基于產(chǎn)學(xué)合作的混合式機(jī)械VR實(shí)踐教育體系探索

王志瓊 劉津彤 谷東偉 姜姍 劉繼明

[摘 要] 深刻剖析機(jī)械專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革要求、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用需求和實(shí)踐教育體系建設(shè)的必要性，強(qiáng)化整合企業(yè)與高校資源，形成企業(yè)、教師、學(xué)生、社會(huì)多方面相聯(lián)結(jié)的混合式實(shí)踐教育模式，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與機(jī)械專業(yè)相融合的多層次實(shí)踐教育內(nèi)容。積極采取線上線下相結(jié)合的實(shí)踐教育手段，進(jìn)行實(shí)踐教育具體實(shí)施與應(yīng)用。機(jī)械VR（Virtual Reality）實(shí)踐教育體系的探索對(duì)提升教師虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用能力和教學(xué)水平、優(yōu)化機(jī)械專業(yè)體系建設(shè)、增強(qiáng)企業(yè)科技創(chuàng)新和虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品適應(yīng)性起到了良好的促進(jìn)作用，為復(fù)合型、高質(zhì)量人才培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目的有效實(shí)施起到了示范作用。

[關(guān)鍵詞] 產(chǎn)學(xué)合作;混合式;機(jī)械;虛擬現(xiàn)實(shí);實(shí)踐教育

[基金項(xiàng)目] 2019年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“基于機(jī)械專業(yè)的混合式VR教育師資培訓(xùn)體系建設(shè)與應(yīng)用”（201901230010）;2020年度吉林省高等教育教學(xué)改革研究課題“虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用研究”（2019XYB122）

[作者簡(jiǎn)介] 王志瓊（1986—），女，吉林通化人，碩士，吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院國(guó)家級(jí)機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心副主任，吉林大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心副主任，高級(jí)工程師，主要從事虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用及實(shí)踐教學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）22-0089-04? ?[收稿日期] 2021-01-21

自2016年起，教育部開(kāi)始深入推進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，通過(guò)匯聚企業(yè)資源，支持高校專業(yè)綜合改革和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目中的師資培訓(xùn)類型項(xiàng)目支持由2016年的854項(xiàng)到2017年的3200多項(xiàng)，再到2018、2019年的6700余項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目跨越式的發(fā)展。2020年1月教育部印發(fā)的《教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目管理辦法》中指出，產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目旨在通過(guò)政府搭臺(tái)、企業(yè)支持、高校對(duì)接、共建共享，深化產(chǎn)教融合，促進(jìn)教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈有機(jī)銜接，以產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新需求推動(dòng)高校人才培養(yǎng)改革[1]。

一、機(jī)械VR實(shí)踐教育的必要性

（一）產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目實(shí)施的問(wèn)題

產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目的建設(shè)主要是通過(guò)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人與企業(yè)相互溝通聯(lián)系，進(jìn)行項(xiàng)目的申報(bào)、審批、實(shí)施與結(jié)題。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分項(xiàng)目申報(bào)的前提是高校有計(jì)劃或者正在進(jìn)行該公司的設(shè)備或者資源采購(gòu);部分項(xiàng)目的實(shí)施并未按照企業(yè)的申報(bào)指南給予高校一定的經(jīng)費(fèi)和資源支持;部分項(xiàng)目直至驗(yàn)收結(jié)題，都沒(méi)有按照申報(bào)中的任務(wù)進(jìn)行高校和企業(yè)間實(shí)質(zhì)性的產(chǎn)學(xué)合作，協(xié)同育人。以上三個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因是企業(yè)和高校并沒(méi)有尋找到一條切實(shí)可行的產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人模式[2，3]，能夠使企業(yè)和學(xué)校各取所需，積極進(jìn)行合作，達(dá)成最終目標(biāo)。因此，迫切需要針對(duì)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目的有效實(shí)施方法進(jìn)行探索與研究。

（二）機(jī)械實(shí)踐教學(xué)改革的需求

在機(jī)械教學(xué)過(guò)程中，機(jī)械類產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件眾多，通過(guò)語(yǔ)言難以準(zhǔn)確描述工程物理空間結(jié)構(gòu)與功能;在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于有限的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地面積和實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量，常常無(wú)法保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，嚴(yán)重影響實(shí)踐教學(xué)效果;在生產(chǎn)實(shí)習(xí)過(guò)程中，受限于工科類專業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，實(shí)習(xí)存在一定的實(shí)驗(yàn)安全隱患，這些問(wèn)題表明傳統(tǒng)理論與實(shí)踐教學(xué)模式急需改革[4]。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)實(shí)踐課程或新課程中，改變傳統(tǒng)教學(xué)體系，促進(jìn)教學(xué)模式改革，解決原先“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的問(wèn)題[5]，從而提高對(duì)學(xué)生知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提升的效率和效果。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的困難

吉林大學(xué)國(guó)家級(jí)機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（簡(jiǎn)稱中心）構(gòu)建了集教育、培訓(xùn)、研發(fā)于一體的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)踐教學(xué)基地，基地為傳統(tǒng)工科類專業(yè)、新增智能制造專業(yè)開(kāi)設(shè)多門(mén)虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程。根據(jù)教學(xué)需求，中心需要大量了解并熟悉VR方面的人才，然而中心教師多為機(jī)械專業(yè)出身，對(duì)于VR新興技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)并不精通。因此，有必要提升教師虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與教育相結(jié)合的綜合能力，能夠同企業(yè)深度合作，迅速將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)有教學(xué)體系，形成不同層次的新興教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革。

二、體系構(gòu)建思路

在產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目要求的基礎(chǔ)上，首先確定實(shí)踐教育分別對(duì)學(xué)生、教師、企業(yè)和社會(huì)的培養(yǎng)目標(biāo);基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本理論知識(shí)、借鑒企業(yè)的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，與機(jī)械專業(yè)知識(shí)深度融合，設(shè)計(jì)機(jī)械VR實(shí)踐教育內(nèi)容;充分發(fā)揮企業(yè)與高校優(yōu)勢(shì)，相互學(xué)習(xí)和促進(jìn)，形成企業(yè)、教師、學(xué)生和社會(huì)相互培訓(xùn)的實(shí)踐教育模式;在實(shí)踐教育過(guò)程中，采用靈活多樣的線上線下實(shí)踐教學(xué)手段;對(duì)實(shí)踐教育成果進(jìn)行學(xué)校、企業(yè)和社會(huì)廣泛應(yīng)用共享，持續(xù)改進(jìn)完善。通過(guò)機(jī)械VR多層次遞進(jìn)式實(shí)踐教育內(nèi)容、多方面混合式實(shí)踐教育模式、線上線下相結(jié)合式實(shí)踐教育手段和校企混合式實(shí)施應(yīng)用四大方面的研究，形成完善的混合式機(jī)械VR實(shí)踐教育體系，達(dá)成學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)，提高教師實(shí)踐教學(xué)水平，強(qiáng)化企業(yè)產(chǎn)品升級(jí)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源在社會(huì)的廣泛共享（見(jiàn)圖1）。

三、混合式機(jī)械VR實(shí)踐教育體系建設(shè)

（一）多層次遞進(jìn)式實(shí)踐教育內(nèi)容

機(jī)械VR實(shí)踐教育過(guò)程主要包含機(jī)械專業(yè)知識(shí)和VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)兩部分內(nèi)容。實(shí)踐教育內(nèi)容應(yīng)由易到難、由基礎(chǔ)到專業(yè)、由專業(yè)到應(yīng)用的階梯性、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，保證教學(xué)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包含虛擬現(xiàn)實(shí)概論及教育教學(xué)應(yīng)用學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備操作實(shí)訓(xùn)、虛擬現(xiàn)實(shí)教育案例分享和虛擬現(xiàn)實(shí)課件制作等四個(gè)方面內(nèi)容。結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和機(jī)械專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)四大方面機(jī)械VR實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容：（1）機(jī)械專業(yè)真