高職港機專業課程仿真實訓平臺開發與應用

趙秋園 吳衛剛 孫治國 鄭永生

摘 要 虛擬仿真技術應用于高職課程改革中，可以彌補部分專業課程實訓環節由于設備巨大，存在安全隱患，無法全面系統開展實訓的不足。以港口機械應用技術專業的一門專業課程“門座起重機結構與維保”的仿真實訓平臺開發為例，系統介紹了課程開發的全過程，可以為其它高職類類似課程的開發提供參考借鑒。

關鍵詞 虛擬仿真 實訓 專業課程

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.021

Abstract The application of virtual simulation technology in the curriculum reform of higher vocational education can make up for the shortage of training equipment huge size， security risks and unable to carry out practical training systematically. In port machine applied technology profession teaching we take the development of a virtual training platform for "portal crane's structure and maintenance" course as an example， the whole process of course development is introduced， which can provide reference for other similar courses in higher vocational colleges.

Keywords Virtual Simulation； practical training； professional course

近幾年來，虛擬仿真技術正受到社會各界的關注和應用，市面上也出現了很多虛擬仿真軟件，為企業工藝流程改造、研發產品驗證等提供了新思路，為企業創造了效益。虛擬仿真技術是綜合運用計算機圖形學、人機交互、傳感、人工智能等多項技術以產生一個模擬真實世界的虛擬環境，用戶可以通過各種方式與這個環境進行交互，環境會及時做出回應，從而使得用戶有一種沉浸于虛擬環境的感覺。[1]該環境具有獨特的浸沒感和臨場參與感，是一個開放、互動的環境。[2]

在高職教育領域虛擬仿真技術也有應用前景，結合課程需要和學生掌握知識便捷性需求，進行基于虛擬仿真技術的課程開發越來越受到高職院校的重視。另外，教育部在《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》中提出，在教學中要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。[3] 因此，將虛擬仿真技術應用于高職課程改革和課程實訓環節中，是一個很好的發展方向。

雖然虛擬仿真技術已在多個領域的教學及實踐中應用，[4]但在港口機械專業課程實訓教學中的應用還在探索階段，很多情況下只是部分模塊的開發和探索， 沒能形成較為系統全面的課程體系。目前我院港口機械類相關專業的學生在專業課程學習過程中，接觸的大都是大型港機設備，體積大、重量大、零部件多、結構復雜、維修保養工作有別于一般小型設備。以“港口門座起重機結構與維保”課程為例，一臺門座起重機零部件在1萬個以上，自重高達幾百噸，而且相應的維修保養工藝與普通設備不同，因此開展設備維保實訓有一定難度而且有安全隱患。如果能將企業實際需求的設備建立三維仿真模型，將專業課程中主要結構原理知識以三維模型的方式在課件中再現，同時重視設備維修技能的培養和維護保養技能培養，開發建設三維仿真實訓平臺，技能培養以仿真模擬訓練加真實零部件拆裝相結合的方式開展，使學生技能提升途徑多元化，可以彌補傳統教學無法開展全面實訓的不足。

1 課程設計目標

針對“門座起重機結構與維保”課程的教學目標，結合行業企業生產實際，將課程體系進行系統梳理，總結歸納，將授課內容歸結為若干技能項目：包括設備整體結構與原理認知（利用仿真實訓平臺立體動畫形式展示）、部分零部件檢修與認知（利用港機維修中心實訓室真實零部件拆裝檢修實訓開展）、維修技能項目利用仿真實訓平臺實現、日常檢查與潤滑保養技能項目利用仿真實訓平臺實現。

2 仿真實訓平臺開發的具體做法

首先，與煙臺昭陽公司、青島港裝卸公司等企業合作完成門座起重機三維建模，其中教師負責港口裝卸公司調研，收集整理設備技術資料，分析門座起重機結構，建模過程中技術問題指導反饋，提出建模修改意見；煙臺昭陽工程師負責軟件建模。

然后，以三維模型為基礎教師完成仿真實訓平臺的三維動畫課件腳本、虛擬維修實訓項目腳本、虛擬保養實訓腳本編寫，仿真實訓平臺開發過程中提出修改意見；煙臺工程師完成虛擬維修保養實訓項目開發。具體過程如下：

2.1 虛擬平臺準備階段

深入港口企業調研，了解企業維保人才技能需求，獲取設備維修保養工藝、設備結構圖紙等資料，完善仿真平臺的基礎工作。

2.2 虛擬平臺建設方面

零部件測繪建模；零部件三維模型組裝；以三維模型為基礎完成三維課件多種表現形式的教案編寫；三維立體化課件的制作；仿真實訓項目的制作。

2.3 教學方法方面

理論授課采用虛擬仿真課件展示；實訓方面以虛擬仿真實訓加實踐實訓結合，以在虛擬平臺操作、向教師提問問題和動手拆裝設備為主，教師總結教授為輔的方法。

2.4 教學效果評價方面

虛擬平臺仿真實訓考核加部分零部件拆裝實訓考核相結合，各占50%。

3 實施仿真實訓平臺后所取得的成果

通過近一年的教學實踐證明，該項目可以滿足港口機械應用技術專業和港口物流設備與自動控制專業“港口起重機械”等相關課程每班50人的授課和考核需要，提升了學生掌握技能的能力；專業教師全程參與，提升了專業教師的職業技能；仿真實訓平臺還可以用于企業相關維修及技術人員每班30人次的培訓需要，真正體現校企合作的價值。部分仿真實訓平臺軟件截圖見圖1-2。

4 總結

仿真實訓平臺開發是一個漫長而循序漸進的過程，不僅需要專業教師深入企業調研崗位需求，還要求專業教師深入企業系統學習崗位最新技能，同時開發過程需要與專業的軟件公司合作，由教師提供方案和具體要求，為此需要編寫大量教案和軟件開發腳本，企業工程師負責仿真實訓平臺開發。經過了一年多的仿真實訓平臺開發，雙方需經常溝通，在溝通中加深了與企業的合作及各自技能的提升。在教學應用中隨時發現問題隨時更改，以利于教學的開展。通過實踐驗證，采用仿真實訓方式彌補了過去無法全面開展真實實訓的不足，滿足了學生職業技能掌握的需要，節省了購置大型設備的費用，同時還提高了專業教師的職業技能。

參考文獻

[1] 王永喜.基于物理虛擬實驗室促進學生創新能力的研究[D].蘭州：西北師范大學，2011.

[2] 王娟.淺析虛擬現實技術對建筑設計的影響[J].數字化用戶，2013（25）：256-257.

[3] 教育部.關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見[J].中國職業技術教育，2007（1）：14-15.

[4] 婁軍委.高職建筑裝飾專業實訓虛擬仿真系統的建設與教學實踐研究.浙江工商職業技術學院學報，2016（15）：57-60.