數控技術專業遠程虛擬實訓體系研究與實踐

李彩霞

數控技術專業遠程虛擬實訓體系研究與實踐

李彩霞

（重慶工商職業學院智能制造與汽車學院，重慶401520）

通過分析遠程數控技術專業遠程實訓教學現狀，提出構建基于Web3D的遠程虛擬實訓教學體系的思路和實現途徑，并且提出數控虛擬實訓平臺所包含的功能模塊內容及使用效果。這對于遠程數控虛擬實訓教學思路具有一定的指導意義。

遠程；數控技術；Web3D；虛擬實訓

我校實行“雙模式”辦學理念，采用高職教育與開放教育相互協調、相互融通，現代信息技術與實踐性教學深度融合辦學模式，旨在為社會培養有較強實踐能力的應用型專業人才。所以教學資源建設需要兼顧高職與遠程教育兩者的服務面向及其教學特點。

1 數控技術專業遠程實訓體系建設思路

（1）現狀分析

現代遠程教育目前較普遍的教學形式是通過網絡直播教師講課錄像，或者通過網絡學生下載教學課件。這種教育形式簡單易行，但也存在問題，如遠程教育的學生缺少實訓教學活動中的互動教學，由于沒有真實教學設備操作，制約了學生的創造性和創新性能力的培養[1]。

（2）建設思路

實踐教學目的在于對人才實際操作能力的培養，在理論學習的基礎上，加強動手實踐能力的培養。結合專業人才培養目標，確定數控技術專業實踐教學的主要內容包括崗位基本技能實訓、專項技能實訓和專業綜合技能實訓。為完成以上內容的教學，通過遵循科學評估和激勵機制，構建嚴格的實踐教學管理制度，構建了其實踐教學體系，如圖1所示，該體系根據企業對于畢業生質量的反饋可再次修訂。

為了兼顧高職與遠程教育的特點，提出利用虛擬實訓，通過構建虛擬實訓平臺來開展遠程實訓教學的方法。該方法和平臺正是對傳統遠程教學的補充，采用虛擬實訓可以豐富高職實訓教學手段。

圖1 數控技術專業實訓教學體系

虛擬現實(Virtual Reality，VR)技術，它是模擬的三維環境，用戶可以通過系統進入并操作系統中的對象并與之交互。近些年，虛擬現實技術在各種教學類虛擬仿真系統中應用越來越廣。Web3D技術就是在互聯網上應用的虛擬現實技術。Web3D技術采用個人計算機即可實現。Web3D技術是一種能夠在互聯網上普及的虛擬現實技術，可應用于以互聯網為傳播媒體的現代遠程教育建立數控虛擬實訓教學體系[2-4]。數控技術專業的虛擬實訓平臺采用Web3D來實現，架構如圖2所示。

圖2 基于Web3D的遠程虛擬實訓平臺架構圖

2 基于Web3D的遠程虛擬實訓教學體系的構建原則與關鍵技術

2.1 構建原則

虛擬實訓體系是現代職業教育實踐教學體系重要的組成部分。構建虛擬實訓體系應把握如下主要原則：

（1）一致性原則。任何虛擬仿真實訓必須以真實實訓過程為基礎，既要與真實實訓的屬性一致，又要與學習者的認知規律相一致，否則會對遠程教學帶來錯誤的教學效果。

（2）交互性原則。也叫動態的開放性原則，包括學習者和虛擬實訓之間的交互，以及學習者與實訓指導老師之間的交互。學習者與指導者互動并能得到教師實時的指導有利于提高教學效果。交互性是提高虛擬實訓教學目標和提高遠程教學效果的重要保證。

（3）項目的實踐性和仿真性原則。虛擬實訓是相對于基于機床設備等的真實實訓的實訓形式，其顯著特點是對真實實訓環境和崗位的虛擬再現，為復雜的實訓環境和設備操作流程提供可能。為了達到教學目標，必須建設與真實環境一致的項目任務。

（4）虛擬實訓資源的共享性原則。虛擬實訓體系要求所有實訓資源具有開放性和可調用性。

（5）數據優化原則。開發基于互聯網＋模式的Web3D遠程實訓系統，就是使學生在學校以外也能利用互聯網通過操作計算機便可在瀏覽器中進行虛擬實訓。基于Web3D的遠程虛擬實訓資源需通過網絡供學習者進行交互學習，不但需要良好的網絡環境，還需要較優化的數據。

2.2 關鍵技術

（1）主要基于Web3D來實現基于互聯網的虛擬現實學習和操作。Web3D編輯工具為用戶提供了完善的3D模型和動畫制作功能，后續可對平臺的功能和資源進行擴展和完善。

（2）系統采用C++、PHP、Javascript等主流語言程序開發，最后全部通過打包加密后再利用編譯程序進行系統優化，大大加快了系統整體運行速度。

（3）本系統在運行過程中學生操作的3D動畫的動作是通過TCP/IP協議發送給服務器端程序的，而該系統中的TCP/IP協議采取的是UDP用戶數據包模式，保證了數據不會輕易丟失與延遲。

（4）服務器端除提供在線3D虛擬實驗所需的功能服務外，還提供DB Server、Web server、Mail server三種服務。

DB Server：采用基于MySQL的數據庫管理系統，提供對所有3D模型數據和用戶數據的存貯與管理，對教師與學生分別分配其個人存貯空間。

Web Server：采用Apache架設動態網頁服務器，以PHP完成服務器端腳本編寫，利用Apache和PHP對MySQL的良好支持，實現網頁對DB Server的資料讀取與修改。

3 基于Web3D的虛擬實訓體系下平臺功能模塊及實現效果與評價

構建虛擬實訓教學系統時，要充分利用虛擬實訓與傳統實訓教學的優勢，實現教學交互與職業教育的緊密結合，通過虛擬實訓環節增強系統的真實性。通過對數控技術專業人才培養目標的分析，數控技術專業虛擬實訓項目內容如圖3所示，虛擬實訓平臺實現效果如圖4所示。通過該平臺可開展基于互聯網+模式的虛擬遠程實訓教學。

圖3 基于Web3D的數控虛擬實訓體系下平臺功能模塊內容

圖4 基于Web3D的遠程虛擬實訓平臺效果圖

該實訓平臺已投入使用，通過一年的實訓教學使用后學生與教師的評價反饋分析，虛擬實訓教學平臺投入極大豐富了我校遠程教學和高職教學中實訓教學環節教學手段和培養模式，應用前景良好，有推廣價值。下一步還需要通過企業參與評價，進一步補充和完善平臺資源建設。

4 結束語

實訓教學是數控技術專業重要的教學環節。構建基于Web3D的遠程數控虛擬實訓體系，應用虛擬實訓環境，具有兩方面的好處：一是充分提高遠程教育質量的同時豐富了高職在校生的教學手段和學習途徑；二是極大降低了學校辦學的硬件投入。

[1]陽西述.現代遠程教育中應用虛擬現實技術研究[J].科學時代，2008，16（6）：24-25.

[2]陽西述，劉懷玉．Web3D新技術在現代遠程教育中的應用[J]．吉首大學學報（自然科學版），2008，29（1）：47-50.

[3]苑衛東，馮憲琴．高職數控加工實訓體系的完善策略[J]．湖南農機，2014，48（2）：33-35.

[4]吉鴻，蘇宏林.高職機電一體化專業虛擬實訓系統優化研究[J].中國成人教育，2013，25（4）：86-88.

Researching and Practicing Remote Virtual Practical Teaching System for the Specialty of Numerical Control Technology

LI Cai-xia
（Chongqing Institute of Industry and Commerce，Career Academy，Chongqing 401520，China）

Through the analysis of the status of remote training teaching remote CNC technology professional，proposes the construction and realization of remote virtual teaching system based on Web3D thinking way，and put forward the function module content and effect of NC virtual training platform contains.It has certain guiding significance for the remote NC virtual training teaching ideas.

remote；numerical control technology；Web3D；virtual training

G642.0

A

1672-545X（2017）02-0250-02

2016-11-23

重慶工商職業學院2015年科學研究一般項目（YB2015-04）

李彩霞（1984-），女，陜西綏德人，副教授，碩士研究生，從事機電一體化專業教學研究。