材料成型與控制技術專業虛擬仿真平臺建設與實踐

陳庚 米憲儒 方琴 傅駿 苗景國 李艷麗

摘 要：圍繞中國制造2025重大戰略部署，響應國家“一帶一路”號召，四川工程職業技術學院材料成型與控制技術專業借此契機，對本專業虛擬仿真平臺進行了建設。結合學院南區生產實訓基地，利用VR技術對鑄造、冶金、鍛壓專業的典型設備和生產線進行虛擬引擎開發，有效地解決了“理論與實踐結合困難”的問題。經過兩年建設已取得些許成績，供大家參考借鑒。

關鍵詞：材料成型與控制技術；虛擬仿真平臺；建設

隨著《國家職業教育改革實施方案》的頒布，職業教育的春天來了。國家對職業教育的高度重視，使其面臨著前所未有的機遇和挑戰。四川工程職業技術學院領導班子著眼于未來，在“體制創新、開放辦學”的先進理念下，積極開展校企合作，創建了工學結合的人才培養機制，同時圍繞中國制造2025重大戰略部署，響應國家“一帶一路”號召，大力開展科技創新、社會培訓服務以及國際合作交流等工作。此外，與國家重點科研院所、大型國企、外企合作共建了3個省級重點工程實驗室，積極搭建了產學研平臺，堅定不移地走產學研一體化道路，并創新性地提出了“1331現代工匠”培養模式。在學校蓬勃發展的同時，四川工程職業技術學院材料工程系緊抓契機，按照川教函〔2016〕429號和川教廳辦函〔2016〕78號文件的通知，向省教育廳積極申報了“材料成型與控制專業省級虛擬仿真實訓中心”建設項目[1]，期望憑借項目建設提升材料成型與控制技術專業的實訓教學條件，并有效地解決材料成型與控制技術專業學生在實訓過程中的“理實差異”問題[2]。經過兩年的建設，取得了一定成績，供大家參考借鑒。

1 虛擬仿真平臺建設的意義

四川工程職業技術學院材料工程系材料成型與控制技術專業下劃3個專業方向，分別是鑄造技術、冶金技術和鍛壓技術，對于這3個專業學生而言，實訓條件相對要求較高。雖然與四川工程職業技術學院合作交流的企業不少，但是受限于地理位置、安全因素、實訓成本、實訓形式等影響[3]，學生專業實訓仍以校內實訓為主。雖然近幾年四川工程職業技術學院在實訓基地的建設上投入很多，但是由于本專業的特殊性，在涉及一些大中型設備的理論教學過程中，學生難以直觀地掌握設備結構，對設備的工作原理也一知半解，極大地影響了學生對專業知識的理解，進而可能引起工作中的失誤。虛擬仿真平臺的建設正好解決了該問題，在引進VR技術后能夠讓教學內容更加直觀，讓教師教學更加輕松，讓學生學習更加容易。

2 虛擬仿真平臺建設實踐

省教育廳項目的成功立項為平臺建設獲得了超過300萬元的建設資金，在經歷了多家企業的調研、實地考察與比較后，四川工程職業技術學院材料工程系最終選擇了杭州浙江大學旭日科技開發有限公司的萬維引擎開發技術進行平臺建設。為了成功搭建起這個平臺，系部向學院申請并獲批了一間140 m2的空教室作為VR實訓室（見圖1），并投入了一間65 m2的教室作為教師、學生創作作品的辦公場所。VR實訓室內采購了30臺高級臺式電腦、一部投影儀、兩臺交互式平板電視作為教學設施，教師辦公室配置10臺高級臺式電腦，每臺電腦均安裝了最新版本的Unity軟件用于作品創作使用。為了使教師盡快了解、掌握該引擎開發技術，2017年暑假期間數位教師犧牲休息時間，積極參與了旭日科技開發有限公司組織的引擎開發技術培訓，經過半個月培訓，如期獲得基礎工程師資格稱號。2018年暑假第二批參與培訓的教師順利完成培訓獲得證書，同時教研室派遣兩名教師前往公司總部參與項目建設和技術研修，收獲匪淺。

從與浙江大學旭日科技開發有限公司簽訂合同之日起，四川工程職業技術學院材料工程系相關教師積極主動聯系該公司技術人員，期間至少3次旭日科技開發有限公司派遣技術員工來到學校進行現場一對多教學，其余時間利用網絡咨詢進行答疑解惑。此外，雙方通過協作共同完成了鑄造實訓基地包括感應電爐、拋丸機、壓力鑄造機等設備和樹脂砂生產線的VR創作。

首次開設VR作品創作公選課，在滿足學生獲得公選課學分的同時，讓學生掌握一門新技術。2018—2019第一學期開設一個班級，學生共24人，通過一學期的學習全班同學順利獲得學分，創作出了屬于自己的作品，優秀作品率達到17%。2018—2019第二學期將繼續開設公選課，班級將增至兩個。

指導學生參加競賽。在2018年一帶一路暨金磚國家技能發展與技術創新大賽—首屆VR產品設計與開發技能大賽中，參賽作品獲得了預選賽三等獎一份、優秀獎數份的成績，雖然成績不是特別理想，但是對于首次參賽的師生而言，是非常寶貴的經驗財富，學生們都認為這次參賽讓大家對專業知識方面的不足有了更清晰的認識，但是VR技術提高了大家對專業的興趣和熱愛，以后會更加努力地學習專業知識。

將VR開發應用于畢業生的畢業綜合實踐中。對傳統的畢業綜合實踐進行改革，讓個別學生運用VR技術完成專業相關內容并進行畢業答辯，收到了預期效果。

3 虛擬仿真平臺建設取得的成績

（1）虛擬仿真平臺的建設有效地解決了教學過程中“理論結合實踐困難”的問題，讓學生對學習對象產生了濃厚的興趣，學習效率明顯提升，同時通過虛擬仿真教學能夠讓學生在單位實習或工作前更好地掌握設備的運行機制，并使其對設備的操控流程銘記于心。

（2）教師通過參加萬維引擎虛擬現實開發培訓，獲得了基礎工程師證書，并有幸進入公司總部參與項目建設和技術研修，極大地提升了自身能力，為后續的教學打下堅實的基礎。

（3）創建了一門技術含量較高的公共選修課，制訂了全新的教學大綱，研究出一套較好的教學方法與手段，形成了較豐富的虛擬仿真開發引擎教學資源。

（4）通過開設選修課，讓學生清晰地了解設備構造及生產流程的同時，掌握了一門技術—萬維引擎作品開發技術，通過課堂上的學習，學生能夠獨立完成并發布一件作品。

（5）通過實踐研究總結并提煉出了一套虛擬仿真開發引擎的操作方法與使用技巧。

（6）學生通過競賽獲得獎勵，為畢業應聘理想單位增添砝碼。

（7）在安全使用前提下向全校師生及教師家屬開放了VR實訓室，允許大家參觀及使用VR設施，豐富了師生的業余生活，讓更多的人了解什么是VR技術，對VR技術的推廣起到一定積極作用。

4 結語

《國家職業教育改革實施方案》的制訂與實施帶來了100萬高職新生，全國上千所高職院校的招生、就業壓力劇增。在這種環境下，如果學校繼續墨守成規，那么學校的發展前景不容樂觀。相反，四川工程職業技術學院在院領導的前瞻性領導下，積極領會、滲透國家對職業教育的發展規劃，以“學生能為國家作出什么貢獻”為培養出發點，走出了一條具有自己鮮明特色的發展道路，而虛擬仿真平臺也將在學校的蓬勃發展中起到不可忽視的重要作用。

[參考文獻]

[1]陳庚，方琴，傅駿，等.高職院校鑄造產學研一體化實訓基地建設實踐[J].鑄造技術，2017（8）：1974-1977.

[2]周成義，周建洪，趙明，等.鋼鐵生產虛擬仿真實驗教學中心建設與實踐[J].中國冶金教育，2016（5）：79-81.

[3]于寶義，李潤霞，向青春，等.材料成型及控制工程專業仿真實習系統[J].中國電力教育，2012（34）：100-101.