基于虛擬儀器技術(shù)的任職課程實踐教學(xué)改革

于飛　向東　吳強(qiáng)

摘要：任職教育注重學(xué)生的設(shè)備操作使用及維修能力的培養(yǎng)，分析了目前任職教育中的實踐教學(xué)方式及其不足之處，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種采用虛擬儀器技術(shù)開展設(shè)備虛擬操作及虛擬維修的實現(xiàn)方法，解決了目前任職實踐教學(xué)實驗設(shè)備不足、設(shè)備陳舊、更新慢、場地欠缺等問題，有效提高了任職教育的實踐教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：任職教育；虛擬儀器；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）06-0109-02

一、引言

任職教育的目的是培養(yǎng)學(xué)生的崗位任職能力，使學(xué)生能夠在畢業(yè)后勝任崗位裝備操作使用和維修保障的任務(wù)，實現(xiàn)院校教育和工作崗位的直接對接[1]。人才培養(yǎng)方案中也對任職教育中實踐環(huán)節(jié)所占的比重做了很高的要求，目的就是提高學(xué)生的綜合實踐能力和崗位任職能力。然而目前任職教育的課程設(shè)置卻很難滿足實踐教學(xué)的要求，難以達(dá)到任職教育的目標(biāo)。這主要是因為面向任職的實驗設(shè)備側(cè)重于裝備，而實際裝備價格昂貴、臺套數(shù)量少，不能形成規(guī)模，一些設(shè)備的利用率也不高，造成資源浪費[2，3]；即使采用教學(xué)訓(xùn)練模擬器也面臨著開發(fā)周期長、開發(fā)費用高、數(shù)量少、占地大的問題。因此目前無論是實驗設(shè)備還是實驗場地都限制了任職教育實踐教學(xué)的發(fā)展需要。為此，可以采用基于虛擬儀器技術(shù)的三維虛擬實驗系統(tǒng)[4，5]，彌補(bǔ)實裝教學(xué)的不足之處，提高任職教育的質(zhì)量。

二、任職教育實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

以我校船舶電氣設(shè)備維修專業(yè)來分析任職教育中的實踐教學(xué)狀況。船舶電氣設(shè)備維修專業(yè)的崗位是船舶電氣工程師，其主要職責(zé)是對船舶所有電氣設(shè)備進(jìn)行管理和保障維修。在業(yè)務(wù)上要求比較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)的基本理論和基本知識，掌握任職專業(yè)崗位電氣裝備的構(gòu)成、性能、原理和使用維護(hù)方法；熟練掌握本專業(yè)必需的基本技能，具備船舶損管組織訓(xùn)練和指揮能力；具備更新專業(yè)知識和改革創(chuàng)新意識。該專業(yè)的職業(yè)核心課程包括《船舶電氣設(shè)備》、《電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)》、《船舶電站自動化》、《電氣設(shè)備維修實踐》四門課程。各門課程的學(xué)時分配情況如表1所示。

從實際課時分配情況來看，實踐課時所占比重較小，這并不是因為課程標(biāo)準(zhǔn)制定不合理，而是實際實踐條件滿足不了要求。目前能夠支撐的這四門課程的實驗室及實驗設(shè)備包括：電氣控制線路連接實驗平臺12套、船舶電站操作訓(xùn)練模擬器1套、船舶錨機(jī)控制實驗系統(tǒng)1套、船舶不間斷電源供電系統(tǒng)1套、船舶液壓舵機(jī)控制系統(tǒng)1套、船舶滑油泵控制故障排查裝置4套。從實驗裝置組成看，種類少、臺套數(shù)少的現(xiàn)象非常明顯，有的實驗設(shè)備花了大量人力財力開發(fā)，但是只能提供一兩次結(jié)構(gòu)原理演示或操作使用訓(xùn)練實驗課程，實驗開出數(shù)低，如錨機(jī)控制裝置、滑油泵故障排查裝置等。另外，上課學(xué)生比較多，一臺裝置多人輪流使用，實踐效果也打了折扣，造成實踐效果不理想，任職能力培養(yǎng)目標(biāo)難以實現(xiàn)。

三、基于虛擬儀器技術(shù)的實踐教學(xué)

所謂虛擬儀器技術(shù)就是利用設(shè)備特性仿真軟件、三維建模軟件等建立的能完全模擬實際設(shè)備界面狀態(tài)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)與工作狀態(tài)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)。任職教育的最終目的是使學(xué)員能夠掌握未來崗位任職所需要的基本技能，達(dá)到勝任崗位任職的要求。具體到船舶電氣專業(yè)的學(xué)生來說，就是能夠掌握船舶電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、操作使用及維修保障方法。從這些要求來看，實際上結(jié)構(gòu)、組成之類的實踐教學(xué)通過三維虛擬軟件來進(jìn)行演示會得到更好的效果，因為實裝很難拆解開來觀看，如電機(jī)、泵類裝置等，但是利用三維虛擬軟件可以對設(shè)備進(jìn)行方便的拆解和演示，可以對每一個細(xì)節(jié)觀察得很仔細(xì)。圖1所示的三維電機(jī)結(jié)構(gòu)演示軟件，可以全方位的展示電機(jī)各個組成部分及其結(jié)構(gòu)關(guān)系，比采用實際的電機(jī)裝置進(jìn)行教學(xué)的效果更好。另外，對于裝備操作使用類的教學(xué)一般都要通過實際操作才能達(dá)到很好的教學(xué)效果。但是電氣設(shè)備的操作動作一般都比較簡單，比如合上開關(guān)、按下按鈕等，更多的要求是掌握操作的流程、要領(lǐng)和時機(jī)。這種操作使用類實踐也適合采用虛擬儀器的方式進(jìn)行。

對于維修保障類的實踐，電氣專業(yè)更注重的是故障查找能力的訓(xùn)練，故障查找到之后，只需要簡單的換線、更換元器件就可完成，而這部分內(nèi)容在基礎(chǔ)實踐訓(xùn)練的時候就可解決，不必在裝備專業(yè)訓(xùn)練中進(jìn)行，因此這類實踐內(nèi)容也可以在虛擬實踐教學(xué)中進(jìn)行。例如基于Labview、3DMAX等軟件開發(fā)的海水淡化裝置虛擬操作及故障排查訓(xùn)練裝置。通過鼠標(biāo)操作可以實現(xiàn)如同實際裝置一樣的管路操作、起動控制操作等功能，而且可以模擬實際的萬用表對電路進(jìn)行測量、對線路和器件進(jìn)行拆卸等，應(yīng)用十分方便。使用虛擬實驗系統(tǒng)的主要好處是：基本不受場地和規(guī)模的制約，一臺計算機(jī)就可以運行多種虛擬實驗系統(tǒng)，一個場地多臺計算機(jī)即可滿足教學(xué)規(guī)模要求，學(xué)生也可以把開發(fā)好的虛擬實驗系統(tǒng)在自己個人計算機(jī)中運行，隨時隨地自主進(jìn)行裝備訓(xùn)練，有效彌補(bǔ)了實裝教學(xué)和模擬器教學(xué)的不足。

四、結(jié)語

目前任職教學(xué)中的實踐教學(xué)方法主要有兩種形式：基礎(chǔ)實驗教學(xué)和裝備教學(xué)。基礎(chǔ)實驗教學(xué)基本可以滿足實踐教學(xué)要求，但是裝備實踐教學(xué)由于臺套數(shù)少、種類少、價格昂貴、開發(fā)周期長等因素較難滿足裝備實踐教學(xué)要求，因此提出采用基于虛擬儀器技術(shù)的實踐教學(xué)方式來彌補(bǔ)實裝和模擬器教學(xué)的不足之處。開發(fā)出的三維虛擬設(shè)備在操作界面與電氣邏輯關(guān)系上與實際裝置完全一致，在操作使用訓(xùn)練以及故障排查訓(xùn)練方面不但可滿足規(guī)模性實踐教學(xué)的需要，在故障設(shè)置以及考核等方面還具有更好的優(yōu)勢。本單位開發(fā)了一套海水淡化裝置操作使用及故障排查虛擬教學(xué)裝置，在60平方米的實驗室中布置了15套裝置，經(jīng)過兩屆學(xué)員的使用，取得了非常好的訓(xùn)練效果。

參考文獻(xiàn)：

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[4]朱敏.虛擬實驗與教學(xué)應(yīng)用研究——以大學(xué)物理實驗教學(xué)為例[D].上海：華東師范大學(xué)博士論文，2006.

[5]李哲，田秋艷，高文舉.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在任職教育中的應(yīng)用及其影響[J].福建電腦，2011，（1）：58-59.