虛擬現實視域下智能制造實訓基地建設的研究

吳櫻櫻

摘要：在科技快速發展的新時代，“虛擬現實+教育”在職業學校教育實訓教學活動中得到了廣泛應用，具有十分重要的現實影響。“虛擬現實+教育”不但能強有力地補足智能制造實訓活動中由于高危、高消耗、不直觀等不能實現的教學功能，還能豐富實踐教學內涵，帶動機械、機電、智能控制等相關課程實踐教學模式的創新，推動課程變革和專業建設，激發學生學習興趣，改善教學成效。以海門中專為例，在分析智能制造虛擬仿真實訓基地建設的可行性和必要性的基礎上，對智能制造虛擬仿真實訓基地的現狀及建設方向進行了研究，提出智能制造虛擬仿真實訓基地的建設思路和舉措。

關鍵詞：虛擬現實;智能制造;基地建設

中圖分類號：G717 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-（2022）02C-0080-04

2020年9月，《關于印發〈職業教育提質培優行動計劃（2020—2023年）〉的通知》（教職成〔2020〕7號）提出，推動信息技術與教育教學深度融合，主動適應科技革命和產業革命要求，以“信息技術+”升級傳統專業，及時發展數字經濟催生的新興專業，鼓勵職業學校利用現代信息技術推動人才培養模式改革，滿足學生多樣化學習需求，大力推進“互聯網+”“智能+”教育新形態，推動教育教學變革創新。

虛擬仿真現實技術應用于實訓教學，是將實驗教學改革和教育信息化建設互相交融滲透而產生的新型事物，全方位運用了多種通訊技術，涵蓋了數據庫、仿真技術、電子信息等，構建出高精密、高仿真實訓目標和虛擬現實環境。虛擬仿真實訓基地的建設彌補了智能制造實訓中因高危、高消耗、不直觀等不能實現的教學功能，改善了傳統實訓設備數量不足、更新換代速度慢、置放場地受限等實際困難，為當下實訓教學質量的提升提供了有效的問題解決方案。

一、基于虛擬現實的智能制造實訓基地建設起點

江蘇省海門中等專業學校的智能制造虛擬仿真實訓基地依托于數控技術應用實訓基地，始建于2004年，基地先后被評為江蘇省高水平示范性實訓基地、江蘇省職業學校現代化實訓基地。基地建筑面積約5800平方米，有約2000臺（套）的現代化實訓裝置和設備，整體價值達3000萬元。

智能制造實訓基地布局科學合理，涵蓋了特種加工實訓中心、數控加工實訓中心、無人機操控仿真實訓中心、PLM體驗中心、機電控制實訓中心等集虛擬仿真與企業生產管理為一體的產教融合實訓場所。基地內配套功能齊全，擁有先進的自動化監測系統、數控綜合仿真實訓系統、氣動液壓仿真平臺、實體設計仿真等19套虛擬仿真實訓系統。

二、基于虛擬現實的智能制造實訓基地建設內涵

實訓基地建設按照“將虛擬現實技術和實訓設施設備深度融合，以實帶虛，以虛助實，虛實結合”的建設原則，以全面銜接專業課程的現場教學為主題，以全面提高學生創新意識和創新能力為宗旨，以共建共享優質實訓教學資源為核心，以深化實訓教學改革為突破口，持續推進實訓教學信息化建設。緊跟區域行業企業發展需求，結合校內實訓教學中存在的痛點難點，深入推進校企共建共享實訓基地，建立區域共建共享機制，全面開展“虛擬仿真實訓+校企合作實踐”模式的實踐教學改革。使學生能在虛擬現實的場景內進行實訓，有效彌補以往職業教育中部分實訓看不到、進不去、成本高、高危險性的缺陷，有效培養了學生綜合能力及創新性思維。

（一）堅持科技引領，虛實結合

立足人工智能、虛擬現實等新信息技術，將實訓裝置和信息技術高度予以滲透交叉，虛實結合，構筑并開發虛擬仿真實訓系統，與此同時，通過共享系統對虛擬仿真專業教育、實訓管理進行全面的資源調度和整體管理。

（二）堅持育訓結合，教學創新

兼顧區中小學體驗中心建設、技能社會培訓中心、技能鑒定中心等多個服務項目，考量實訓課程設置的兼容性以及專業性，推動打造與課程相配套的虛擬仿真實訓教學專業化課程體系，科學制訂專業教學的具體內容，研制并設計高質量的實訓教學資源，改進實訓形式和人才培養模式，合理規劃虛實融合實訓體系要求的教學標準以及課程設置等。

（三）堅持科學管理，規范考核

設立完善的實訓管理組織機構，規劃順暢的實訓管理脈絡，制訂完善的多級保障舉措，涵蓋績效考核、運行機制、基地維護等內容。建立健全有利于教師提高教學成效的反饋、評價、考核制度，開展激發鼓勵學生提升創新力的學習活動。

三、基于虛擬現實的智能制造實訓基地建設目標

以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，精準把握新時代立德樹人新要求，服務區域市場需求，逐步形成匯聚教學、培訓、技能評定與社會服務為一體的高水平實訓教學平臺，打造具備先進性、包容性和拓展性的智能制造仿真實訓平臺，在同行學校中做出示范引領的作用。

（一）教學環境創新

緊扣專業特色，通過虛擬技術營造一個幾乎真實的實訓氛圍和場景，直接聚焦教學重難點，提高學生的主觀能動性和積極性;依托于網絡技術協助學生在課余時間進行訓練，對知識進行加固，借助交互溝通、多人比賽和單人練習的功能，促進學生主動自覺投入;立足于數據庫技術記錄學生學習的點點滴滴，對相關數據數加以統計和詳細剖析，提高教學評價過程中的合理性和規范性[1]。

（二）運行模式創新

圍繞“教、學、管、評、控”實現整個虛擬仿真平臺系統的設計架構，以統一登錄用戶界面、虛擬仿真教學子系統和數據管理子系統，實現平臺功能與內容的嵌入。圍繞“教、學”實現虛擬仿真教學子系統、資源庫子系統、題庫子系統、消息中心子系統、數據管理子系統的建立，以多樣化形式開展現代教學運行。

（三）教學形式創新

依托于虛擬仿真教學子系統，建立多維立體的新型教學方法，使學生投入虛擬時空中，轉變以往教學過程中生搬硬套的灌輸式教學，激發學生的學習熱情。基于資源庫子系統、題庫子系統、消息中心系統等多樣化的形式，擴充專業教學和信息資源，幫助教師開展優質教學。

四、基于虛擬現實的智能制造實訓基地建設途徑

（一）機制與文化建設

組建科學高效建設團隊。融合多方資源，組建一支由分管副校長牽頭，骨干教師、行業專家、企業顧問、能工巧匠等人員組成的虛擬仿真基地項目建設團隊，負責基地建設的頂層設計、統籌規劃、計劃實施、制度制定、技術支持、資源開發等具體工作，保障實訓基地建設質量;由系部牽頭組建專業實訓管理隊伍，選聘責任心強、綜合素質高、具有實訓管理經驗、通曉專業知識的教師擔任專職管理員，構建虛擬仿真實訓基地實訓管理隊伍，負責基地的日常教學管理工作，提升實訓基地的運行能力。

構建共建共管評價體系。以融入教、學、管、評、控的實踐全程運行模式為指導方針，建設立足于分享公開教學資源的智慧管理實訓平臺，落實實驗教學教師的工作記載、經費使用管理、實訓基地維護與可持續發展等制度，打造學生學分銀行平臺，德智體美勞五育并舉，引發和鼓舞學生對學習產生興趣，增強學生創造力。與此同時，設計出具有操作性、實用性的教學成效的評價、考核、反饋工作制度。

科學建立基地管理機制。制定并完善虛擬仿真實訓教學管理的各項規章制度，融合企業先進管理理念，修訂完善《虛擬仿真實訓基地建設與管理暫行辦法》《虛擬仿真實訓基地實訓室開放管理辦法》《虛擬仿真實訓基地儀器設備維修管理辦法》《虛擬仿真實訓基地實訓管理考核辦法》等制度。

營造優秀企業生產文化。積極與校企合作企業共同開展基地建設調研，根據行業需求及社會發展需要，擬定選擇全新的模式、新型的機制、創新的思路，通過以實帶虛、以虛助實，將虛實共同交融，打造符合智能制造技術發展要求的新一代虛擬仿真實訓教學基地。依托于虛擬現實“技能教室”，推動采用多種新穎教學方法，諸如虛擬仿真教學、任務單教學等。創建和設立功能完備多樣、企業文化和校園文化相互滲透的教學和生產場景，納入企業裝備、各項人才、高新技術及多種服務和生產業務，營造新型現代學徒制背景下的企業真實生產環境，共建共享虛擬仿真實訓基地。

（二）教學資源建設

校企合作開發課程數字化教學資源，組建虛擬仿真實訓課程建設小組，結合專業人才培養方案的課程開設，緊緊圍繞企業崗位核心能力，開發符合數控、機械、無人機、工業機器人和機電專業課程項目技能等虛擬仿真教學資源，重點打造“一車間、兩中心”。

1.打造智能制造智慧車間升級版。實訓基地充分體現現代化和信息化技術，實訓區全部設立了數字化教學場景，實訓基地網絡全覆蓋。制定切實可行的智慧實訓車間建設方案，更新維修制造類設備，提高虛擬仿真軟件與硬件設備的融合度，研發和匯集專業技能課程和實訓課程訓練項目的考核題庫，構建智能制造實訓教學課程體系。協同企業人員共同制定技能教學內容和考核標準，優化智慧車間實訓管理功能，促使智慧實訓車間高效運行。

2.建設工業機器人虛擬仿真實訓中心。建設先進的工業機器人仿真實訓中心，重視開展和推動建設四大系統，其中涵蓋了工業機器人智能工程虛擬仿真系統、工業機器人智能工廠虛擬仿真教學等。除此之外，實訓中心強化自身的多項工作環節和內容，諸如研發實訓項目、硬件設備、工作運行制度等，切實解決工業機器人臺數不足、空間不足等實物組織教學的痛點。

3.打造示范性VR虛擬現實實訓中心。引進最新的虛擬現實硬件設施，例如VR教學展示工具、VR實踐實訓工具、VR作品創作工具等。同時，引入5G技術、多人協同實訓技術、圖形圖像處理技術、VR設備一鍵管理技術等前沿技術，打造一個智能化、網絡化的智慧實訓環境。強化校企合作，校企協同建設匯集技能鑒定、實踐教學、企業真實生產和社會技術服務于一體的多功能產教融合虛擬仿真實訓中心。科學搭建實訓中心架構，做好實訓中心合理布局，將中心分為VR實訓教學區、VR素材開發區、VR創新實踐區，師生可通過VR頭盔，以第一人稱視角操作虛擬的機床、刀具、工件和夾具等，體驗一線操作者的工作內容和狀態。

（三）教學與管理團隊建設

注重加強教學與管理團隊建設，組建一支由學校、行業、企業、高校的管理、研發、技術人員組成的科研創新團隊。團隊結構合理、觀念前沿、研發能力優異、實踐經驗豐富、富有開拓創新精神。根據實際制訂創新團隊運行、考核、管理辦法，組建學生創新發展多個項目。

（四）共享平臺建設

完善智慧實訓管理平臺，實訓管理提檔升級。學校智能制造仿真實訓基地體量龐大，服務機械加工技術、數控技術、工業機器人技術、無人機操控技術等專業。為使實訓基地管理高效運行，在實訓班級管理、實訓教學資源管理、實訓耗材管理等方面建成了信息互通的智慧實訓管理平臺。科學梳理智能制造仿真實訓基地管理制度和流程，撰寫智慧實訓管理平臺調研報告，形成管理平臺調整建設方案。

共建產教融合實訓基地，校企共享深入推進。依托智能制造仿真實訓基地軟硬件優勢，與相關企業合作，分別建成無人機產教融合工場和數字化資源開發實訓基地。校企雙方共同搭建校企共建共享實訓基地專門組織機構，制訂共建共享實訓基地建設、管理、績效考核辦法。

五、結語

智能制造虛擬仿真實訓基地建設將強有力地對接本區多個產業發展的需要，牢牢緊扣機電技術、機械裝備、機器人和智能制造產業生態鏈，用“虛擬現實+教育”打通職業教育技能實訓“最后一公里”。經過一年的建設，智能制造虛擬仿真實訓基地在學校專業人才培養體系中占據了重要地位，將成為全區中小學職業體驗中心的主要活動場地，在帶領學生開展實踐活動進行專業技能教學，培養學生綜合能力等方面發揮著重要作用。

參考文獻：

[1]殷燦彬.應用型院校VAS虛擬仿真教學的實踐研究[J].教學實踐探索，2017（9）.

責任編輯：章躍一