談技工院校課程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)

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【摘要】以淄博市技師學(xué)院為例，基于十多年理論研究與實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該校學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀及學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況進(jìn)行分析，探索如何讓學(xué)生能夠在以后的工作中更好地運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)。

【關(guān)鍵詞】虛擬教學(xué)；技工；一體化

引言

目前，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面進(jìn)行了多方面的研究，但是在研究過程中受到所用設(shè)備的復(fù)雜性和實(shí)驗(yàn)方法的多樣性的限制，在教學(xué)過程中基于虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究都還處于剛剛起步階段。在國內(nèi)，眾多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)建立了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了研究，如江蘇省建立了機(jī)械工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)，吉林大學(xué)建立了機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等，這些都是在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面進(jìn)行的探索。在國外，很多大高校及研究機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了相關(guān)的探索和實(shí)踐，如美國StevensInsti-tuteofTechnology和美國自然科學(xué)基金（NSF）新加坡國立大學(xué)。

1教學(xué)過程中存在的問題

淄博市技師學(xué)院是國家級(jí)重點(diǎn)技工學(xué)院之一，是山東省首批技工教育特色名校和齊魯技能大師特色工作站和淄博市綜合性公共實(shí)訓(xùn)基地。自2009年開始，該院根據(jù)人社部的要求，在符合條件的系部開展“一體化”教學(xué)探索，在初期，采用的是理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作相結(jié)合的方式，在探索過程中發(fā)現(xiàn)存在較多問題。

1.1實(shí)訓(xùn)設(shè)備投資巨大

在教學(xué)過程中需要采購大批實(shí)踐教學(xué)設(shè)備，許多設(shè)備價(jià)格昂貴，比如實(shí)踐操作過程中需要購買各類機(jī)床設(shè)備。購買的DMG五軸加工中心及相關(guān)配套，耗資約300余萬，由于只有一臺(tái)設(shè)備，只能允許部分學(xué)生進(jìn)行操作實(shí)踐；電氣工程系機(jī)床維修專業(yè)花費(fèi)2萬余元購買的加工中心主軸，進(jìn)行主軸裝拆實(shí)踐，但是同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練的學(xué)生只有幾個(gè)；機(jī)械工程系購買的四臺(tái)3D打印機(jī)，打印一件簡單的工件需要6h左右，在實(shí)踐過程中能夠進(jìn)行操作練習(xí)的學(xué)生及時(shí)間比較少。

1.2實(shí)訓(xùn)耗材利用率不高

在實(shí)踐操作過程中，實(shí)習(xí)耗材損耗大。數(shù)控工程系在進(jìn)行數(shù)控加工過程中，操作不同的機(jī)床需要購買不同刀具進(jìn)行加工，每臺(tái)機(jī)床配備不同種類的加工刀具，少則十幾把多則上百把。不同刀具價(jià)格也不同，便宜的幾十元，較貴的如DMG五軸加工中心所用刀具及夾具每套需幾千元。同時(shí)，在使用過程中，刀具屬于損耗品，每把刀具都有理論加工時(shí)間，當(dāng)超過理論加工時(shí)間后，需要更換新的刀具進(jìn)行加工。

1.3操作不熟練造成人身傷害及設(shè)備損壞

在實(shí)踐操作過程中，操作不熟練、危險(xiǎn)性高。在初學(xué)時(shí)，學(xué)生只掌握相關(guān)的理論知識(shí)，并沒有進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，由于不熟悉及思想緊張，容易造成加工過程的誤操作。在加工過程中，主軸轉(zhuǎn)速低則每分鐘幾百轉(zhuǎn)，高至幾千轉(zhuǎn)，在主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，如意外出現(xiàn)刀具破碎、工件夾持不牢固、程序輸入時(shí)尺寸輸入錯(cuò)誤、對(duì)刀錯(cuò)誤等問題時(shí)，容易出現(xiàn)車床損壞或者人身事故。

1.4教學(xué)效果評(píng)價(jià)不客觀、不直接

在教學(xué)過程中，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況不能較快地做出評(píng)價(jià)，學(xué)生無法根據(jù)教師的點(diǎn)評(píng)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行改正。在教學(xué)設(shè)備允許的情況下，需要等到所有學(xué)生都進(jìn)行操作后，教師才能對(duì)本次教學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)，點(diǎn)評(píng)每一位學(xué)生，對(duì)學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行指正。但是，由于設(shè)備少，當(dāng)所有學(xué)生完成操作練習(xí)后，本次實(shí)訓(xùn)時(shí)間也就結(jié)束了，學(xué)生無法根據(jù)教師的點(diǎn)評(píng)進(jìn)行加強(qiáng)性、針對(duì)性的練習(xí)。

2虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入

“一體化”教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在該院教學(xué)中，通過“一體化”教學(xué)可以使學(xué)生更直觀地理解課本中所講的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)。CA6140臥式車床主軸箱內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能夠讓學(xué)生更容易理解機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的相互關(guān)系，特別是主動(dòng)軸滑移齒輪的結(jié)構(gòu)、從動(dòng)軸與主動(dòng)軸的動(dòng)力傳遞情況，熟悉CA6140臥式車床主軸箱的拆卸和安裝過程，為學(xué)習(xí)理論的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在之前傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生主要是到實(shí)訓(xùn)車間面對(duì)真實(shí)的CA6140車床主軸箱，在教師的帶領(lǐng)下對(duì)其進(jìn)行裝拆實(shí)踐，這種方式雖有真實(shí)感強(qiáng)、學(xué)生能夠真實(shí)地裝拆機(jī)器等優(yōu)點(diǎn)，但也存在花費(fèi)時(shí)間長、學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力容易被其他事情吸引、要求教師的實(shí)操能力高等不足。技工院校的教師不僅應(yīng)具備扎實(shí)的理論教學(xué)能力，同時(shí)還應(yīng)該具備實(shí)踐教學(xué)能力，合格的教師應(yīng)該是“一體化”的教師，從學(xué)習(xí)初期就培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。學(xué)生通過參加這些科研實(shí)踐活動(dòng)，有機(jī)會(huì)接觸到原理在各類機(jī)器中的應(yīng)用狀態(tài)，了解所使用機(jī)器的各類構(gòu)造和原理，激發(fā)學(xué)習(xí)研究興趣。結(jié)合該院“一體化”教學(xué)，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)相比較，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多優(yōu)勢(shì)。

2.1減少實(shí)訓(xùn)設(shè)備的資金投入

彌補(bǔ)了在“一體化”教學(xué)過程中實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備不能滿足全部實(shí)習(xí)學(xué)生的實(shí)踐操作的問題，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力。由于一體化教學(xué)的硬件投入需要大量的資金，一體化教學(xué)中硬件儀器設(shè)備均存在設(shè)備老舊、設(shè)備故障頻發(fā)的問題，再加上設(shè)備維修不及時(shí)，能夠用于正式教學(xué)的臺(tái)套數(shù)不足，致使在學(xué)生做實(shí)踐操作時(shí)每組人數(shù)過多，每個(gè)學(xué)生需要較長的等待期等問題，因此采用以虛擬仿真軟件代替實(shí)際硬件設(shè)備的辦法往往最為有效。

2.2避免實(shí)訓(xùn)耗材的無效損耗

解決學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐操作過程中，設(shè)備及實(shí)踐材料實(shí)習(xí)耗材損耗多、操作過程危險(xiǎn)度高、實(shí)踐過程中無法對(duì)操作加工進(jìn)行詳細(xì)記錄等問題。一些風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)比較大同時(shí)要求有一定操作基礎(chǔ)進(jìn)行操作的設(shè)備，例如數(shù)銑加工中心、電火花機(jī)床等設(shè)備存在操作危險(xiǎn)、操作不熟練易出問題、實(shí)習(xí)耗材價(jià)格昂貴等問題，在實(shí)踐操作時(shí)學(xué)生容易出現(xiàn)誤操作，造成機(jī)器設(shè)備損壞和人身事故，如采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)則可以有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能增加學(xué)生的練習(xí)次數(shù)，提高操作熟練度。

2.3促進(jìn)教學(xué)、科研及學(xué)生實(shí)踐結(jié)合

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)現(xiàn)，能促進(jìn)教師的教學(xué)、科研與學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合，有利于學(xué)生能力和學(xué)院師資的培養(yǎng)。淄博市技師學(xué)院各系在教學(xué)過程中采用虛擬仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，不僅能夠讓教師在教學(xué)、科研等方面獲得較大的成效，而且能夠促進(jìn)教師團(tuán)隊(duì)間的合作及溝通。

2.4考核更加客觀、及時(shí)

虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，采用系統(tǒng)自帶的教學(xué)效果考核、評(píng)價(jià)和反饋系統(tǒng)，能夠更快地讓教師和學(xué)生了解自身的不足，及時(shí)就相關(guān)問題進(jìn)行改進(jìn)。教師不再受限于硬件的多少，能夠在同一時(shí)間對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行考核，促進(jìn)教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題并及時(shí)解決。

3結(jié)語

現(xiàn)代教學(xué)理念應(yīng)該順應(yīng)時(shí)展潮流，積極發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)模式。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)是淄博市技師學(xué)院教學(xué)“一體化”改革的重要組成部分，可以更好地整合各系部的教學(xué)資源，發(fā)揮更大的作用。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)各個(gè)專業(yè)的學(xué)生，受益面廣，適合于學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，特色顯著。

參考文獻(xiàn)

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作者：陳修剛 單位：淄博市技師學(xué)院