面（如圖3所示）等操作，通過觀看仿真動畫形象的將整個加工流程展現，幫助學生掌握車削加工工藝，了解整個加工過程。

圖3 車成型面仿真動畫

3.3 視頻資源建設

視頻教學資源是指按照教學設計要求通過攝像機直接錄制的實景視頻，包括工程訓練教學中設備的操作方法以及實訓的操作步驟等。如車床操作模塊中車床刻度盤及手柄的使用、對刀和試切操作（如圖4所示）等，并經過視頻剪輯處理后形成錄像教學資源。錄像視頻資源在最大程度上保證了實訓環境的真實性，使學生對實訓環境、設備和操作流程產生直觀感性的認識。

圖4 對刀與試切視頻

3.4 虛擬仿真實訓平臺建設

虛擬仿真實訓平臺是指利用虛擬現實技術對實踐教學環境、設備、工藝規則建立虛擬仿真實訓平臺，使學生在虛擬仿真環境下進行反復的仿真操作，增加對工藝規則的熟練度和安全操作常識，然后再進行真實的動手實踐操作。如典型零件的車削加工，首先由學生安排加工工藝流程，若工藝順序安排正確會出現綠色的對號，若順序錯誤則為紅色錯號，學生可在教師的指導下進行改進。同時系統還存在幫助功能，幫助學生能正確合理的安排加工工藝，工藝順序安排完成后，系統會對該零件進行虛擬加工展示。通過虛擬仿真可使學生對典型零件進行工藝安排，模擬加工，對加工中可能出現的問題做到及早發現和改進。

通過車床虛擬仿真模塊，可使學生能完成一般零件的車削加工工藝方案的制定，具備運用普通車床加工零件的能力；能正確識讀零件圖并能根據工件材料的特性及可切削加工性能合理選擇加工刀具；確定加工方案、根據零件的結構特性合理選擇、安全裝夾工件；并能對所加工的零件按圖紙要求進行檢驗；對加工零件的質量問題進行分析并提出解決方案。

3.5 網絡資源庫建設

在工程訓練中心網絡資源庫平臺建設的大框架下建設車削加工教學網絡資源庫。以工程訓練中心網站和資源庫平臺為基礎，豐富和完善車削加工教學資源，將車削加工教學資源軟件、仿真實訓平臺、教學視頻、教學 PPT、教材等資源網絡化，支撐學生無任何時間和空間限制地學習和訓練。

4 一體化實訓平臺應用

車削加工一體化實訓平臺的建設主要依托于數字化教學軟件及完備的教學硬件設施。數字化教學軟件（如圖5所示）包括支撐實訓相關理論講解的動畫視頻教學資源和支撐學生虛擬仿真實訓操作的虛擬仿真實訓平臺。硬件設備為支撐虛擬仿真實訓環境的平板電腦。

圖5 教學軟件

應用車削加工一體化實訓平臺，車削加工課程教學過程如下：

（1）基礎知識講解。實訓指導人員通過該平臺中車床基礎知識模塊對車床各部分結構及各部件在整體中的作用、傳動關系等進行講解。對其中涉及到的車削加工工藝、車刀基本知識、車床工件安裝及安全操作規程等內容進行深入講解。

（2）模擬加工。選擇車削加工實訓平臺中車床加工虛擬仿真模塊，學生可根據該模塊提供的模擬加工視頻了解車削加工工藝，進而對一些典型零件的加工工藝進行設計，若安裝、刀具、加工順序任一選擇錯誤，系統會出現紅色錯號，選擇幫助選項可觀看正確答案，保證學生學習了解正確的加工工藝順序，圖6為實訓平臺車削加工模塊。

圖6 車削加工模塊

（3）實際加工。學生對典型零件進行虛擬加工后，已熟練掌握車床的基本操作，此時可分組進行車削加工操作，以達到理論與實踐相結合的目的。

運用一體化實訓平臺既符合學生實習特點，又突出實際操作的實現，且講授內容針對性強，能最大限度地培養學生自主學習及創新能力。一體化教學是高校實訓教學的發展趨勢，是突出技能訓練有效手段。同時一體化教學要求實訓指導人員既要有一定理論知識，又要有熟練的虛擬仿真教學能力。一體化教學的實踐與探索，為教學改革積累了寶貴的經驗。

5 結束語

在對高校工程訓練車削加工實訓課程現狀及問題分析的基礎上，提出了基于車削加工的一體化實訓平臺建設思路和實施方案。一體化實訓教學方案在工程訓練教學中起到了很好的助學、助教作用，降低了實訓成本，提高了實訓效率，保證了實訓安全，達到了常規教學很難實現的教學效果。平臺的建設充分利用現代教學手段，結合文字、動畫、聲音、視頻和虛擬仿真交互等靜、動態媒體教學資源，在工程訓練車削加工中的應用是工程訓練實踐教學領域的新突破，為工程訓練的實踐教學和創新型人才培養提供新的模式和理念。

[1]賈 杰.創客教育與高等院校工程訓練的融合[J].實驗技術與管理，2015，32（12）：30-35.

[2]陳 云，羅繼相，趙章焰，等.現代工程訓練教學體系的優化及規范化[J].高等工程教育研究，2011（4）：157-160.

[3]吳慶憲.高等工程教育發展與高校工程訓練中心功能定位[J].南京航空航天大學學報，2006，8（1）：68-71.

[4]梁延德.我國高校工程訓練中心的建設與發展[J].實驗技術與管理，2013，30（6）：6-8.

[5]柳德忠.關于車工實習教學的幾點建議[J].河南科技，2014（7）：273-274.

[6]謝桂秀.車工實習教學階段學生技能水平的提升方法闡釋[J].科技與創新，2017（11）：144-147.

[7]羅曉東，尹立孟，王青峽，等基于虛擬仿真技術的實驗教學平臺設計[J].實驗室研究與探索，2016，35（4）：104-107.

Establishment of Integrated Training Platform for Engineering Training Turning

KOU Ying，YANG Yang
（Engineering Training Center，Jilin University，Changchun Jilin 130025，China）

According to the engineering training center of the turning of the practice of teaching programs，teaching characteristics and the integration of existing teaching resources and analysis，combined with the requirements of modern educational technology，and put forward the establishment of the integrated training platform for engineering training and turning.The platform construction content includes:lathe basic knowledge module，lathe operation module，lathe processing virtual simulation module.The establishment of the platform for engineering training practice teaching and innovative talents to provide new models and ideas.

engineering training；turning processing；integrated training platform

G642.4

A

1672-545X（2017）10-0166-03

2017-07-06

寇 瑩（1988-），女，吉林長春人，碩士，助理工程師，主要從事工程訓練研究。