數字化工程訓練中心建設探究

黃海龍， 周 亮

(吉林大學 工程訓練中心， 長春 130025)

數字化工程訓練中心建設探究

黃海龍， 周 亮

(吉林大學 工程訓練中心， 長春 130025)

為了適應新時代工程訓練中心的發展需求，在對工程訓練實踐教學平臺功能定位和工程訓練中心組織結構體系進行規劃分析的基礎上，對數字化工程訓練中心的建設進行了探索，對其建設內容和應用進行了詳細的闡述，具體包括數字化教學平臺、數字化管理平臺、數字化應用平臺、數字化制造工藝、數字化考核與評價和物聯網數字化中心的建設。數字化工程訓練中心的建設與應用對工程訓練平臺的教學效率和管理水平的提高具有重要意義。

工程訓練中心； 數字化； 物聯網； 建設與應用

0 引 言

隨著先進制造技術的發展與應用，作為我國高等工程教育實施的載體工程訓練中心已有較大的發展，各高校的工程教育也逐漸完成了由傳統金工實習向現代工程訓練的轉變，為適應新時代工程訓練中心的發展需求，并達到國家級工程訓練教學示范中心的建設規范與驗收標準[1]，各學校紛紛購進各種先進數控教學設備用于實踐教學，然而在教學實踐過程中缺乏數字化制造工藝的應用和數字化的企業運作與管理，與先進的系統化的制造技術相脫節。因此，建設一個集數字化設計、數字化工藝、數字化加工制造、數字化仿真模擬、數字化管理與一體的完整的數字化實踐教學平臺已成為現代工程訓練發展的最新需求[2-3]。

數字化工程訓練中心是以數字化信息和網絡為基礎建立起來的對工程訓練教學與管理等相關信息進行收集、處理、存儲、傳輸、發布與應用于一體的，使數字化資源在工程訓練平臺中得以充分優化利用的虛擬教育環境。數字化工程訓練中心的建設實現了從教學環境(包括設備、工量具、材料、場地等)、教學資源(如教材、講義、課件、工程圖、工藝卡等)到教學實施與教學管理的數字化，在傳統實踐教學環境基礎上構建起一個數字環境，以拓展實踐教學平臺的時間和空間維度，提升工程訓練中心的運行效率，最終實現高等工程教育的信息化教學與管理[4-5]。

1 數字化工程訓練中心結構體系框架

數字化工程訓練中心是在工程訓練實踐教學平臺基礎上結合數字化信息技術建設起來的集數字化教學資源、數字化教學過程、數字化管理、數字化制造工藝、數字化考核評價與數字化創新服務平臺于一體的數字環境，目的是實現高效率的工程實踐教學與管理、標準化的工藝規程管理、科學化的基礎設施管理，并在此基礎上構建服務于創新創業教育的數字化創新服務平臺。按照數字化工程訓練中心的功能和定位規劃其結構體系框架見圖1[6]。

圖1 數字化工程訓練中心結構體系框架

2 數字化工程訓練中心建設內容

2.1 虛擬仿真實訓中心建設

虛擬仿真實訓是指采用計算機虛擬現實技術創建的虛擬交互式實踐操作環境，操作者可以像如同在真實環境中一樣，完成各種預定的實踐項目和實踐訓練。工程訓練中心建設車床、銑床、磨床、數控車床、數控銑床、加工中心、拆裝工藝[7]、電工電子、液壓與氣動、注塑成型、沖壓成型、焊接和砂模鑄造仿真實訓等虛擬仿真實訓平臺綜合構成了工程訓練虛擬仿真實訓中心。虛擬仿真實訓中心易于構建、便于運用網絡技術實現網絡虛擬仿真實訓平臺，真正實現開放的工程訓練實訓環境，打破時間和地域的限制面向學生全面開放，其建設節省大量實踐教學設備和場地，拓展了工程實踐教學平臺的維度。

2.2 數字化教學平臺建設

(1) 數字化安全教育體系。安全教育是工程教育的重要組成部分，是開展素質教育的需要，是現代工程訓練實踐教學的重要環節，在對現代工程訓練教學體系內所有的安全注意事項進行整體規劃的基礎上，建立安全教育數字化教學資源，利用互聯網技術搭建安全教育網絡學習平臺，構建起支撐工程實踐課堂教學以及在線學習的安全教育教學體系。

(2) 數字化教學資源。數字化教學資源建設應緊扣工程訓練教學大綱知識技能點，對每個實踐教學模塊的每一個教學環節，包括加工工藝方法、操作技能、材料介紹、工量卡具的使用方法、設備結構組成和工作原理分析等知識點進行規劃分析，根據每個知識點的特點，選用合理的資源表現形式，利用數字化信息技術建設用于支撐知識點講解和自主學習的靜態圖片(照片)、教學錄音、教學錄像、動畫、微課視頻等教學資源，簡潔明了地展現工程實踐教學知識點。

(3) 數字化教學資源庫。數字化教學資源庫的建設可為整個高等工程教育實踐教學平臺提供統一的數字化教學資源存儲、交流、共享與管理的服務平臺，實現高校工程教育平臺彼此之間優質教學資源的互通互享。同時建立起工程實踐教育數字化教學資源標準，以及統一和完善共建共享機制，以促進工程實踐教學的信息化建設工作。工程訓練數字化教學資源庫主要實現對資源的有效管理，包括對資源的上傳、發布、存儲、檢索、導入、導出、統計分析等管理機制[8]。

(4) 數字化立體教材。信息技術的發展推動了集成多種數字化教學資源的立體教材的產生，立體教材是數字化教學資源與傳統教材相結合的產物，是數字化教學資源的有效利用形式之一。將數字化教學資源、教材、互聯網、移動APP相結合，實現了教材的數字化、網絡化。學生可以在任何時間、地點通過互聯網使用集成了數字化教學資源的教材獲取知識；在實踐教學場地上，可以隨時利用移動終端APP對教學場地上的工藝知識AR識別圖進行掃描識別獲取實踐操作相關的工藝知識講解[9]。

(5) 數字化考核評價體系。數字化考核與評價體系的建設是指以安全教育和工程實踐技能知識點為基礎，建設起來的集成各種數字化教學資源的立體考試題庫和考核平臺，立體考試題庫用于支撐對學生進行基于場景或基于過程的考核與評價，考核平臺用于實現對考核過程的組織與管理。

2.3 數字化管理平臺建設

(1) 物聯網安全管理。物聯網安全管理是數字化工程訓練中心建設的重要組成部分，工程訓練平臺安全管理包括水、電、火的安全以及對整個教學區域的實時監控。物聯網安全管理的建設對所有出水終端和水路管道設置物聯網流量監控裝置，建立安全用水監控系統，實時監控用水量和是否漏水的狀況；以房間和獨立機械設備為節點安裝用電流量監控裝置，建立安全用電監控系統，實時監控用電狀況；對所有的火情監測設備進行物聯網控制，建立防火監控系統，實時監測各個區域的防火狀況；對教學場地進行物聯網監控，建立實時動態視頻監控系統，隨時隨地對整個教學場地進行監測[10]。數字化工程訓練中心的物聯網安全管理與互聯網及移動終端相結合，使中心安全負責人員可以隨時隨地通過互聯網、移動APP監測水、電、火及教學場地的安全。

(2) 設備管理。中心設備管理是指對教學設備在全生命周期內的使用記錄、故障維修記錄等管理，數字化工程訓練中心建設對教學設備的管理是實現設備管理的數字化與信息化，建立基于互聯網和移動APP的設備管理平臺，實現設備的聯網控制，自動記錄設備的通斷電狀況，收集使用者的使用信息和對設備的使用記錄，以及對設備故障的報修、修理等相關信息的管理[11]。使設備管理人員和學校設備管理部門可以隨時監測設備的信息、使用記錄和使用狀況，從而提高設備的管理水平和管理效率。

(3) 工具管理。中心承載著各種類型機加工工藝實踐教學活動，教學中用到各種手工工具、機加刀具、量具、卡具。通過建立數字化工具管理平臺，實現對工具的數字化管理，包括工量具需求提交、成本、數量、出入庫狀況、庫存情況、負責人、使用狀況等信息管理。

(4) 物料管理。物料是工程訓練實踐教學中各教學模塊所需的教學耗材，包括各種尺寸型號的金屬板料、棒料、有機玻璃板料、金屬錠、塑料顆粒、電子元器件等。數字化工程訓練中心物料的管理目的是實現管理的數字化，通過建立物料管理平臺，實現對物料需求的提交、成本核算、出入庫信息、庫存情況、使用狀況等信息的數字化管理，減少了各方面人員之間的溝通與等待，使物料信息更及時、管理更高效。

(5) 工藝規程管理。隨著現代化設計與先進制造技術的發展，現代制造技術的工藝規程已成為集數字化設計、數字化工藝、數字化制造、數字化裝配及數字化仿真于一體的并行工程，數字化工藝規程管理平臺的建設為工程教育教學搭建起一個現代化的工藝實施與管理平臺，以在實踐教學中實現數字化設計與數字化工藝、數字化工藝與數字化仿真、數字化工藝與數字化加工制造并行，實現基于互聯網的數字化設計、工藝、仿真、制造與一體的產品全生命周期管理[12]。

(6) 師資隊伍管理。數字化中心師資隊伍的管理是實現師資隊伍個人基本信息、個人工作信息、個人成長信息的數字化查詢統計，通過建立師資隊伍管理平臺實現對教師的年齡、職稱、職務、技能、學歷、培訓經歷、學習經歷、獎罰情況等信息的數字化管理，并與教學管理平臺關聯，實現對教師課程安排、課時、工作量等信息的分配與統計。

(7) 教學管理。教學管理包括實踐教學中教師管理、學生管理、教學計劃管理、教學過程管理、教學質量管理等。通過建立基于互聯網的數字化教學管理平臺，實現教學計劃的制定與發布、在線選課與排課、授課計劃的制定、教師與學生課表的生成與發布、考核計劃的制定、成績的提交與查詢、教學調度與教學通知發布，充分保障實踐教學的順利實施。

(8) 學生成長過程管理。學生成長過程管理平臺實現對學生的成長過程進行跟蹤、評價與管理，通過教學管理平臺導入學生基本信息，在教學實施過程中記錄學生的學習過程、平時表現和實踐訓練成果作品，與考核評價系統建立數據連接，記錄學生各個教學環節中的成績，對學生的綜合成績進行統計分析，給出合理化的學習建議，并為創新服務平臺提供數據依據，便于后續有針對性的創新能力培養。

(9) 考核評價管理?？己嗽u價管理包括對學生的考核、學習過程的評價、對教師的考核和的評價4部分。通過建立考核評價管理平臺，利用立體考試題庫對學生的學習效果進行考核；教師對學生的學習態度、學習過程進行評價，記入學生成長過程管理；定期對教師技術水平進行考核以提升教師的教學水平和業務能力；通過學生對教師教學過程進行評價，幫助教師改進教學方法，提升教師教學水平和教學效果[13]。

2.4 數字化應用平臺建設

數字化應用平臺的建設在用戶與數字化工程訓練教學管理平臺之間搭建起溝通的橋梁，同時也是對數字化管理信息的輸出與應用，是數字化工程訓練中心現代化管理水平的體現。其建設內容包括展示大屏、觸摸屏平臺、工程訓練APP和中心網站建設4部分。

(1) 展示大屏。中心展示大屏是中心管理信息對外發布的窗口，面向所有師生，其數據來源于基于數字云平臺的數字化工程訓練中心管理數據庫，中心管理人員通過網絡即時將各類通知、教學信息、獎罰通報、公示等推送至大屏幕，實現信息的實時動態發布。

(2) 觸摸屏平臺。觸摸屏平臺是均布與工程訓練教學場地上用于學生與數字化教學管理進行信息交互的窗口，其數據來源于基于數字云平臺的數字化工程訓練中心管理數據庫，通過網絡實現實時動態的教學信息發布、課程信息查詢、成績查詢、立體教材教學資源查看學習以及與中心管理信息進行互動交流反饋、教師教學評價等。

(3) 工程訓練APP。工程訓練APP是移動終端的普及與應用的產物，通過建設工程訓練APP，使每一位教師、每一位學生實時與工程訓練教學平臺保持信息交流與互動，教學管理平臺通過APP向每一位學生推送教學通知、教學計劃、課表和成績；師生之間通過APP實現答疑解惑；教師通過APP實現成績的錄入，教學工具及耗材的申請與使用狀況記錄；學生通過APP實現課程資源在線學習、在線考核、成績查詢、課程查詢、教師評價、交流學習以及創新訓練計劃的申請與提交。

(4) 中心網站。網站建設是工程訓練教學平臺在互聯網上面向公眾進行信息交互的窗口，是信息發布與共享的重要途徑，讓公眾及時了解工程訓練中心現狀，讓學生及時關注工程訓練動態，并且通過網站為學生提供一個交流、學習和分享的平臺。學生通過網站在線學習、在線考核、獲取教學信息、進行教師教學評價和交流互動等，中心通過網站發布通知公告、教學計劃、教學成果展示、獎罰公示、組織在線考核以及創新創業訓練計劃的發布、申請、提交、審核等。

2.5 數字化創新服務平臺建設

數字化創新創業服務平臺是在數字化實踐教學與管理平臺基礎上建設起來的服務于創新創業教育及創客教育的數字化支撐環境，是創新型工程訓練教學基地建設的重要組成部分。通過數字化創新服務平臺的建設，實現通過數字化和互聯網對學生的創新創業教育、創新創業訓練和創客培養的管理[14]。學生通過網絡平臺提交創新創業訓練項目計劃申請，創新創業教學平臺通過網絡對學生提交的項目申請進行審核、評估與確認，對確認可行的項目通過網絡為學生配備所需的指導教師、所需材料、工具、設備、場地以及相關的技能提升課程，輔助學生進行創新創業項目的實施。該平臺的建設以數字化的形式促進了學校創新創業教育及創客教育的發展[15]。

2.6 數字云平臺建設

工程訓練云平臺是一個以數據存儲為主的存儲型云平臺，兼顧適量的數據處理能力，云平臺是基于互聯網的數字化工程訓練中心建設的數據核心，是數據的存儲與處理中心。日積月累的教學管理數據、學生管理數據、教學資源、基礎設施管理數據存儲于云端，且云平臺能夠根據用戶提交的數據需求進行數據運算處理，將數據處理結果經過網絡傳輸、反饋給學生或者教師[16]，即將數據處理結果呈現到展示大屏、觸摸屏平臺、工程訓練APP或者中心網站主頁。

3 實施成效

數字化工程訓練中心的建設與應用從數字化教學和數字化管理兩大方面提升了工程訓練平臺的教學效率和現代化管理水平成效顯著。

(1) 數字化及虛擬仿真教學資源的建設使工程實踐教育突破了傳統時間和空間上的限制，使工程教育更加自由化。

(2) 數字化管理平臺實現了工程訓練平臺的場地、物料、人員、工作流程、工藝知等日常管理的數字化，使管理信息更透明。

(3) 數字云平臺的建設實現了教學與管理基礎數據的數字化存儲與應用。

4 結 語

本文探索了高等工程教育數字化的建設與應用，對數字化工程訓練中心的建設內容進行了詳細的闡述。數字化教學平臺的建設是提高工程實踐教育教學效率和教學質量的基礎；數字化管理平臺的建設是保障工程實踐教學的高效、順利實施，提升工程訓練中心的運行效率的關鍵；數字化應用平臺的建設是現代化工程訓練中心面向公眾的服務窗口，是實踐教學平臺與服務對象之間的紐帶和橋梁。物聯網實訓教學場地、數字化制造工藝、數字化物料管理、數字化考核評價與數字化教學平臺的建設是實現數字化工程訓練中心建設的重要途徑。在數字化工程訓練中心建設的基礎上，通過數字云平臺建設數字化創新服務平臺，搭建起大學生創新、創業網上服務平臺，服務于大學生創新、創業能力的培養，同時促進了創新型工程訓練中心的發展。

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Study on the Construction of Digital Engineering Training Center

HUANGHailong,ZHOULiang

(Jilin University, Engineering Training Center, Changchun 130025, China)

In order to fit the development of engineering training center in the new era, the construction of digital engineering training center was explored based on the planning and analysis to the function orientation of engineering training teaching platform and the organizational structure of engineering training center. The construction contents and application of digital engineering training center were described in detail, including construction of digital teaching platform, digital management platform, digital application platform, digital manufacturing technology, digital examination and evaluation, internet of things digital engineering training center. The construction and application of digital engineering training center have very important significance in the improvement of teaching efficiency and management level for engineering training platform.

engineering training center; digitization; the Internet of things; construction and application

2016-10-10

黃海龍(1985-)，男，內蒙古多倫縣人，碩士，工程師，研究方向：高校工程訓練教學與管理。

Tel.：18643066038； E-mail：405215163@qq.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)05-0165-05