淺談基于虛擬仿真教學的頂崗實習模式

沈毅 魏穎娜 張學麗 崔燚 魏恒勇 裴東升 劉燕 曾雄豐

摘 要 對于工科類本科院校來說，頂崗實習是一種不僅可以推動校企雙方合作順利進行，還可以使學生從中受益的創新型實習模式。但是，隨著社會的不斷進步與發展，現在的一些生產企業不僅重視員工的基礎理論知識，更加注重員工的實踐動手能力，因此，本文以無機非金屬材料專業為例，重點介紹了如何建立基于虛擬仿真教學的頂崗實習模式及其優點。

關鍵詞 虛擬仿真；頂崗實習

0 引 言

實習教學是工科類本科院校教學過程中的重要環節，是對學生進行職業教育，培養學生實踐能力、強化創新意識和積累工作經驗的重要途徑。學生通過該教學環節，了解實際的生產過程，深化對理論知識的理解，并加強對生產工藝過程、生產設備、生產組織及其管理等方面的認識，從而擴大知識面、增加感性認識，有效提高學生的創新意識和工程應用能力。

然而，由于學生實習不能為企業直接創造經濟效益，相反會給企業帶來許多管理上的不便，許多企業越來越不愿意接收學生實習。目前，聯系實習企業一般通過教師的個人關系，學校從實習中獲得利益，這種“單贏”的方式很難持久，從而造成了“建立實習基地難，穩固實習基地更難”的局面。要想與企業建立長期穩定的實習關系，必須與企業建立深層次的合作關系，達到長期互惠互利的雙贏局面。

目前，針對上述問題，河北師范大學于2006年首先提出并實施頂崗實習這種創新實習模式，該實習模式是指學生在基本上完成教學實習和學過大部分基礎技術課之后，到專業對口的現場直接參與生產過程，綜合運用本專業所學的知識和技能，以完成一定的生產任務，并進一步獲得感性認識，掌握操作技能，學習企業管理，養成正確勞動態度的一種實踐性教學形式。這種創新的實習模式不僅可以使校企雙方合作順利進行，還可以使學生從中受益。

但是，目前一些生產企業不僅重視員工的基礎理論知識，更加注重員工的實踐動手能力，對此，本文提出以無機非金屬材料專業為例，建立基于虛擬仿真教學的頂崗實習模式，首先在虛擬仿真實驗室對學生進行崗前培訓，使學生熟悉和了解工廠的布局以及工作流程，然后讓學生進入相應的企業單位進行頂崗實習。

1 虛擬仿真教學簡介

虛擬仿真教學是利用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等仿真模擬技術創設相應的虛擬環境或工具，并模擬真實事例進行操作、驗證、設計、運行等實踐的教學方法。虛擬仿真教學平臺能夠創造一個與實際生產近乎相同的真實環境，把本來需要建立在真實場地上的機器、設備、工具等移植到了虛擬的仿真網絡平臺，借助于網絡平臺，讓學生模擬實際的生產環節，親身操作和體驗專業學習過程，不僅大大節約了學校的資金，也解決了實習過程中學生無崗可頂，工學難以結合的問題，且具有形象性、交互性、節約性與高效性等顯著特點和優點。

2 基于虛擬仿真教學的頂崗實習模式

（1）改進基于虛擬仿真的教學計劃

建立基于虛擬仿真教學的頂崗實習模式，首先應該改進教學計劃，將理論與實踐結合起來，共同促進學生的進步發展。教學計劃中不僅應包含原材料理化性質、工藝流程等專業理論知識，還應當包含工廠的生產組織過程、主機設備工藝參數的控制、崗位操作方法、提高產品質量的措施、質量檢驗與控制方法、生產設備的維護管理等方面的生產知識。使實踐教學任務和企業生產一線的實際工作相一致，從而保證學生頂崗實習過程中能夠更好地適應實際生產崗位，培養學生的職業崗位能力。挑選具有代表性的、技術先進的設備及工藝技術，如陶瓷、水泥以及耐火材料等，基于工作過程的知識與技能，設計能夠與完整的工作流程、操作模式和崗位具體情況相符的教學計劃，從而能夠與相關的頂崗實習崗位聯系起來，讓學生掌握完成工作任務的方法及解決相對復雜的綜合問題的技巧，能夠適應頂崗實習崗位。

（2）建立虛擬仿真教學平臺

無機非金屬材料生產工藝種類繁多，我院主要包括陶瓷、水泥及耐火材料三個方向，建立基于水泥廠、陶瓷廠和耐火廠的虛擬仿真教學平臺，針對較為復雜的實習內容以及復雜的工藝流程，開展虛擬仿真教學，應用Matlab、LabVIEW仿真工作平臺、FLUENT仿真軟件等技術，完成生產虛擬仿真系統，可實現整體生產線的虛擬控制及虛擬生產等目標。

例如，以理想的日用陶瓷工廠為模擬對象，在虛擬仿真教學平臺對相應的工藝流程進行模擬，分別建立具有高仿真度、高情景化、高沉浸感、高參與性和交互性的特點的虛擬的原料制備車間、成型車間、燒成車間和化驗室等，使學生可以進行某個或多個產品虛擬仿真生產，模擬完成生產加工制造全過程。

教師在通過虛擬仿真教學平臺講授工藝類課程時，可利用多媒體教學系統，上課時邊演示教學內容，邊利用虛擬仿真系統生動地講解物料在設備中發生的物理化學變化，使學生深入了解相應的設備和工藝流程，快速地步入專業知識學習的大門，為以后的頂崗實習及工作奠定堅實的基礎。此外，學生可通過網絡計算機登錄自己的賬號，再次觀摩影像視頻，反復學習，遇到不懂或疑惑的地方可通過在線交流和答疑的方式與專業教師進行互動。

3 基于虛擬仿真教學的頂崗實習模式的優點

虛擬仿真教學平臺可以擴展傳統課堂教學的內容，在信息化環境下構建新的實習模式。傳統教學模式以教師講解授課、學生在課堂上被動聽課為主，教學內容也以理論知識為主，使得學生脫離實際生產，缺乏必要的生產經驗。在虛擬仿真教學平臺進行學習、仿真練習，然后再到工廠進行實際操作，不僅會培養學生的學習興趣，拓展學生的想象空間，使學生充分理解書本上知識的含義，而且把抽象內容具體化，復雜問題簡單化，微觀內容宏觀化。除此之外，利用虛擬仿真教學平臺模擬實際生產過程，學生可以不受時間、空間的限制，為學生創造了更好的自學環境，還可以促進學生適應由學生到企業員工角色的轉變。

虛擬仿真教學平臺模擬實際生產過程，相對于真正工廠，它運行成本低、環保、安全、效率高，維護起來也比較方便。同時經過虛擬仿真教學平臺的培訓后，在頂崗實習過程中，虛擬仿真教學平臺能夠更加有助于學生理解和掌握專業知識和操作方法，并讓學生的操作水平達到熟練操作的程度，使得頂崗實習的效果達到預期的目標。學生還可以通過頂崗實習與企業的聯系溝通，明確企業對專業人才的需求情況及各崗位的職業技術要求，進而及時進行教學改革及人才培養方案調整。此外，企業可以縮短對新員工的培訓時間，并且學生也可以給企業創造一定的價值從而使校企合作達到共贏。

目前，很多教師畢業后直接從事教學工作，缺少在工廠的實際工作經驗，使得他們在與企業合作時由于缺少必要的生產經驗而無法解決制約企業發展的技術問題。虛擬仿真教學系統將現代化企業以立體、動畫的模式呈現，達到直觀而形象的效果，為專業教師提供大量的信息，教師通過視頻軟件，快速、形象地獲取工廠的信息，充分認識和了解工廠的生產組織過程、主機設備工藝參數的控制、崗位操作方法、提高產品質量的措施、質量檢驗與控制方法、生產設備的維護管理等方面的生產知識，提高了專業認識的效率和深度，深化了產、學、研一體化的教學模式，使教師能夠更好地為企業服務，解決其實際生產過程中遇到的問題，進而促進產品升級和技術革新，推動社會的不斷發展。

4 結 語

采用基于虛擬仿真教學的頂崗實習模式不僅可以加深學生對本專業的認識，夯實基礎，還能提高學生的動手能力以及職業崗位能力，培養出既有扎實的基礎理論知識，又有過硬實踐能力的大學生。此外，這種頂崗實習模式還可以促進校企合作順利達到共贏，提高頂崗實習的效果和效率。

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