虛擬仿真技術在高職機電一體化專業(yè)實訓教學中的應用研究

摘 要：新時代下，高職教學的實踐性受到了更多的關注。實訓教學是培養(yǎng)學生實踐能力的重要渠道，與其他專業(yè)相比，高職機電一體化專業(yè)課程融合了機械、電子、計算機、控制等多個領域知識，內容綜合性強，傳統(tǒng)實訓教學方式和內容具有一定局限性，已難以滿足新時代機電一體化專業(yè)的教學需求。虛擬仿真技術作為“互聯(lián)網(wǎng)+”技術的代表，集合智能傳感器、計算機、深度學習等最新信息技術成果，能夠模擬現(xiàn)實世界要素，并通過視覺、聽覺、觸覺等多感官傳達?；诖?，文章針對虛擬仿真技術在高職機電一體化專業(yè)實訓教學中的應用進行了探討研究，以期有所幫助。

關鍵詞：虛擬仿真技術 高職機電一體化專業(yè) 實訓教學

高職作為向社會輸送綜合型技能人才的基地，學生實踐能力的提高是教學重點之一。機電一體化課程知識點較多，內容廣泛，而且需要具備一定的物理和數(shù)學基礎，對部分學生來說具有一定難度，影響了專業(yè)實訓教學的開展。虛擬仿真技術依托于計算機，能夠直觀、生動模擬真實場景，使學生在完成技能訓練的同時提升動手能力。對于其在高職機電一體化專業(yè)實訓教學中的應用研究具有重要現(xiàn)實意義。

1 虛擬仿真技術在高職機電一體化專業(yè)實訓教學中的應用優(yōu)勢

1.1 提升教學效果

教學效果的提升是虛擬仿真技術最大的應用優(yōu)勢之一。虛擬仿真技術作為信息技術的產物，在互聯(lián)網(wǎng)條件下能夠隨時使用、查看。課堂教學中，教師可以利用虛擬仿真技術，從多角度演示，突破重點，為學生的自主操作打下基礎。學生也可以不受時間和空間限制，針對自身疑惑點和學習薄弱點，在虛擬仿真技術營造出的三維環(huán)境中，反復操作觀看。同時，虛擬仿真技術也可以和智慧課堂技術聯(lián)動，使教師能夠及時了解學生的學習進度和知識點掌握情況，便于開展個性化教學，促進教學效果的提升。

1.2 降低教學成本

機電一體化專業(yè)實訓教學內容多樣，包括電工實驗實訓、電子技術實驗實訓、供配電技術實訓、可編程序控制器實訓、單片機技術實訓、電力自動化與繼電保護實訓等，均需要對應的硬件設施支持，以上硬件和軟件后續(xù)的更新、升級，一定程度上提高了教學成本。虛擬仿真技術僅需要計算機和對應軟件，即能夠為教學提供多樣豐富的素材和貼近真實情境的場景平臺，在交互式仿真環(huán)境中開展教學，有效控制了教學成本。

1.3 保證教學安全

安全是各學科教學的共通要求。機電一體化專業(yè)實訓教學涉及高壓電路、運動機械部件等內容，具有不可忽視的安全隱患，甚至威脅人身安全。虛擬仿真技術以擬真為核心，教師教學和學生實踐均在虛擬環(huán)境中進行，大大降低了誤操作等帶來的風險，也能有效規(guī)避因教學硬件老化引發(fā)的安全事故。也可以在虛擬仿真技術中集成修正預警功能，第一時間對學生的誤操作發(fā)出警告，能夠引導學生及時修正錯誤，樹立牢固安全意識。

2 高職機電一體化專業(yè)虛擬仿真實訓教學平臺構建

虛擬仿真實訓教學平臺是高職機電一體化專業(yè)虛擬仿真技術應用的基礎，主要包括虛擬廠房、虛擬設備、虛擬工具、虛擬輔助設備等，共同形成一個最大程度接近現(xiàn)實世界元素，能夠進行虛擬設計、加工、裝配以及電氣配置，運動仿真等操作的實踐平臺。具體內容模塊如下。

2.1 工程設計實訓模塊

工程設計實訓模塊以機械繪圖軟件為基礎，能夠在繪圖結束后，為其賦予材料、特性等設定，進行虛擬位置、尺寸、機械性能強度等檢測。同時能夠自動生成對應工程圖面、對應的元器件及零件清單、三維初級模型，為后續(xù)加工打下基礎。此外，可以在其中添加標準零件資源庫，便于隨時調取組裝。

2.2 機械加工仿真實訓模塊

機械加工仿真實訓模塊是對零件的加工工藝安排、機械加工的虛擬仿真。需包含不同類型、規(guī)格機床模塊，以及對應的加工工序功能、通用刀具模型，使學生能夠使用與操作現(xiàn)實實際機床相同的操作方法進行加工。此外，還需要加入多樣的自定義功能，例如能夠對毛坯材料形狀、尺寸、材料進行定義，還可以對加工刀具性能進行個性化設置等。

2.3 測量實訓模塊

測量實訓模塊是對零件測量檢驗的仿真，需包含三坐標測量儀、千分尺、百分表、水平儀、次元設備等相關測量設備，并具備自動測量、標注等功能。同時還需與其他模塊、基礎素材庫聯(lián)動，使學生能夠直接調出加工好的模塊，結合測量結果探索不合格原因，并返回設計、加工模塊進行修改。

2.4 機械仿真實訓模塊

機械仿真實訓模塊是對實際機械設備的仿真，須具備內容覆蓋全面的零部件庫，以及設計、調用非標準零部件功能，使學生能夠依據(jù)設計圖紙進行組裝，并實時測量反饋功能，以標定最終運動精度和誤差。還須具備與圖紙生成模塊的聯(lián)動功能，拓展虛擬仿真教學平臺的應用空間。

2.5 信號配置實訓模塊

信號配置實訓模塊是對電氣化控制模擬仿真的模塊。須具備基礎的控制信號文件，和個性化的控制程序編寫功能。并能夠添加按鈕、輸入框、指示燈等控件，形成人機交互平臺。

2.6 信號映射實訓模塊

信號映射實訓模塊是在電氣信號和機械部件間建立綁定關系的功能模塊。須具備低壓電氣元器件、液壓氣壓元器件、傳感元器件等基礎零部件庫，以及機械、電氣設計圖的導入功能，能夠將電氣元器件的參數(shù)特性導入其他機械仿真模塊之中，實現(xiàn)二者的協(xié)同控制。

3 虛擬仿真技術在高職機電一體化專業(yè)實訓教學中的應用建議

3.1 優(yōu)化教學內容設計

教學內容是虛擬仿真技術應用的基礎。高職機電一體化教師需要結合虛擬仿真技術特征，優(yōu)化教學內容設計，確保應用效果。

實訓前，教師可運用虛擬仿真技術預演實操流程，通過三維動態(tài)演示分解任務目標、安全規(guī)范及操作要點，幫助學生建立清晰認知。實踐階段，借助技術優(yōu)勢構建可循環(huán)訓練場景：如開放工業(yè)機器人多編程語言模擬平臺，引導對比調試差異；或搭建設備故障庫開展排障演練，強化學生定位問題與應急處理的雙重能力。技術支撐下的重復驗證機制，能有效提升實訓精準度，鍛煉學生快速定位問題所在并采取正確措施的能力。

教師應強化教學開放性，融入行業(yè)熱點激活創(chuàng)新思維。例如，以智能家居、智能物流等機電一體化前沿領域為項目載體，鼓勵學生基于虛擬仿真平臺自主設計系統(tǒng)架構、迭代功能方案，既能強化實踐能力，又能同步對接行業(yè)需求，增強就業(yè)適應性?？鐚W科整合是深化教學的關鍵：可融合數(shù)學建模、編程與自動控制原理構建復合任務，或將電氣基礎與PLC技術交叉訓練，形成“理論-技術-應用”閉環(huán)，系統(tǒng)性提升專業(yè)認知深度，將基礎電氣操作與PLC編程結合，構建完善的教學體系，推動學生的學習認知。

3.2 創(chuàng)新教學方式

教學方式是教學內容、教學任務呈現(xiàn)的構架，需結合虛擬仿真教學平臺特征，不斷創(chuàng)新教學方式。

例如，為充分激發(fā)學生的實踐參與意愿，教師可以采取任務式教學模式，將學生隨機分組后，設置貼近企業(yè)生產實踐的操作性任務，引導學生充分發(fā)揮自身主觀能動性，探尋解決方案，完成任務。例如學習正反轉控制電路的原理、安裝及檢測相關內容時，教師可以模仿企業(yè)人員架構，設置設計師、操作員、監(jiān)理員三種不同崗位，并將學生分為三人一組的小組，使各小組通過抽簽方式明確成員崗位擔當。實踐中，小組學生需依據(jù)教師設置的任務目標，召開評估會議，共同研討項目要求，集合全員力量構建初步模塊，由設計員提出最終設計方案，由操作員借助虛擬仿真技術模擬設計方案的生產流程，由監(jiān)理員探討設計方案的經(jīng)濟性和可操作性。形成設計方案后，設計員需要模擬生成標準電氣原理圖，操作員依據(jù)原理圖從虛擬仿真教學平臺中選擇對應模塊，確定元器件型號，監(jiān)理員進行審核與預算編制模擬。最后小組成員還需共同模擬零部件組裝操作，并借助視頻拍攝等方式記錄。這一過程中，虛擬仿真技術為學生提供了一個理想的探究平臺，能夠使學生不斷驗證自身設計方案，實時反饋設計結果，進行針對性優(yōu)化提升，切實鍛煉了學生的合作交流能力和問題解決能力。

翻轉課堂模式進一步強調了學生的學習主體地位，虛擬仿真技術的可操作性優(yōu)勢為翻轉課堂的應用提供了良好基礎。例如學習升降電梯機電傳動與控制一部分知識時，教師可以提前利用虛擬仿真教學平臺對關鍵知識點進行模擬生成，并發(fā)布在在線學習群組中，布置預習任務，引導學生通過觀看視頻講座、閱讀電子教材等方式自學基礎知識。實訓課堂上，教師需要圍繞知識難點設置更加綜合、復雜，更加接近于實際職場環(huán)境的任務，推動學生運用預習所學進行模擬探究，轉變了傳統(tǒng)實訓教學中教師布置任務、學生被動跟隨的模式，推動學生、師生之間的交流溝通，構建出積極、熱烈的學習氛圍，全面鍛煉學生能力。此外，教師還需關注行業(yè)需求變化和技術手段的創(chuàng)新，將教學方式層次化、模塊化，更好地為不同基礎、能力的學生提供針對性的學習路徑和支持，切實保障教學效果。

3.3 完善教學資源建設

充實的教學資源能夠為虛擬仿真技術的應用提供源源不斷的素材，進而推動教學的創(chuàng)新，為高職機電一體化實訓教學提供強有力的保障。高職院校需要針對本校教學基礎、教學需求等，綜合教學資源的多樣性和實用性，構建可拓展的教學資源庫。

首先，需注重基礎知識理論和實訓資源庫的建設，全面放眼機電一體化專業(yè)理論和實訓教學需求，整合機械設計原理、自動控制理論、電氣工程等基礎知識和對應教學內容。還需收集相關案例，例如可圍繞校企合作，將合作企業(yè)的一線工程項目納入其中，確保其符合時代、行業(yè)發(fā)展應用趨勢，使學生在案例分析、操作中具備將所學應用于解決現(xiàn)實中的能力。

同時，需關注教學資源庫的適用性和實效性。高職院?？山柚ㄆ谡{查的方式，明確機電一體化實訓教學中虛擬仿真技術的應用效果和不足，把握學生、教師的實際需求，針對性收集、整合教學資源，并對其進行深層次地加工整理，更好適應教學需求。實踐中，高職院校可以與相關軟件服務提供商建立良好關系，形成符合自身需求的針對性資源系統(tǒng)，確保教學資源準確、全面、及時有效。

3.4 培養(yǎng)教師團隊

教師是教學的主要參與者之一，專業(yè)、高素養(yǎng)的教師團隊是提升虛擬仿真技術應用質量的重要保障。

首先，高職院校應雙軌推進師資建設：一方面，是強化教師培訓，通過虛擬仿真技術專題研修提升應用能力，使其掌握軟件操作及問題解決技巧，推動技術融入理論、實訓等課程體系中，優(yōu)化教學設計。定期組織虛擬仿真教學案例研討、課例競賽等交流活動，促進經(jīng)驗共享。另一方面，是拓寬人才引進渠道，吸納職業(yè)技能大賽獲獎者等復合型人才，配套開展教學法培訓，構建“技術能手+教學骨干”的梯隊化師資結構，確保技術應用與教學實踐深度融合。通過各類職業(yè)技能大賽機制，使其提供更加適宜的教學相關知識培訓，便于組建優(yōu)秀的教師團隊。

同時，高職院校應當注重發(fā)揮高職教育的職業(yè)化特征，不斷深化校企合作機制，邀請用人企業(yè)工程師、技術專家等開辦虛擬仿真技術講座，為教師提供進入企業(yè)一線交流體驗的機會，使其充分把握企業(yè)的一線需求，針對性提升自身能力，完善教學，確保教學內容始終緊跟行業(yè)發(fā)展步伐。也可以引入雙師制度，引進具有豐富實踐經(jīng)驗的工程師和技術專家擔任兼職講師。

4 總結

綜上所述，高職機電一體化專業(yè)實訓教學中，虛擬仿真技術的應用為教學任務的落實和學生學習的開展提供了充分保障，具有較高的應用價值。高職院校、教師需要主動行動，從機械設計仿真、機械加工仿真、測量、機械裝調、機電一體化線路搭建與仿真等內容的虛擬仿真技術平臺，并從優(yōu)化教學內容設計、創(chuàng)新教學方式、完善教學資源建設、培養(yǎng)教師團隊等方面入手，確保虛擬仿真技術應用效果，進而引導學生充分探究實踐，以充分利用虛擬仿真技術優(yōu)勢，使其發(fā)揮更大的教育效能。

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