时间：2022-07-04 05:33:33
关键词：仿真技术；教学质量；实效性
职业教育的根本目的是为社会培养高素质的技术技能型人才。在深入推进中等职业教育改革创新的过程中，要正视职业教育资金有限的现实，充分利用学校现有资金与设备，大力提升实训教学质量，把企业的岗位能力需求作为专业教学和实训的内容，提高职业教育的针对性和适应性，为经济建设服务。职业类学校可以通过应用虚拟仿真技术，较好地实现这一目标。
一、实训教学使用虚拟仿真技术的必要性
要真正做到使职业学校培养的学生与企业需求零距离，就必须改革人才培养方案，教学内容要贴近企业岗位需求，加大实训时间，且实训内容要模拟企业工作过程。但是目前职业学校在加大实训时间和模拟工作过程方面存在很大的困难，原因在于：（1）近几年职校规模不断扩大，特别是制造加工类专业在校生比例更高，而加工制造类专业的实训设备一般价格比较昂贵，以职校的财力是无法保证购置满足实训需求的设备数量的。（2）制造类设备一般比较庞大，所以要求的场地也很大，职校要建立完善的实训基地也存在困难。（3）加工制造类科技发展很快，现使用的专业教材相对略显滞后，各职业学校添置的实训设备也不可能经常性地升级更换，所以从教材内容到实训设备都无法一直保持和技术发展相适应。（4）目前职校的专业教师大多没有经历过企业生产一线的工作实践，所以无法接触到企业的实际工业案例，更别说引入到学校的专业教学中，所以学生在校内实训的内容往往是基础性的或者是由设备限定的。（5）加工制造类的实训设备一般功率较大，校内实训耗电大、材料损耗大、设备维护费用高等，所以学校的实训经费压力也较大。（6）有些专业课程技术性较强，许多知识看不见、摸不着，传统的教学方法以讲解、做题、画图、演示性实验等为主，学生接受起来有一定的难度，学生需要通过生产性的实训来掌握技能、获得知识。
为了能有效地解决以上问题，学校可以在机械、机电专业等工科类专业实训过程中，充分应用虚拟仿真技术，来提升实训质量，借助各种虚拟软件、仿真设备，将抽象的过程形象化。如，张家港某职业学校近年来添置了上海宇龙数控仿真软件、美国PTC参数技术公司的Pro/engineer（普鲁易）三维建模设计软件、电工电子类PCV印刷电路板设计软件等虚拟仿真教学软件，充分利用虚拟软件易学易用、有强大的交互能力等特点，提高教学效率。同时，还与上海厚载智能科技有限公司校企共建（西马特）数控车仿真理实一体化实训室；与美国参数技术（上海）软件有限公司、南京培杉软件科技有限公司共建数字化设计与制造校内实训基地等，将仿真教学穿插于技能实训教学过程中，来提高学生的动手能力，实现校内实训教学与企业岗位对接的零距离，使学生进入岗位后能很快适应企业生产需要，实现人才培养的新突破。
二、实训教学使用虚拟仿真技术的实用性
在技能训练和教学活动中广泛应用虚拟软件和仿真实训设备，在一定程度上弥补了技能实训设施设备不足的欠缺。各学校都非常重视实训设施设备的投入，但相对于实训教学的需要，仍远远不够，使用虚拟仿真技术替代设施设备进行训练，待练习到一定程度后再改用生产设备训练，或者生产设备训练与仿真训练交替进行，可以最大限度地加大学生的实训时间，帮助学生在技能上熟能生巧，同时借助于仿真软件，可以满足教学中的个性化需求，实现与企业实际生产的接轨。
比如，在机电专业教学与实训过程中，教师根据银行自动存取款机的描述及具体要求，利用单片机仿真实训平台中的相关模块及元件，模拟一台银行自动存取款机控制器；再如，根据双色球包装演示系统的背景描述及其控制装置的具体要求，借助机电一体化组装与调试仿真实训设备，搭建双色球包装演示系统，并进行模拟生产；利用电气安装仿真实训设备，教师设计一个工作间电气安装工程施工单，学生在仿真设备上模拟施工，完成配电装置和照明的安排等。再比如，在数控专业教学过程中，学校借助数控模拟软件和数控仿真实训室，首先安排学生利用宇龙数控虚拟软件进行模拟操作，让每个学生都有充足的时间来学会编程、操作方法，为下一步的实际操作也做好准备。在此基础上，安排学生到数控仿真实训室进行实训练习，进行理论与实践的“学做合一”初、中级学习。因为一些数控系列小型机床的操作方法、编程原理与普通型数控机床原理和方法一样，学生通过对小型数控机床的学习与操作，能很快掌握数控操作要领，从而大大提高了学生的操作水平。同时，在数控仿真实训室进行实训的材料可以是铝棒、塑料件，这大大节约了实训的成本，但取得的效果却和学生在生产大机床上用钢件实训的效果是一样的。经过在数控仿真实训室实习以后，学生的技能操作水平达到中级水准，然后，再组织学生进入校内实训车间进行生产性实训，进一步提高操作技能，达到高级工及以上的技能操作水平。
三、实训教学使用虚拟仿真技术的实效性
1.借助虚拟软件和仿真设备，学校减少了资金的投入，充分利用了有限资源，提高了实训的实效。以往，学校机械专业学生人数比较多，虽然学校的数控设备也很多，但要使实践性教学的课时比例达到50%还是有一定的难度。通过虚拟技术和仿真设备的运用，保证了学生有50%以上实践性教学课时的学习时间。虚拟仿真技术的应用，也可以加快学校教学改革的步伐，便于学校形成“做学教合一”实训教学改革新模式：学生的实训过程通过任务的布置（学）―学生的操作（做）―教师的讲解（教）―学生的检验修改应用―师生总结等环节实施，学生在学习专业基础理论知识的同时又可以进行技能操作训练，有效地避免了理论学习内容与实训教学内容两张皮的现象。
2.虚拟仿真技术在教学中的运用，调动了学生的学习积极性，提高了学生的技能水平。学生真正学到技能，毕业生成为企业的抢手货，受到用人单位的欢迎。
3.虚拟仿真技术在教学中的运用，促进了教师队伍的快速成长。比如，通过与企业合作开发虚拟仿真软件，可以提升教师的专业水平和实践水平。
随着科学技术的不断发展，有着沉浸性、交互性和构想性的虚拟仿真技术带来了教学改革发展的新革命，让我们在实训教学过程中实现了教学内容的变革，教学方式的创新，教学质量的提升。我们相信，虚拟仿真技术会让我们获得更多发展，获得更大的超越！让我们充分享受这一革命带来的变化吧！
关键词：VR；应用
电子虚拟仿真实训系统依据职业能力素质成长模型、职业成长系统、学习地图，按照基于游戏的虚拟工厂脚本，开发了由《虚拟电子产品生产车间》和《智能测控电子产品实验系统》两部分组成的“基于游戏、虚实结合、3D场景再现”虚拟工厂——应用电子技术专业虚拟实训系统。应用电子技术专业虚拟工厂有效解决了从事电子产品生产、设计等岗位群对应的电子产品生产管理与工艺指导、电路设计与分析等10项专项技能或综合训练难题。通过虚拟现实技术实现真实原型再现，硬件资源软件化、网络化，实现有限资源无限共享，有效地解决了教学实践教学实训资源不足问题，解决了大型、先进、精密电子仪器设备高额购置成本问题，解决了抽象过程形象化问题，为培养学生电子产品生产与管理、电子产品设计与开发等关键能力起到至关重要作用,提高了学生培养质量[1-2]。而文献[1]从技术上分析了虚拟电子产品车间的设计、实现过程以及功能，文献[2]从虚拟实训系统应用角度介绍了系统应用教学的效果，本位主要对其进行创新性分析。
1创建“五生产要素、三职业路径、三能力层级”综合学习训练系统，突破传统职业教育的藩篱，解决了“职业素质养成、知识与技能综合运用、基层管理”三者的融合问题
打破传统的学科性知识体系，依据“人、机、物、法、环”生产要素，以职业人为中心，遵循技能、技术、管理三条职业人职业发展路径，融合电工技术、电子技术等知识，电子仪器仪表与工具的使用、工艺指导等技能、电子产品生产管理与创新能力、职业素质等职业素质，构建“操作工—技术员—工程师”为主轴的三层级职业能力素质成长模型。通过对职业活动进行进阶式的教学化的设计，训练知识技能与素质。创立了“五生产要素、三职业路径、三能力层级”“知行合一”的符合职业人成长规律的应用电子技术专业综合训练系统。将职业素质、专业知识、职业技能综合运用、生产运行管理融会贯通，通过具体工序、工作任务和职业活动来养成和训练，并通过学习地图引导应用电子职业人成长。
2创立教学工厂“硬件软件化”及虚拟化实训理念，突破“硬件”资源不能共享及学生厌学的问题
按照“‘游戏’互动”软件开发理念，以真实电子产品生产工厂领料岗位、预处理岗位、插装岗位、SMT贴片岗位等11岗位以及工厂人文文化真实环境为依托，设计出虚拟工厂操作员、技术员、工艺员、工程师等职业成长历程，以及电子产品生产工序为级别的“游戏练级”。将工厂硬件如设备、工量具、仪器仪表等刚性硬件虚拟化，与岗位的工艺、技术、流程、管理规范、规章结合起来依据“职业人”的职业成长规律，以真实企业“人、机、料、法、环”五个生产要素为起点，设计出电子产品调试与检修等技能提升、职业技能成长的学习地图，以学习地图导航学习者通过选择不同的应用电子职业人角色来实现自己的职业成长需要。引导学生一无所知到成长为一个拥有丰富专业知识、操作技能、职业素质的虚拟“职业人”，其成长过程品味“游戏”的智慧和乐趣。一线操作员学习实训系统中的基本操作和基本技巧；技术员和工艺员则进行一些更深入的探索和体验，比如更深入地了解PE（工艺）、EE（工程设备）等岗位的操作内容，并向着自己喜欢的方向培养和打造角色，以达到挑战自我的目的。
3开创隐性知识/技能的显性化及职业素质内化，突破“素质冰山理论”的实训应用问题
高素质的应用电子技术专业职业人应具备的职业意识、职业道德、职业作风和职业态度等隐性的职业素质很难通过一般课堂得以培养。虚拟真实设备、虚拟真实岗位、虚拟真实环境三个层次3D原型再现企业，学习者在虚拟工厂通过产品生产工序“游戏练级”职业人成长训练，“亲身真实经历”工厂生产组织、过程管理。学习者角色扮演操作员、技术员、工艺员、工程师工厂职员，体验电子产品生产过程中除知识、技能以外对敬业乐业、遵章守纪、责任担当、沟通协作、意志品质、实干巧干、发展创新等职业素质要求，领悟到职业素质对产品质量和职业人成长历程的影响。通过虚拟工厂的电子产品生产过程、品质管理过程“游戏”练级活动，将职业素质社会化和外化，实现隐性知识的显性化。“游戏练级”，“亲身真实经历”发掘学习者内部潜力，激励学习者探寻电子产品生产、管理的秘技，实现综合性职业素质的内化滋生。
4创立应用电子技术专业的泛在性实习实训，突破传统实训仅局限于“物理”实训室或企业，突破了实习实训方法的重大瓶颈
通过虚拟现实技术实现真实原型3D再现，硬件资源软件化，实现对真实电子产品工厂生产过程的逼真模拟重现。让学生不需到实际工厂便可以在3D虚拟工厂体验到电子产品生产的所有工艺、技术及安全生产流程。在学习和训练模式上创新了一种以学习者为中心、以学习任务为基点的虚实结合的实训系统，通过信息技术加强的学习实践环境使学习与训练落实于现实应用，学习者可以更充分地体验、更有效地进行知识建构的泛在学习与训练新模式。其中，学习新模式主要体现在学习者从原来的平面式“适应性”学习模式转变为立体式“导向性”的按需学习模式。即学习者在学习过程中可以在任何地方，任何时间，得到他所需要的文档、动画、操作视频、考核试题等各种学习信息，这些信息的获取是基于学习者自身需求的，因此学习是一种自我导向的过程，是一个适量学习（justinenough）的过程。实践操作的泛在训练新模式主要体现在训练者可以通过虚拟实训系统软件中的企业参观模式来了解企业的组织架构、生产岗位的工艺流程、企业对员工的基本要求等相关知识与信息，在操作模式下通过与软件的交互对话获得独自解决生产工艺（PE）、设备工程（EE）、测试工程（TE）、质量控制（QC）等生产技术问题的知识和能力，在考核模式下使训练者通过教学软件的评价反思工具对学习和训练过程进行反思并为个性化发展定制实现条件。学生可以任意漫游到三维虚拟的车间去体验并操作各种设备、学习(或熟悉)各种工艺的操作技巧等。利用网络技术，将软件网络化，实现有限资源无限共享，学习者可以在任何地方，任何时间，漫游电子产品车间、技术上岗、操作对应设备，得到他所需要的文档、动画、操作视频、考核试题等各种学习信息。同时，泛在训练通过操作和考核模式还能检验训练者是否达到了解决问题的技能和高级思维能力训练的目标，以确保在将来的工作和学习中训练者的能力能够有效地迁移到实际问题的解决中去。
总之，基于VR技术的应用电子虚拟仿真实训系统解决了“职业素质养成、知识与技能综合运用、基层管理”三者的融合问题，突破“硬件”资源不能共享及学生厌学和“素质冰山理论”的实训应用问题，实现了有限资源的无限共享。
作者:谢永超 单位:湖南铁道职业技术学院
参考文献：
关键词 职业院校；虚拟仿真；实训资源
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2012）33-0004-04
1 引言
为贯彻落实北京市教育委员会《关于北京“十二五”时期职业教育信息化规划》的文件精神，利用云计算技术、3G无线网络技术、虚拟现实技术和物联网技术——这些技术催生了应用，应用孕育了技术，探索开发职业院校的虚拟项目、虚拟工艺、虚拟流程、虚拟实验、虚拟车间、虚拟工厂，形成虚拟对象与真实对象的有效对接，虚拟实训与真实实训的有机互补，全面提升职业院校的实训教学的可操性、实效性，避免危险性，降低高成本性、不可逆性和高耗费，为实验与实训提供有力支撑。
2 虚拟实训资源
虚拟实训的概念是利用虚拟现实技术仿真或虚构某些情境，供学生观察、操纵、建构其中的对象，使他们获得类似真实的体验或者掌握知识理论体系的规律。
目前虚拟实训资源是非常丰富的，各大公司开发了很多虚拟仿真软件与开发平台，尤其是网络版游戏仿真软件风起云涌，给开发商和网吧的投资者带来丰厚利润。而职业教育的虚拟仿真软件与开发平台显得相对匮乏，这是因为职业教育涉及各行各业，一个权威的、界面友好的、能满足各种用户需求的仿真平台编辑器尚未产生，而能满足某一领域的虚拟仿真软件与开发仿真平台编辑器很多，如Pro E机械三维仿真平台、VR-Platform三维互动仿真平台和Tina电子线路三维互动仿真平台等。这是因为虚拟技术具有沉浸性、交互性、构想性特征：沉浸性指人能够沉浸到计算机系统所创建的环境中，由观察者变为参与者，成为虚拟现实系统的一部分；交互性指是人能用多种传感器与多维化信息的环境发生交互，如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的对象发生交互关系；构想性指人能从虚拟环境中得到感性和理性的认识，进而深化概念、产生新意和构想。上述这些软件都能满足沉浸性、交互性、构想性的特征。
3 职业教育虚拟仿真四层步骤
3.1 专业仿真软件的应用
专业仿真软件很多，其特点是：在调试上，面向图符对象的仿真软件，不须任何编程学习，只需要填充控件或对象，就能仿真大量的应用系统，几乎囊括现代所有领域的可视化、动态仿真系统、图符表示的功能模块。目前职业院校的教师在授课中常使用各自专业的虚拟仿真软件进行辅助教学。例如，TINA Design Suite v8专业仿真软件是针对电路分析、设计和实时测试的软件，它功能强大，易用性极高，具有模拟、数字、VHDL语言、单片机、电子电路和混合电路板以及PCB Layout布线仿真设计环境。学生可以便捷地快速分析开关电源、射频、通讯、光电电路的各种真实情况，生成和调试使用集成的微控制器代码流程图，并在混合电路的微控制器应用环境中进行联动测试。
TINA仿真系统独特之处在于可以通过USB总线控制的TINA Lab II硬件，使计算机变成一个强大的多功能测试与测量仪器，完成从“设计需求”到“物理实现”的自动化设计过程。TINA技术大致分为电气原理图设计输入、混合电路仿真分析、PLD设计、印制板（PCB）自动布线设计等环节。学生会发现TINA是一个易用性极高的高性能电子电路仿真设计工具，而教师更喜爱TINA中包含的结合仿真内核的训练环境等独特功能。如图1、图2如示，分别是电路原理图和面包板上实物元件连线、电路原理图在面包板和PCB仿真。
另外，Pro E仿真软件在机械零件、装配及工艺处理上有强大功能，这些仿真软件在行业内是工程师工作的主要工具。但是这些仿真软件都具有强烈的专业性，专业之间互通较少。还有VMware Workstation虚拟机软件、硬盘分区、Boson NetSim模拟器等仿真软件。
3.2 具有开发功能的专业仿真软件的应用
目前社会上大型3D游戏仿真软件已经很多，制作这些仿真软件的公司开始瞄准职业教育市场，推出许多虚拟仿真软件，它的特点是可以针对不同专业，根据教师的专业需求，设计出某专业课的某些知识点和实训项目的仿真。
首先，采用仿真技术研究可节约大量的研究经费，在一定程度上可替代真实的测试技术研究，至少可以起到相当的指导作用。
其次，能够帮助科研单位把科研工作中积累的许多宝贵知识和经验加以总结，建立相应数据库，得以长期保存和便于检索。
第三，全三维的场景交互有很好的可视作用，其直观性和可交互性得到良好的体现。
例如VR-Platform三维虚拟现实平台软件，该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见即所得，可广泛应用于城市规划、室内设计、环境艺术、产品设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、互动广告设计、军事模拟等行业，它的出现将给正在发展的3D仿真产业注入新的活力。
VR-Platform的目标是：低成本、高性能，让每一个学生都能够从“虚拟现实”中发掘出计算机三维的新乐趣，能与自己专业有效融合。
VR-Platform具有良好的系统架构，无论是学生、教师，还是软件开发人员，都可以在不同层次上以不同的开发方式，开发出满足自己需要的各种应用程序。如图3所示，航模发动三维运行与零件装配仿真。
在进行仿真专业课程制作过程中要以行业需求为基准，以专业实训要求为依据，根据不同的行业特点探索行业通用性的操作规范，确保开发的课程能够得到行业认可，最终建立起一批满足行业要求，符合企业操作流程和规范的虚拟技术实训资源。要建立一套完整的虚拟技术实训中心，其硬件条件可根据学校不同条件自行组织，建议釆用主动式立体投影机、无缝软边融合技术的沉浸式环幕、虚拟现实成像及播放仿真平台系统——三通道环幕立体投影系统、高端VR专业图形工作站等设备。
虚拟技术（Virtual Reality）是借助计算机技术及最新研制的传感装置所创建的一种崭新的模拟环境。它是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术等领域。它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者自然地对仿真世界进行体验和交互，最终使得参与者产生身临其境的感觉，并且能直接参与该环境中事物的变化与相互作用。其最大特点是根据教师的不同专业需求，设计出精美的3D仿真。如图4所示，旅游专业介绍圆明园正大光明景区虚拟3D仿真。
3D技术模式主要釆用max、3ds、flt、obj、dxf、dwg、dem，其中flt文件格式是专业虚拟仿真软件MultiGen的专业格式，在实现过中，定义一个3DS Object类就可实现三维建模与仿真。
3.3 物理介入式的仿真软件的应用
由于仿真软件平台开发人员大多是软件工程师，应用仿真软件平台人员只需要关注脚本的编写和项目的真实可操作性，如需美观应要大量的照片，也称之为皮肤，增强3D的可视性。但是人们又提出更进一步的要求——实物操作与虚拟仿真一一对应，而且要求仿真软件能够控制实物的动作，甚至能模拟或预测实物动作的危险，如核燃料棒的泄漏、地震等。这就要求实物的动作过程中有大量的传感器的物理量，经过V/I转换，以及RS232或485的通讯协议，与仿真软件平台中的I/O函数构成事件，形成仿真软件能够控制实物的动作。以机器人为例，如图5所示。
目前通用开发型的仿真软件平台是通过游戏软件移植过来的，已有游戏手柄，它是一种开关量，利用GeyKey（）函数就能调用，还有一种是游戏手套，手套内放置了压力传感器可模拟CS游戏中许多武器的仿真。所以说物理介入式仿真软件的开发应用已近在眼前，但是难度较大，这不但需要开发人员与设计应用人员必须具备软硬件的综合素质，而且应具备相当水平的美术观。
有实物介入式计算机仿真系统将成为职业教育仿真实训教学中的又一个亮点。随着实训仿真技术的发展，实训内容、实训手段、实训设备将发生变革，传统的校内、外实训基地模式将向校内、外实训基地与虚拟实验实训相结合的教育实践模式发展。职业教育对仿真技术的需求异常迫切，这必将会带动一批人加入到仿真在职业教育中的应用研究队伍之中。
3.4 全场景式真实仿真软件的应用
1）大连海事大学船舱模拟驾驶仿真系统。该船舱模拟驾驶仿真系统是仿真的最高境界，实现了实物与虚拟的有机结合。笔者参观了该实训中心，但是没有图片，只能粗略地分析船舱模拟驾驶仿真系统。它是在原有的机舱三维模型基础上，采用MultiGen Creator对相关设备的可操作部件重新建模，并依需对其进行层次结构优化；结合船舶机舱的具体情况，采用Vega对船舶虚拟机舱内相关技术进行实现；并在MFC平台上开发具有实时仿真及交互控制功能的视景仿真系统。
概括起来，该船舱模拟驾驶仿真系统主要包括以下几个部分。
①自定义运动模型的实现。对自定义运动模型的设计思路作了详细分析，并实现了一种运动模型。
②虚拟驾驶舱碰撞检测的实现。对虚拟驾驶舱碰撞检测模型的Volume方法的设计作了详细分析，对碰撞检测模型实现总流程作了详细规划，设计出一种结合BUMP和Z的碰撞检测方法。
③对虚拟设备进行拾取操作的实现。对进行设备拾取操作前的模型部件的创建和处理方法作了详细讲述，并根据机舱内部模型部件的特征，制定操作方案，最后实现模型部件操作和SE2000之间的通讯。
④基于MFC的虚拟机舱视景仿真系统相关功能的实现。对在MFC上的系统总体实现流程做了详细规划，并讲述了基于MFC的虚拟机舱视景仿真系统的相关功能的实现方法，如用户视点在各虚拟设备间切换、视景仿真窗口的全屏显示、场景中各参数能根据用户需要进行设定等。
2）北京石油化工学院的炼油厂模拟仿真。该工业仿真系统是针对真实工业系统的复杂工艺推出的加水模拟系统的解决方案，用实时三维可视化的方式，有针对性地解决工业领域中展览展示、宣传介绍、实时监控、技能培训及技术服务等方面的难题。
该工业仿真系统用真实和缩小的系统模拟了炼油厂的工艺各系统及整体厂区环境外观，并模拟仿真了各设备的结构、工作过程。同时，该工业仿真系统还综合了OpenGL技术、数据库，以及其他多媒体技术、程序开发技术、显示技术、互动控制技术、网络技术。笔者参观了该实训中心，但是没有图片资料，故而也只能粗略地对其进行分析。
①展示功能：可模拟展示工艺系统、机械设备的外观、结构、性能、工作原理等。
②互动功能：可与操作人员互动，具有较好的操作性，操作人员可以第一人称的方式随意地浏览、展示、学习；
③体验功能：操作人员可体验真实工艺系统和设备的所有功能（操作使用、安装施工、故障排除等）。
④教育功能：具有完整的知识库，并具有完善的教育功能（教学、指导、培训、实训、考核）。
4 职业教育虚拟实训资源开发的方法
4.1 成立虚拟实训中心
虽然职业院校虚拟仿真软件的开发与应用都已展开，但大多是教师的个人行为，没有形成职业院校自己的特色，绝大多数的虚拟仿真软件都是购买公司的产品或定制的。在此，笔者提出虚拟实训资源开发的方法。
1）由院、系两级实训基地构成。
2）建议成立院级虚拟实训管理中心，由教务处和信息中心联合管理，系部虚拟实训基地由各系部及相关专业教师组成。职责与任务：教务处负责管理实训中心总体方案制定及相关文件的起草；信息中心担负基于网络环境下的软硬件技术实施和支撑；具有虚拟仿真软件专业背景的教师负责学院虚拟教学的教研和教改工作；同时职业院校的系部负责对各专业的课程、项目、虚拟实验进行宏观指导。
3）各系以专业为依托，构建其虚拟实训基地，由主管实践教学的系主任直接负责。
4）建立专业或专业群的虚拟实训实验室
5）开展对口企业合作
4.2 虚拟实训的方案
1）对来源于实际企业或单位的工作任务或子任务进行虚拟，实现部分核心技能的核心教学；
2）对专业有关实际岗位的某些技能或操作进行虚拟仿真；
3）对某些技能证书的考核环境及操作进行虚拟仿真，实现技能证书的高通过率；
4）对源于企业的真实设计方案、设计工艺、流程、设计策略或算法进行虚拟仿真，实现计算机类的课程实践教学；
5）对源于企业岗位的操作流程或操作规范进行虚拟仿真，实现基于网络环境下就业岗位的实训需求；
6）建立与真实企业环境一致的虚拟工厂和车间，实现校内生产实训和企业实际生产的有机统一。
4.3 提交虚拟实训的成效及成果
1）有关虚拟实践的教学设计、教学方法、教学手段和科研论文；
2）有关学生虚拟实践的作品与成果；
3）有关虚拟实践的仿真平台编辑器建设或案例展示；
4）有关虚拟实践的教学科研立项与成果；
5）有关虚拟实践的教材与专著；
6）有关虚拟实践教学的专业建设、课程建设、基地建设的整体方案及成功经验。
4.4 虚拟实训的教学模式
1）构建“理论学习——虚拟演练——实操训练”的教学模式；
2）虚拟仿真教学能将抽象理论形象化、直观化；
3）虚拟仿真教学为学生提供自由探索的学习环境，培养学生认知能力、理解能力和创新能力。
5 结论
虚拟仿真建设解决方案是特别针对教学资源建设要求和标准进行顶层规划和设计的，虚拟仿真平台编辑器是促进主动式、协作式、研究型、自主型学习，形成开放、高效的新型教学模式的重要途径，是示范性院校和骨干院校展示和推广本校教学改革成果的重要平台。
虚拟仿真平台编辑器是以资源共建共享为目的，以创建精品资源和进行网络教学为核心，面向海量资源处理，集资源分布式存储、资源管理、资源评价、知识管理为一体的资源管理仿真平台编辑器。该编辑器实现资源的快速上传、检索、归档并运用到教学中，实现资源的多级分布式存储、学校加盟共建等，具有虚拟仿真建设管理并能实现精品课程资源和网络教学之间无缝联接。
1）技术特点。虚拟仿真架构合理，安全可靠，具有先进性、实用性、开放性、通用性、标准化等特点。
2）先进性。虚拟仿真平台编辑器运用国际主流的技术，具有先进的技术方案，提高系统的生存周期和运用。
3）规范性。基于国际、国家、行业标准，实现资源的互通互导。根据专业教学资源内容、形式、标准、所需存储空间等特点，遵循通用的网络教育技术标准，通过网络开发和数据库技术，将虚拟仿真资源集成为资源库。
4）安全性。系统方案中考虑的安全策略和安全机制包括：根据不同的业务要求，采用不同的安全措施；设备、数据介质等某些关键部分考虑备份和冗余配置，保证其发生故障时不影响整个系统的正常运行等。
5）开放性。采用.net开发架构和三层B/S系统结构，实现跨越UNIX、LINUX和Windows仿真平台编辑器运行。
6）扩展性。在硬件方面，对用户设备支持对系统进行灵活配置和组合，相关软件能方便地升级和更新，系统容量保证满足用户量的考虑；在软件方面，提供二次开发功能函数包，适应不断拓展的应用空间。
7）自主学习。提供完善的讲授型网络课程库、多媒体课件库、素材和案例库、专家答疑辅导系统，使用者可以自主完成专业课程学习。
最后感谢大连海事大学、北京石油化工学院、北京掌宇集电科技有限公司、中视典数字科技有限公司和北京森汉科技有限公司提供的有关资料。
参考文献
[1]王洪兴.虚拟现实技术在高等职业教育中的应用探讨[J].中国教育技术装备，2011（30）：132-133.
[2]续志学.关于高等院校建立虚拟教学实验室网络平台的探讨[J].中国教育技术装备，2011（18）：124-126.
[3]杨勇，董晓辉.西部高校发展虚拟实验的必要性与可行性研究[J].中国教育技术装备，2012（15）：6-9.
关键词：建筑基础施工；虚拟仿真；实训系统
一、前言
虚拟仿真是进入20世纪80年代后发展起来的一种新技术，它通过软件编程形成三维数字的图形化模型，生成一种人造的虚拟环境。它涉及到人工智能、传感技术、人机交互和计算机图形学等学科。虚拟仿真技术在教育教学方面的应用，不仅可以更直观的呈现所学的知识，调动学生的积极性，还能够改变传统的教学模式，提高了学生的实践能力。
建筑基础施工是土建类相关专业的核心教学内容，具有实践性很强的特点，特别是其中的主体工程即钢筋混凝土工程的施工，对于施工现场的一线人员来说，掌握其工艺和方法，也是应具有的基本素质。目前建筑基础施工教学存在的主要问题有：
第一、实践教学环节难以满足实际教学需要：由于建筑专业的特点，教学计划难以和企业的实际生产时间相对应；基础设施施工的周期长，工程量大，短时间的实训不能真实的全面了解其施工过程。
第二、第二学生难以实际动手操作，学习效果不佳：在校外建筑工地的实习，由于时间和费用的限制，以及施工单位出于人身安全等方面的考虑，学生往往不能实际动手完成施工操作，难以达到预期的学习效果。
第三、学习成绩的评定不够合理：基础设施施工内容的学习一般是通过校外实践，学习成绩一般是根据学生的考勤情况和见习单位出具的相关报告和总结材料等进行打分，具有较大的主观性，不利于学生学习积极性的发挥。
建筑基础施工仿真教学软件的开发，能够利用当前的先进的虚拟仿真技术，将三维可视化技术应用于教学中，使得学生在学习过程中能够先仿真后实训，可以全面的了解建筑基础施工的全过程。通过本虚拟仿真软件的建设，可以结合工程施工现场的实际，把实践和理论进行结合，把真实的工作环境利用软件进行模拟开发，使学生能够真正体验到施工现场的技术和技能，从而减少学生对现场的不熟悉感，使得教学更加直观化。
二、国内外研究概况和发展趋势
国内外对虚拟仿真技术在建筑方面的应用主要体现在以下两方面：
第一、建筑施工仿真理论方面的研究
1991年美国学者提出了虚拟企业的定义，清华大学、同济大学等在此方面有学者进行了大师的研究，到1997年，国内对虚拟企业的研究得到了各方面的关注，目前相关理论框架已形成，虚拟企业也开始了从制造行业到其他行业的扩展。在虚拟建设方面，从1996年美国发明者协会首次提出概念，到2000年TFV（Transformation-Flow-Value）理论的出现，论证了虚拟企业理论在建筑行业应用的可能性。国内研究人员对虚拟建设研究多在组织管理层面，较少研究具体技术的实现。
第二、建筑施工仿真方法的研究
建筑施工仿真技术是虚拟建设中的具体应用，主要通过虚拟仿真和虚拟现实技术来实现。虚拟仿真技术一般是通过建立模型来描述整个系统，再通过一些重复试验得到一些有规律的数据。国内研究者高兴夫研究了超高层建筑施工的动态仿真、张正峰则应用可视化仿真中的图形技术，对复杂群建筑施工过程进行了研究。虚拟现实则是在虚拟建设中将枯燥的数据转化为直观的图像，方便进行操作和对比分析，能够研究数据中深层次的内容。赵凌军对建筑物的辨识和几何尺寸的提取进行了研究、王辰辉仿真了液压挖掘机的工作场景，钟登华等人对水电工程的可视化仿真进行了分析，其研究成果得到了成功的应用。虚拟现实技术在建筑施工中的应用较多，其发展方向目前主要是事件驱动的沉浸和时间驱动的沉浸。
三、建筑基础施工实训教学的现状研究和分析
《建筑工程施工技术》是土建类相关专业的核心课程，其中主体工程即钢筋混凝土工程的施工就显得更加重要，对于该部分工程的施工，对于施工现场的一线人员来说，掌握其工艺和方法，是应具有的基本素质，特别是对于培养的施工员来说，就更加重要。在学生的培养中其教学时数和学分、教学设备和实训场所以及从教教师数均居各课程之首，该课程也是其他土建类专业的专业必修课，在学生职业能力的形成中起着决定性意义，在建筑行业对人才技能的要求越来越高的今天，其地位和作用日益凸显，因此如何让学生更准确的掌握建筑基础方面的技能就尤为重要。
四、建筑基础施工虚拟仿真实训系统构建与开发
系统采用Unity3D与3ds Max作为开发平台，实现系统逻辑功能与3D模型的设计制作；使用SQL Server 2008实现对身份信息、实训进度信息的存储；具体的虚拟实训系统通过以上的技术支持，可在PC、移动设备以及Web上运行。
设计框架采用经典的MVC设计模式，将整个系统开发划分为三大模块：模型组件、视图组件和控制器组件。模型组件是视图组件和控制器组件之间的通信桥梁，控制器发出的具体操作信息会被传送到模型组件中，模型组件经过一系列的逻辑计算，将计算出的一系列相关信息发送到视图组件，由视图组件接收信息并最终展示给用户。在本系统中，模型组件由C#功能脚本实现，视图组件由UGUI界面开发技术和3ds Max共同完成，控制器组件则由鼠标、键盘等硬件设备负责。MVC设计模式合理划分了软件开发过程，遵守软件开发“低耦合、高内聚”的原则，研发者只需依照系统总体设计约定好的接口方式，即可并行开发不同的系统组件，有效地提高了系统开发效率。
建筑基础施工虚拟仿真实训系统由6个模块组成，具体如下：
（1）身份认证模块
其主要功能有：判断登录用户的身份，调出对应的学习模块进度，及学习得分。
（2）公共模块
其主要功能有：工程图纸、技术规范、知识学习、视频库、测试题库、工具箱。
（3）土方开挖工程模块
其主要功能有：场地要求、场地清理、放线定位、机械挖土、修边及验槽。
（4）钢筋工程模块
其主要功能有：弹钢筋线、放置钢筋、绑扎钢筋、放置垫块、放置竖筋、钢筋焊接、箍筋绑扎。
（5）模板工程模块
其主要功能有：工程施工前的准备工作、模板安装、质检验收、模板拆除、工程验收。
（6）混凝土工程模块
其主要功能有：混凝土制备、混凝土运输、浇筑与捣实、混凝土养护、工程验收。
总之，建筑基础施工虚拟仿真实训系统构建了高职建筑类专业理论学习与生产实际相结合的教学平台，弥补了教学手段、实训条件及时间、空间上的限制，在课堂上实现了教学项目与施工项目、教学过程与施工过程、在校学习与实际工作一致性。但这种仿真教学系统也存在着易引发学生现场安全生产意识差和无法做到现场实操等不足等问题，应引起重视。要通过合理设计各教学环节，把虚拟仿真实训与理论教学和生产实际有机结合，才能提高教学效率，拓宽实践教学渠道，为高职院校提升办学能力和发展起到了积极助推作用。
参考文献：
[1]方小峰.基于虚拟现实的城市规划三维仿真设计系统[J].计算机仿真，2007，24（3）：230-235
[2]王健美，张旭，王勇等.美国虚拟现实技术发展现状、政策及对我国的启示[J].科技管理研究，2010，30（14）：37-40，56
关键词：化学事故；虚拟仿真；Unity3D
中图分类号：U412.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0050-02
1 引言
随着大数据“信息化时代”蓬勃发展，三维可视化程度不断跃进，虚拟仿真的应用目前成为各领域研究热点。社会发展化学灾害事故频发，为消防救援工作带来了严峻的挑战。针对化学事故救援训练准备时间长、装备消耗大、训练组织难度大、危险性大、训练效果评估难且手段单一等特点。利用计算机虚拟仿真技术模拟场景的真实性，重现各类化学事故发生、发展等一系列变化过程；通过人机交互实现在虚拟现实中的技战术选择，能有效降低装备使用消耗等成本，提高救援人员处置化学事故救援技能，减少灾害事故中人员损伤，合理科学的评估训练成果，满足日常消防员教学训练工作和士兵职业技能鉴定需要，虚拟仿真技术在危险化学品灾害事故中的运用，拓宽了消防部队安全信息化建设的道路，化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统的研发工作迫在眉睫。
2 化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统概述
危化品的生产、运输及储存自身有很大的危险性，化工厂工业系统流程复杂、投资巨大、生产连续性强，必须借助虚拟仿真技术模拟无法操作的教学训练，如毒物泄漏、火灾、爆炸事故影响后果及承载装置破坏性模拟等，而且虚拟仿真经济、安全，组训考核不受天气、场地和环境的限制。采用虚拟仿真技术模拟危化品泄漏爆炸、燃烧、扩散等状态，建立泄漏扩散模型，对灾害现象进行数值表达和情景再现，为化学事故应急救援可视化提供了重要手段，为相关作业人员对事故过程形成整体化意识提供重要途径，最大限度接近实战，使受训人员身临其境地处理事故现场。传统训练中面临着事故情景难再现、重复性训练装备物资占用损耗大、重点专训无法实时衔接，训练过程涉及科目多，人员复杂等问题，而化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统具有实战性、可重复性、专项专训重点突击性、过程可知性等特点。 能让传统训练中的瓶颈问题得以解决，首先情景模式可以模拟设定，多条件变换的场景能更好的锻炼训练者的处突能力；其次，通过虚拟模拟人员、装备的真实占用或损耗，没有经济和环境的制约，利于重复训练突出重点科目强化技能全面提高[1]。
3 化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统结构
化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统主要由系统设置、教学训练模式、考核模式及用户操作说明几个子系统构成，其中教学训练模式与考核模式又含多个模块，在教学训练模式中各模块操作可以任意切换，在考核模式中各模块操作性具有一定顺序并不可逆转[2]。
3.1 系统设置子系统
系统设置是为了方便系统的管理者对系统界面的图形图像及声音的控制。
3.2 教学训练子系统
教学训练子系统是化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统的重要组成部分。该子系统由教员进行操作和使用，它主要用于进行天气、训练场景和化学物质的设定，对训练项目进行讲解示范。操作者可以任意选择化学事故处置节点，利于有针对性地练习，同时点击触发相应的事件或装备，屏幕有相应知识点的出现，便于学员对知识点的学习掌握。教学训练子系统含多个功能模块，每个模块都可进行相应功能的设置，当受训员点击相关模块时，就进入可操控的内容。
3.3 考核子系统
考核子系统主要负责对受训者进行训练和考核。在考核模式中，考核人员需要在指定时间内，按照化学事故救援基本程序和系统依次完成化学事故处置任务。系统会自动的记录受训者的操作信息，并根据受训者进行操作的时间和问题回答的情况，给出受训者的训练成绩。
4 基于Unity3D的化学事故应急救援虚拟仿真技术实现
在Unity3D平台的支撑下，虚拟仿真技术将真实环境中无法很好展示的要素如人员位置、车辆位置、风向、风速、危险化学品扩散蔓延方向速度等以可视化、可操控的方式表达并实现交互功能。通过电脑操作及投影大屏幕的显示，操作者可以在模拟的虚拟场景内进行自由步行、鸟瞰，也可以点选重点位置查看，可以多视角、全方位的了解虚拟现实的三维事故现场的各区域情况。
4.1 界面_发及数据处理
基于Unity3D引擎下的界面开发技术是最基本的技术类型，较为成熟稳定，能提供良好的界面，界面的好坏通常直接影响视觉感受，好的界面能够有效提升训练成效；数据存储采用Unity3D中SQLite数据存储的方式，这种存储方式本身并不繁琐，创建过程非常的快捷简单且使用方便，和其他类型的存储方式相比，更加容易实现对数据库的独享；数据传输使用UDP协议，实时传输保证每台电脑连接到教师机，并且能够快速响应设定的情景模式。
4.2 建模及渲染
在建模工作过程中采用了3DStudio Max和Auto CAD软件。系统中的事故模拟场景包括地形、道路、车辆、设备、人员、建筑物等，运用虚拟仿真视觉技术使整体效果能够充分展现。模型制作范围为每个模块所需表现场景范围，根据实际需求和系统开发时间的实际情况来确定。其中，以三维虚拟仿真技术制作虚拟场景内的主要设施设备模型为高模，其它为辅助模型，以体量低模制作方式制作。由于系统是实时渲染运行，就如同电脑游戏或软件运行一样受计算机运行速率的限制，模型通常要根据需要进行面数和材质贴图等方面的优化，以满足流畅的操作，所以在制作模型时会根据主次进行高低精度模型的建立和场景的优化处理。为达到接近实际情况的三维可视化模拟效果，主要场景纹理模拟与现场情况基本一致。在系统中对水进行粒子化模仿，在粒子创建中，进行大量的参数设定，参数修改，粒子的调整，使水枪、水幕水带、危化品水源、水流，更为接近真实化。
4.3 动作模拟绑定及表达
在Unity3D中实现动作操作，在界面中对消防人员，给予了设备、器材选择及使用，对设备进行动画支持，使受训人员能快捷的针对当前事故进行设备选择，从而强化设备的直观认识；对机械设备的\动可进行模拟操作，如运输、吊装等动作的模拟，为受训人员创造更为良好的体验；对需要传达的信息及发生动作的重要环节进行可视化虚拟仿真，并结合文字、图片、音效等多媒体信息进行综合表达，运行系统拥有完整的二维图形用户界面，同时显示三维场景，并完成所有的交互操作功能[3-4]。
在Unity3D编写代码进行可视化编辑，可视化任务编辑器的使用是为教员更便捷快速的设定当前训练任务及考核点。在设定系统中可选择不同灾害场景及危化品，设定不同风向、风力，以逻辑交互事件选项进行设定，并可将设定数据传输至学员端。化学事故应急救援虚拟仿真实训系统场景设置见图1。以第一人称的形式进行角色扮演，在角色上给予逻辑交互脚本，使受训人员角色与事故中NPC交互。对突发事件的有效处理，对装备的直观使用，接近真实训练效果，在实战中做到有的放矢。
5 结语
化学事故应急救援三维虚拟仿真实训系统可交互操作的模拟化学事故现场，结合相关硬件设备进行模拟操作，实现操作者具有身临其境的临场感。在Unity3D平台的支撑下，逼真的三维图像，完善的人机交互特性，使该系统成为对消防人员处置化学事故应急救援训练、考核的实用工具。在后期的开发中，我们将在系统中增设不同的灾害事故场景、训练科目等，开发多人多角色在不同的电脑上、共同的虚拟灾害场景内完成协同消防任务，实现更完善的虚拟仿真实训。
参考文献
[1]靳学胜，袁狄平.灭火救援视景仿真中三维虚拟消防队员的设计与实现[J].武警学院学报，2010，（10）：5-8.
[2]徐超.大数据时代下云存储技术在消防信息化系统中应用[J].信息通信，2015，（3）：118.
关键词：VR；应用电子虚拟仿真实训系统
依据职业能力素质成长模型、职业成长系统、学习地图，按照基于游戏的虚拟工厂脚本，开发了由《虚拟电子产品生产车间》和《智能测控电子产品实验系统》两部分组成的“基于游戏、虚实结合、3D场景再现”虚拟工厂――应用电子技术专业虚拟实训系统。应用电子技术专业虚拟工厂有效解决了从事电子产品生产、设计等岗位群对应的电子产品生产管理与工艺指导、电路设计与分析等10项专项技能或综合训练难题。通过虚拟现实技术实现真实原型再现，硬件资源软件化、网络化，实现有限资源无限共享，有效地解决了教学实践教学实训资源不足问题，解决了大型、先进、精密电子仪器设备高额购置成本问题，解决了抽象过程形象化问题，为培养学生电子产品生产与管理、电子产品设计与开发等关键能力起到至关重要作用，提高了学生培养质量删。而文献从技术上分析了虚拟电子产品车间的设计、实现过程以及功能，文献从虚拟实训系统应用角度介绍了系统应用教学的效果，本位主要对其进行创新性分析。
1.创建“五生产要素、三职业路径、三能力层级”综合学习训练系统，突破传统职业教育的藩篱，解决了“职业素质养成、知识与技能综合运用、基层管理”三者的融合问题
打破传统的学科性知识体系，依据“人、机、物、法、环”生产要素，以职业人为中心，遵循技能、技术、管理三条职业人职业发展路径，融合电工技术、电子技术等知识，电子仪器仪表与工具的使用、工艺指导等技能、电子产品生产管理与创新能力、职业素质等职业素质，构建“操作工一技术员一工程师”为主轴的三层级职业能力素质成长模型。通过对职业活动进行进阶式的教学化的设计，训练知识技能与素质。创立了“五生产要素、三职业路径、三能力层级”“知行合一”的符合职业人成长规律的应用电子技术专业综合训练系统。将职业素质、专业知识、职业技能综合运用、生产运行管理融会贯通，通过具体工序、工作任务和职业活动来养成和训练，并通过学习地图引导应用电子职业人成长。
2.创立教学工厂“硬件软件化”及虚拟化实训理念，突破“硬件”资源不能共享及学生厌学的问题
按照“‘游戏’互动”软件开发理念，以真实电子产品生产工厂领料岗位、预处理岗位、插装岗位、SMT贴片岗位等11岗位以及工厂人文文化真实环境为依托，设计出虚拟工厂操作员、技术员、工艺员、工程师等职业成长历程，以及电子产品生产工序为级别的“游戏练级”。将工厂硬件如设备、工量具、仪器仪表等刚性硬件虚拟化，与岗位的工、技术、流程、管理规范、规章结合起来依据“职业人”的职业成长规律，以真实企业“人、机、料、法、环”五个生产要素为起点，设计出电子产品调试与检修等技能提升、职业技能成长的学习地图，以学习地图导航学习者通过选择不同的应用电子职业人角色来实现自己的职业成长需要。引导学生一无所知到成长为一个拥有丰富专业知识、操作技能、职业素质的虚拟“职业人”，其成长过程品味“游戏”的智慧和乐趣。一线操作员学习实训系统中的基本操作和基本技巧；技术员和工艺员则进行一些更深入的探索和体验，比如更深入地了解PE（工艺）、EE（工程设备）等岗位的操作内容，并向着自己喜欢的方向培养和打造角色，以达到挑战自我的目的。
3.开创隐性知识，技能的显性化及职业素质内化，突破“素质冰山理论”的实训应用问题
高素质的应用电子技术专业职业人应具备的职业意识、职业道德、职业作风和职业态度等隐性的职业素质很难通过一般课堂得以培养。虚拟真实设备、虚拟真实岗位、虚拟真实环境三个层次3D原型再现企业，学习者在虚拟工厂通过产品生产工序“游戏练级”职业人成长训练，“亲身真实经历”工厂生产组织、过程管理。学习者角色扮演操作员、技术员、工艺员、工程师工厂职员，体验电子产品生产过程中除知识、技能以外对敬业乐业、遵章守纪、责任担当、沟通协作、意志品质、实干巧干、发展创新等职业素质要求，领悟到职业素质对产品质量和职业人成长历程的影响。通过虚拟工厂的电子产品生产过程、品质管理过程“游戏”练级活动，将职业素质社会化和外化，实现隐性知识的显性化。“游戏练级”，“亲身真实经历”发掘学习者内部潜力，激励学习者探寻电子产品生产、管理的秘技，实现综合性职业素质的内化滋生。
4.创立应用电子技术专业的泛在性实习实训，突破传统实训仅局限于“物理”实训室或企业，突破了实习实训方法的重大瓶颈
通过虚拟现实技术实现真实原型3D再现，硬件资源软件化，实现对真实电子产品工厂生产过程的逼真模拟重现。让学生不需到实际工厂便可以在3D虚拟工厂体验到电子产品生产的所有工艺、技术及安全生产流程。在学习和训练模式上创新了一种以学习者为中心、以学习任务为基点的虚实结合的实训系统，通过信息技术加强的学习实践环境使学习与训练落实于现实应用，学习者可以更充分地体验、更有效地进行知识建构的泛在学习与训练新模式。其中，学习新模式主要体现在学习者从原来的平面式“适应性”学习模式转变为立体式“导向性”的按需学习模式。即学习者在学习过程中可以在任何地方，任何时间，得到他所需要的文档、动画、操作视频、考核试题等各种学习信息，这些信息的获取是基于学习者自身需求的，因此学习是一种自我导向的过程，是一个适量学习（just in enough）的过程。
【关键词】虚拟仿真技术 高职机电 教学应用
虚拟仿真技术在实际训练教学过程中有明显优势，能够保证学生得到充分的锻炼和培训，在机电专业教学中引入仿真技术，还可以使原料、设备和工具等做到节约，降低操作能耗和环境污染，还能避免设备的损坏。虚拟仿真技术不仅不会对操作设备造成严重损害，也不会对操作人员的失误造成伤亡。虚拟仿真技术在高职机电专业中的应用在本文中还会有进一步分许和阐述，供高职院校参考。
一、高职机电专业教学面临的困境
高职学校在学术实际训练方面的设施设备部完善。当前，各个高职学校大都面临着硬件资源不充分，教育经费不足的情况，没有能力购买更多的实际训练实验器材和场地。面对这种情况，高职机电专业应该通过计算机虚拟仿真技术的使用替代实际操作，这样既能保证学生的锻炼，达到实验的效果，还不至于浪费资源，污染环境。
实际训练场地开放过少。场所开放太少，高职院校作为面向社会，用人单位和学生的服务单位，主要是开展科研和培训等业务，但是却受训练场地的约束，开放时间不足以满足社会和学生的需求。学生很难有足够的时间到实验室进行训练，影响了学生的动手实践能力的提高，目前的高职学生，使用电脑已经得到普及，通过虚拟软件的运用，能够让学生即使不到实验室也能得到实验训练。
高校在实验设备和器材上的维修和保护都需要一笔不小的经费。硬件设施很容易损伤，而且高额的维修费用学校不一定负担得起，而设备又必须经过多次的实训耗材，为实训带来了沉重的代价，并加大了实验室管理人员的压力。通过虚拟仿真技术的利用，不但不用维修设备，还能为实验训练节省许多实验耗材。
二、在虚拟技术的使用下构建虚拟实验室
课堂教学和实验中仍然存在很多问题：首先，当前的教学仍然存在理论教学为主的情况，实验实习只是作为教学辅助；其次，学生的实验操作存在问题，受场地和时间的限制，学生只有在上课时间才可以实验室，平常几乎没有时间和机会进行操作锻炼；最后，实验设备不足以满足学生在实验上的需求，硬件设施落后，且维修成本高。虚拟仿真技术主要为了提高学生的技术操作能力，有构想性、交互性和多感知性的等特点，有利于教师开展实训教学和专业训练，在解决高职教育的就业和实习方面具有重要意义。
目前，大多数课程都能通过虚拟仿真技术得以实现实验教学，建设虚拟仿真实验室能够降低高职学校的办学成本，并促进虚拟仿真技术和有关人才的发展，在解决教育资源匮乏上有十分重要的理论现实指导意义。高职院校在引进虚拟仿真技术时需要结合本校实际情况，创设仿真资源，合理选择，不同的高职院校针对机电专业的教学内容，就业定位等不完全相同，市场上的虚拟仿真软件不可能面面俱到，因此，应该扩宽引进渠道，为虚拟仿真技术的购置要选取多种方法，建立仿真资源，在教学上为机电专业提供支持和帮助。
三、虚拟仿真技术在高职机电专业教学中的运用
弥补设备不足的问题。保障实训教学的完成，并节省成本的使用。为使实践教学项目的效果得到彰显，过去落后的实践教学方法急需一笔巨大的资金，投入到教学设备的购买和置办方面，而且在教学过程中很容易消耗大部分原材料，传统的设备和仪器都将被淘汰，不能适应当前的教学需要。站在教学资源的情况来说，虚拟仿真技术实际上减少的资金投入总共包括占地面积、建筑、设备、原材料和教师等方面，据考察，大致能够降低3/10-4/5。还能减少实训带来的环境污染，让学生在良好的环境下学习，得到实践，提高教学效果。
替高职院校节省出一笔不小的经费。信息技术的迅速发展，高职教育中的传统媒介具有较强的信息滞后性。科学技术的发展不断进步，传播也需要有一定的载体，例如硬件设施和教学资源的配置等。随着知识经济时代的到来，信息技术的发展更加迅速，传统的硬件教学模式和实训教学设备不久就可能因为技术落后而从社会上淘汰，然而，设备的改造和更新又存在困难，只能购买先进的设备设施来解决这一教学困难。当前我国的教学资源本就不足，不但使得教学资源更加减少，还可能因为教学过程中没有使用相应的设备而陷入停滞状态，更不利于学校的发展。运用虚拟仿真技术建设实验室就能有效解决这一问题，可以让实训次数有所增加，促进软件的升级和改良，不用把硬件资源全部更换。虚拟仿真技术最有特点的就是不用消耗任何原料，而且可以多次重复实训的教学内容。虚拟仿真技术以其先进和容易改善的特点备受教育界青睐，不但减少了教育经费不必要的使用，让教学内容不断的在虚拟条件下更新进步，还能使实训教学与技术发展相适应，在变化的教学中满足学生和社会的需求。
提高学生学习兴趣。虚拟仿真技术是教学中优秀的辅助工具，能适用于教学交流和实训情景多个教学活动，虚拟的教学环境更容易让学生激发学习兴趣。虚拟仿真技术形象生动，直观和互动性较强，也能及时对学生情况做出反馈，学生学习过程中的假设模型都能以虚拟仿真技术进行虚拟，优势十分明显，学生通过观察虚拟假设得出的结果，还利于培养学生的创造性思维。因此，虚拟仿真技术利于学生较早熟悉实训环境，尽快掌握专业知识与技能，调动学生学习热情。
四、结束语
虚拟仿真技术在解决高职教育的实训问题上具有重要意义，解决了设备不足，器材落后，硬件更新慢等困难，把虚拟技术运用到机电专业教学中，提高教学效果，解决面临的实际问题，有利于推动高职院校机电专业的教学内容和课程改革，促进了虚拟仿真技术在高职院校中的运用与发展。
参考文献：
[1]熊淑平.虚拟仿真技术在高职教学中的应用探析[J].黄河水利职业技术学院学报，2013.
文章编号：1671-489X（2016）10-0021-04
Construction of Mechanical and Electrical Virtual Simulation Experiment Teaching Center//LI Jifang， XIE Huomu， SUN Daoheng， ZHUO Yong， XU Yingjie
Abstract To train students’ comprehensive design and innovation ability， we share quality teaching resources and improve the experimental training and teaching system for undergraduates in Xiamen University. Relying on technology as virtual reality， multimedia， HCI， databases， and network communication， we practically construct the mechanical and electrical virtual simulation experiment teaching center. Based on combination of virtual and real （preferring real once it is available）， we focus on construction of virtual simulation teaching resources， virtual simulation platform and the teaching team.
Key words mechanical and electrical engineering； virtual simu-lation； experimental teaching center
1 引言
在机电类学生实验实训以及综合创新能力培养中，有一些是真实实验不具备或难以完成的教学内容，如机械设备内部结构不易观察；有一些是真实实践训练学生参与程度低、成本高的内容，如机床拆装、复杂模具装配等；还有一些实践训练高危、消耗大、不可逆。同时，实践教学存在实验教学空间有限、设备台套数不足、学生课上实验实训时间受限、教学资源紧张等问题。随着计算机技术和信息技术的发展，结合高等教育信息化建设开展机电类专业实践教学改革，成为克服实践教学环节技术困难的一条重要途径[1]。
虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容。2013年，教育部根据《教育信息化十年发展规划（2011―2020年）》，决定开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。
厦门大学机电工程训练中心是省级实验教学示范中心，面向全校16个专业对约2000名本科生开设机械技术实践训练和电气技能实践训练的课程，年实验人时数超过10万。另外，省级测控技术及仪器实验教学示范中心承担学院机电类各专业约300名本科生的专业实验课程教学。
随着学校机电类多学科的发展，对虚拟仿真实验教学的要求不断扩大，为了全面培养学生创新精神和提高实践能力，共享优质实验教学资源，进一步完善本科实验教学体系，以及满足可持续发展的需要，学校在机电工程训练中心和测控技术及仪器实验教学中心两个省级示范中心的基础上，整合机电类相关学科专业的虚拟仿真实验教学资源和人力资源，按照国家级实验教学示范中心的建设要求，组建“厦门大学机电类虚拟仿真实验教学中心”。中心以建设和共享信息化优质实验教学资源为重点，开发大量虚拟实验项目和教学资源，搭建网络信息化管理平台，逐渐形成校内全部开放、校外预约开放的虚拟仿真实验教学模式，取得较大效益和成果。2013年12月，厦门大学机电类虚拟仿真实验教学中心入选首批100个国家级虚拟仿真实验教学中心。
机电类虚拟仿真实验中心的建设工作主要体现在以机电类虚拟仿真资源的建设为核心、以虚拟仿真实验教学平台的建设为支撑以及加强教师队伍建设三个方面。
2 以机电类虚拟仿真实验资源建设为核心
虚拟仿真实验教学中心建设理念 机电类专业具有实践性强，对学生工程能力培养要求高的专业特点。厦门大学机电类专业虚拟仿真实验教学中心规划建设上以达到教学大纲所要求的教学目的为基本要求，以提高学生创新精神和实践能力为宗旨，以实现真实实验不具备或难以完成的教学功能为建设重点，明确虚拟实验的定位，确立了“虚实结合，注重基础，融入前沿，开放共享”的建设理念。以“虚”来加强理论知识与实践动手操作的联系，以“实”来提高学生解决工程实际问题的能力，注重学生基础性实践技能的培养。建设资源满足反复练习、强化记忆的功能。充分利用本学科教师前沿的研究成果转化成虚拟仿真教学资源，让学生接触到本学科前沿技术，丰富实践教学内容。充分利用网络通信技术开放共享，学生可以24小时随时访问虚拟仿真实验室，满足更多学生在平台下自主学习、探究学习、协作学习的学习需求。
虚拟仿真实验室是传统实验室的延伸和有效补充，它可以弥补传统实验室的不足，可以丰富实践教学的内涵，带动实践教学模式的创新。虚拟仿真还可以辅助理论教学，使之成为理论学习的重要辅助手段。理论教学中抽象的、难以理解的内容可以通过虚拟仿真的形式展现出来，易于学生的学习与掌握。虚拟仿真实验深刻影响教师教学授课方式，带动专业建设与改革；可以激发学生学习兴趣，提高学习质量，增强教学效果[2]。
中心基于多年来虚拟现实技术的研究积累，在建设上充分利用机电类学科专业优势，发挥教师的自主研发能力，并积极利用合作企业的开发能力和支持服务能力建设虚拟仿真实验教学资源。多种形式的资源建设途径为虚拟实验教学提供了可持续发展的思路，校园网宽带技术的支撑为可持续发展提供了物质保证，优秀的教学团队及合作企业为教学资源的建设提供了技术保证，校企合作模式可保证新教学资源的开发和资源的维护更新，并进一步丰富教学内容。
虚拟仿真实验实训教学体系的构建 中心在深入研究机电类包含的机械设计及其自动化、测控技术及仪器、电气工程及其自动化以及飞行器动力工程等机电类专业本科生培养计划的基础上，围绕“卓越工程师计划”，瞄准“培养具有创新精神和实践能力的高质量工程应用型人才和选拔科学研究型人才”目标，在充分分析现有真实实验资源的基础上，本着“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，构建了机电类虚拟仿真实验实训教学体系。
在机电类虚拟仿真实验实训教学环节中，采取阶梯递进式教学方式，在建设中把虚拟仿真实验实训教学内容分为三个实践层次：一是以强化专业基础实训技能为主导的实践层次；二是以强化专业课程实验技能为主导的实践层次；三是以强化学生综合设计和创新能力为主导的实践层次。通过建设和整合，各种形式的虚拟仿真实验教学资源构成了既层次分明、各有侧重，又相互渗透、互相促进的实践教学体系。
图1所示是中心虚拟仿真实验教学资源建设架构图。其中，专业基础实训类实验资源有15项，专业课程实验类实验资源有14项，综合创新实践类实验资源有12项。
第一层次：以强化专业基础实训技能为主导的实践层。该层次的虚拟仿真实验课程设置以机电类相关的基础课程为主，包括电工学、模拟电子技术、数字电子技术、单片机技术与应用、机床数控技术训练、数控切削技术训练、数控铣削技术训练等必修课程的实训。
这一类资源为软件共享资源，不带有实物对象，构建了高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，包括电气技术实践训练、数控技术实践训练、电子技术实践训练以及模具设计与制造4个实训门类共15门课程。这部分资源与机电工程训练中心从资源配置上充分体现了虚拟结合、相互补充的原则，其中一部分课程可补充目前实践训练所缺乏的参与程度低、成本高的部分，如模具拆卸与组装、数控机床机械安装等课程；一部分课程可作为真实实训教学的训前准备课程，这部分课程可减少真实实训的高消耗，如数控切削技术训练、数控铣削技术训练课程。
该层次的建设目的是让学生系统学习机电类专业的基础实验知识，掌握基础实训技能，深化理论知识的学习，培养学生独立思考、团结协作的精神，加强分析问题和解决问题能力的培养，从而达到培养学生专业学习的兴趣。
第二层次：以强化专业课程实验技能为主导的实践层。该层次的实验课程设置以机电类相关的专业课程为主，构建几个实验平台。
1）基于虚拟仪器技术建设的可远程访问虚拟仿真实验平台，属于仪器共享资源，含有信号与系统及传感器原理两门课程资源，共建设了15个实验项目，辅助理论教学，丰富实验内容。
2）工业机器人一体化实训平台，选取国内外主流品牌的典型工业机器人，以真实的工程应用项目为背景，基于真实的工作过程，构建集课程资源包、虚拟仿真软件、实物机器人为一体的“理、虚、实”一体化的教学与实训系统，可完成包括示教编程、离线编程、维护保养、装调维修、综合应用在内的全方位教学与实训任务。
工业自动化技术课程作为电气、自动化、测控专业一门典型的应用型课程，正面临从传统的PLC编程教学，向项目引导、实践型、工程化、开放性方向靠拢，实验室总是存在空间有限、资源有限的问题。中心自主建设大量工业虚拟仿真被控对象，同时积极引进国内外成熟的生产流水线的教学对象，充分重视虚拟实验环境的真实感、可操作性，解决了工业自动化技术实验教学中的瓶颈问题，促使教学方式方法改革，提供全开放学习环境，有效节约教学资源，激发学生学习兴趣。
另外，对机电类专业的一些核心专业课程，充分利用教师的教研成果，转化为虚拟仿真实验项目，丰富了实践教学内容。
该层次的建设目的是让学生系统学习相关专业实验知识，掌握专业实验技能，引导学生自主发现问题、解决问题，培养学生的创新能力、动手能力与团队合作精神。学生还可以综合运用多门课程知识实现完整应用，逐步建立系统的概念。
第三层次：以强化学生综合创新设计能力为主导的实践层。该层次的资源设置主要围绕完成综合性实验，以实验项目驱动的方式，由学生自主设计完成虚拟仿真创新型实验。另外，参加各种层次学生创新设计实践大赛完成科研方法训练。在这一层次的教学中，中心设立独立创新实验室，为创新活动提供指导，提供仪器设备和场所。采用开放的实验室管理方式，实验室全天对学生开放，有专任指导教师给予指导和服务。
该层次的建设目的是让学生在掌握基础实训技能和专业实验技能后，充分利用综合类实验资源，对学生进行创新能力和科研方法训练，培养学生创新设计和系统设计能力，激发学生创新热情和参与创新活动的积极性。
3 以虚拟仿真实验教学平台为支撑
虚拟仿真实验教学资源能够为学生提供生动、逼真的实验学习环境，在广泛的学科领域提供更多的虚拟和仿真体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程和成果。虚拟仿真实验教学平台应支撑教学资源的开放，包括支持虚拟资源的在线开放、虚拟与真实的结合开放。平台还应具有良好的交互特性，如实验数据的采集、实验过程的指导、实验报告的在线收集与成绩评判等。
厦门大学机电类虚拟仿真实验教学中心目前已有成熟的信息化网络平台，一方面拥有独立的门户网站，能实现中心概况、实时新闻、中心动态、全部课程介绍等信息的发布；另一方面建设有远程虚拟仿真实验平台，能实现实验实训课程开放、学生选课、远程答疑、作业提交批改等教学管理功能。中心特别配套有专门高性能服务器，以满足信息化平台对性能及稳定性的要求。校园门户网站对校内外公布虚拟仿真实验教学信息，提供虚拟仿真实验教学平台链接等相关服务。
教学资源集成在远程虚拟仿真实验平台上，通过互联网可开展网上学习、考试、评价和互动交流等活动。平台提供不同的权限。
1）学生通过账号、密码由学生端登录系统，完成学习、阅读公告、自我测试、上传作业、实验实训项目练习、在线提问、讨论等内容。
2）教师可通过账号密码登录教师端，完成发布公告、授课、报告评判等授课行为。针对不同的学习群体，可以设置不同实验实训项目，组织学习与培训，并可以实时查看学员的学习次数及学习效果；针对总体情况，灵活调整个性化学习方案。平台集学习、实验实训、考试、评价、管理功能于一体，充分利用网络资源开展虚拟实验实训，实现了教学的在线网络化。
3）教务管理人员通过平台实现人员管理、教务管理等功能。
4）教学平台的运行与维护由负责后台管理的技术员完成，包括账号管理、权限设置以及实验模板管理。
虚拟仿真应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式转变为学生通过自身与信息环境的相互作用，实现自主学习、探究学习、协作学习。学生可通过互联网24小时操作，彻底打破传统实验室时间与空间的限制，在保证教学效果的前提下，极大地节省了成本。
4 加强教师队伍建设
中心在建设过程中着力建设成了一支教学、科研、技术人员相结合，核心骨干人员相对稳定，结构合理的虚拟仿真实验教学团队，形成一支教育理念先进、学术水平高、教学科研能力强、实践经验丰富、勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理队伍。中心设置主任1人、副主任2人，并成立了机电类虚拟仿真实验教学中心发展委员会。本中心学科专业教师与信息技术研发人员配置合理，有专业教师36名（专任教师兼职为主），其中教授7人、副教授12人、助理教授17人，负责课程制定和教授；工程技术人员38
名，高级工程师6人，工程师32人，其中实验指导及资源维护25人，网络资源管理团队5人，负责网站建设、信息发布、课程教务管理；研发团队8人，与合作企业配合，能根据课程需要完成网络课程资源的开发、维护及更新。
中心借助厦门大学现有青年教师人才培养计划的政策优势、平台优势，通过吸取宝贵经验，积极拓宽人才培养渠道，进一步加强虚拟仿真和实验教学方面青年教师人才的培养力度。
5 结语
厦门大学机电类虚拟仿真实验教学中心通过虚拟仿真教学资源的建设推广，达到了以下效果。
1）实现了教学资源的大范围共享，可供本校全校学生共享和部分校际共享。
2）丰富了课堂教学内容，利用更形象、直观的教学手段进一步激发了学生的学习热情，引导学生主动参与到实验教学环节，增强了教学效果。
3）丰富了实践教学手段，通过三维虚拟现实的动画演示、手工操作，增强了教学过程的真实性，引导学生能够亲自参与各种实践环节，提高了动手操作能力。
关键词：虚拟仿真；教学资源；建设
中图分类号：TP202 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)13-0047-03
随着科学技术的迅猛发展，越来越多的新技术被应用到辅助教学中。虚拟仿真技术就是当今非常流行的新型教学媒体。我院自2007年建设应用电子技术专业国家级教学资源库时，便开始研究虚拟仿真资源在教学中的应用，通过几年的建设建成了“虚拟电子产品生产车间”， 虚拟现实技术实现对真实电子产品工厂生产过程的模拟重现，让学生不需到工厂就可在3D虚拟工厂体验到电子产品生产的元件预处理、元件插装、波峰焊等工序对应的工艺、技术及安全生产流程。学生可以任意漫游三维虚拟车间，体验并操作波峰焊接机等各种设备、学习（或熟悉）各种工艺的操作技巧等。还建设了“单片机技术应用”整套仿真项目学习包，按照从简单到复杂的顺序，系统性地设计了“LED电子显示屏项目录像和仿真”等5个项目的系统仿真，在虚拟仿真教学资源开发与利用及如何与原教学资源平台衔接方面，探索出一条发展之路。
一、虚拟资源及教学资源平台建设综述
学院重视教学资源建设，在2006年至2009年国家示范性高职院校建设及后示范建设期间先后建设精品专业资源库16个，其中国家精品专业1个，国家教改试点专业2个，湖南省精品专业7个，湖南省教改试点专业6个；建设精品课程资源库28门，其中国家精品课程12门，省级精品课程16门；2007年开始牵头“应用电子技术”国家教学资源库建设，2010年获教育部正式立项，从专业标准库、课程资源库、培训资源库、素材资源库、职业信息库、标志性资源库六大方面进行建设，目前建设工作已基本完成，资源库参加2011年6月教育部在天津举行示范4周年暨资源库展示，获得在场专家和社会各届的一致好评，而学院也初步建成以1个国家级教学资源库为核心，包括轨道交通专业群、电子信息技术专业群、软件技术专业群等3个院级教学资源库的资源库群。
配合应用电子国家级教学资源库的建设，学院于2010年成功申报了“应用电子技术专业教学仿真实训软件系统”、“电气自动化技术教学仿真软件开发”、“模具拆装与设计虚拟实训室软件的开发”3项湖南省教育厅立项的虚拟仿真实训软件的开发项目。软件开发完成后，与原有的仿真实训系统无缝结合，初步形成了从虚拟到真实的实训教学特色，有力地促进了学生实际操作能力和实践能力的提高。“应用电子技术专业教学仿真实训软件系统”在示范建设四周年进行了专题展示，得到教育部领导的认可。所有软件在世界大学城进行了专题展示，得到省内外各兄弟院校的高度评价。
学院在以虚拟资源为抓手，推动学院教学资源库平台建设的过程中积累了很多可贵的经验，也促使学院虚拟仿真资源得到更长远的发展。
二、以虚拟仿真资源建设为抓手，带动学院教育教学改革进行
1.创新基于虚拟仿真资源的“多向”教学模式
职业院校很多操作性强的教学不能由传统理论教学实现，并且由于各种成本、安全、操作资质等条件的限制难于在真实的设备、真实的环境中进行实践教学，借助于虚拟软件的教学打破了传统的封闭教学模式，改善了教学模式的结构和层次，应用虚拟软件组织教学时更加注重师与生、生与生、师生与资源等之间的“多向”交互协同，并依据学习者个人的学习习惯和特点，凭借现代信息技术的优势，生成相应的学习模式。学习者在学习过程中通过RPG、游戏等方式充分使用资源，学习兴趣与效率得以提高。基于虚拟软件的教学有助于启发学生思维，培养学生参与构建真实世界的能力和创新意识，更有利于在虚拟软件情景学习中锻炼学生的职业素质。
2.推动基于虚拟仿真资源为载体的课程改革
虚拟仿真实训教学软件，信息海量、内容新颖，再现了岗位、再现了现场、再现了岗位作业过程。鲜活的现场内容，逼真的现场环境，为职业教育课程改革提供了重要的支撑。目前，我院以职业能力为主线、以职业活动课程为主体，理论与实践相融合、教学内容与岗位需求相适应的注重综合素质培养的、信息化教学资源支撑的课程体系正在形成。信息化环境下反映当前科学技术先进水平和职业岗位资格要求，有利于学生就业、创业和未来职业生涯发展的课程资源和校本课程、校本教材的开发正在全面推进。信息化环境下的多种教材形态，因其内容海量、更新速度快、呈现形式丰富、冲击力强大，适应了职业教育职业、岗位、专业和设施设备及工艺方案、操作标准变化快的特殊需求，全面推动了职业教育课程改革。
3.以虚拟仿真教学系统为牵动，创新实训基地建设
科学合理的校内实训基地建设方案，应该是虚实结合、虚拟仿真与实际操作有效融合的建设方案，无论哪一种“能力形态的获得”，实操实训的现实作用都是不可替代的。虚实结合不仅解决了实操实训进不去、看不见、难再现、多污染、高消耗、不安全、设施设备不足、实训指导教师不足等众多难题，而且将趣味性、现场氛围、个性化导训、智能化考核、分层次实训等先进的教育思想融入其中，创造出智能化、信息化、现代化的实训环境。只有虚实结合、融入信息化要素的实训基地建设方案，才能实现智能化实训教学目的，才会符合职业教育教学技能获得规律，才能使学生提早了解工厂、了解岗位、了解自己毕业后的工作环境，才会给我们带来巨大的经济效益、社会效益及质量效益。
[关键词]UG软件 线切割 虚拟教学 模型
中图分类号：TG580.66 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0246-02
引言
近年来，随着中国经济的发展，模具行业也得到了空前的发展。由于模具行业的发展，模具制造的人才急剧增加，各技工院校也纷纷开办了自己的模具专业，开始大量招收模具制造专业的学员。但是由于模具制造是一个复杂的过程，需要使用到的设备也相对较多，常常出现设备不够用，再加上技工类院校的学生的在能力相对较差，如何进行安全有效、低成本、高效率的有效教学，培养出合格且适应能力强的学生，摆在了各个技工类院校模具教学部门的面前。
线切割是模具制造教学中常用的特种加工设备，在技校的模具专业教学中存在一定的局限和难度。线切割虚拟实验室有助于提高学习的效率和节约成本，同时在安全操作和教学考核上体现出了较多的优势，突破传统的教学方法，具有一定的可靠性。线切割虚拟实验室的开发主要包括两个方面：一是模型的制作设计；一是虚拟平台的程序编写。
一、线切割虚拟实训室的构建
虚拟仿真技术的应用主要是可以构建虚拟实训室，通过计算机虚拟网络达到培训的目的。线切割虚拟实训室主要包括虚拟的实训室场景，虚拟的机床设备，虚拟的仿真演示，联网仿真考核等部分构成。构建虚拟实训室的一般步骤为：
1、虚拟场景设计
一个逼真的虚拟现实效果是由逼真的场景、加上各种声光等元素构成。建立一个逼真的虚拟现实环境需要进行全面的设计，让该场景无限接近于现实事物。实训室的虚拟环境设计方法是先进行场景草图的绘制，再提出场景设计的方案。线切割实训室的布局主要是考虑到操作的合理性，方便性，布局方案设计如下：
2、虚拟机床设备建模
根据前面我们场景设计，第二阶段要进行虚拟机床设备的建模。建模要完全参考市场现有的各种主流产品进行建模，以体现产品的多样性和真实性。本次我们建模基于UG软件进行设备的建模。通过各零件的建模，然后通过装配，最终完成场景中的各个机床设备的模型创建，效果如下图：
3、虚拟仿真演示设计
针对线切割机床设备的建模完成后，就需要对我们平常教学中用到的机床机床动作进行设计，使得在计算机上操行时能够获得和现实教学中一样的机械动作和反馈动作。考虑到教学中的任务实施内容，设计仿真演示的动作有（表1）：
4、考核设计
除了要能够进行操作，还要有考核系统与之配套，以保证虚拟仿真训练的效果得到巩固。考核的设计可以分为：课堂考核、月末考核及期末考核三部分。考核的内容上不易设置过多，以避免考核者产生烦躁心理，减弱考核的效果。
二、虚拟程序平台的编写
一个完整的虚拟实训室，除了有逼真的三维模型，还需要具备强大的操作性。这里采用VIRTOOLS虚拟现实软件对实训室虚拟模型进行编程，可使该场景获得模拟真实操作的功能。
VIRTOOLS虚拟现实软件使用的模型格式为.CMO。因此经过UG软件设计好的模型要经过转换才能够使用。这里我们经常将UG建好的模型到处为IGES格式，并导入到3DMAX软件中，通过安装在3DMAX软件上的VIRTOOLS转换软件，最终将模型的格式转化为.CMO格式。
通过VIRTOOLS 软件进行角色、动作等的设置，完成虚拟仿真软件的设计，最后进行适当的美化，打包成最后的成品，如图3所示。
三、总结
虚拟仿真技术应用于模具教学具有可探讨性，通过借助虚拟仿真技术，同时结合常规的现场实践加工教学，能够更好地取得操作的实效性。在节约资本、提高培训教学效果上有很大的提高，开发出虚拟线切割实训室是一个值得尝试的解决办法。UG是出色的参数化设计软件，VIRTOOLS则是一款相对简单的虚拟现实软件，通过UG建模与VIRTOOLS编写虚拟仿真程序将是一个新的创新。开发出线切割虚拟实训室，通过计算机联网教学，能够有效解决机床设备欠缺、操作安全、节约材料的实际问题，是常规实训教学的一个有效补充。
参考文献
[1] 袁宗杰，邓爱国.？数控仿真技术实用教程[M].北京：清华大学出版社，2007.
论文 关键词:虚拟现买技术培训作用
论文摘要:我国石油行业 发展 迅速，职工的素质直接影响到石油 企业 的效益及安全生产状况，因此，企业对职工的技术要求越来越严格。钻井模拟器采用基于虚拟现实的虚拟制造技术，开发过程运用多种先进的 计算 机技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。作为针对油田具体情况开发的新型培训系统。钻井模拟器有着积极的意义。本文重点分析了该系统的开发过程，详述了虚拟现实技术在油田培训钻井井控人员过程中的作用。
1．引言
我国石油行业的发展与现场地质情况等密不可分，充满着危机和挑战。对于员工的能力和安全意识要求很高，传统的进场培训有一定的局限性，例如：职业培训效果是否良好主要依赖于教师的水平，培训过程没有明确统一的评价标准，针对性差，没有可重用性等。可见传统的培训技术不但受时间、空间的限制，而且在人力、资源、经费、组织实施等方面都存在很大问题。尤其对于危险作业或不具备实验条件的高级培训，传统的培训方式更是难以实现。Www.133229.cOM传统培训模式的局限性制约了人们所期望的培训质量和培训效率，满足不了 现代 社会的需求。
钻井模拟器采用虚拟制造技术的概念，开发过程基于现代计算机控制技术、计算机仿真技术、计算机图形技术、计算机 网络 技术，并结合了钻井工程的实际工艺，改变了原有的钻井培训方法。它为用户提供了起下钻、钻进、井控和钻井事故及复杂情况处理等作业的操作过程模拟，主要用于钻井司钻、钻井技术人员的操作培训和安全培训，并为学员培训考核提供了教师评分系统，解决了传统培训过程中客观上无法解决的技术难题。作为新型的针对油田具体情况开发的培训系统，钻井模拟器有着积极的意义。
2．基于虚拟现实技术的虚拟培训
该设备是以控制为中心的vm设备，主要用于钻井人才的培训。这套虚拟培训设备运用虚拟现实技术，真实生动的模拟了钻井工艺流程的细节。学员能够通过对仿真钻机设备的操作，直接观察到钻井平台上的活动以及操作结果，最终达到让培训人员掌握正确操作过程的效果。虚拟培训有以下特征：
2．1仿真性
在虚拟现实技术支持下，虚拟培训设施与真正的培训设施功能相同，操作方法也一样，学员通过虚拟培训设施训练技能与现实培训基地里同样方便。这是因为虚拟培训环境无论是现实的环境还是构想的环境，都是虚拟的但又是逼真的。理想的虚拟环境应该达到使受训者难以分辨真假的程度。
2．2开放性
虚拟培训环境可以为所有受训者在任何时间、地点提供各种培训的场所。实际上，虚拟培训环境的内涵是广泛的，它不同于传统的培训基地概念，它具备可以进行类似于传统培训项目的环境，但更擅长的是使学员置身于培训项目对象中的逼真环境。凡是受训者可以通过有关器具操作，来学习或训练某种技能的虚拟环境，并都归之于虚拟培训环境。
2．3超时空性
虚拟培训环境具有超时空的特点，它能够将过去世界、现在世界、未来世界、微观世界、宏观世界、客观世界、主观世界幻想世界等拥有的物体和发生的事件单独呈现或进行有机结合，并可随时随地提供给学员进行培训。
2．4可操作性
受训者可通过使用专门设备，用人类的 自然 技能实现对虚拟环境的物体进行操作，就像在现实世界中一样。
2．5对应性
学员的培训内容与虚拟环境是密切对应的。例如，学员要学习飞行器驾驶技术，那么虚拟环境就是飞行器飞行的模拟环境。对应性将能为受训者设定各种复杂的情况，以提高受训者的应变能力，从而使得他们在实际环境下能得心应手的处理各种情况。另外，虚拟现实技术能按每个学员的基础和能力，对应性的开展个性化的 教育 培训。
3．钻井模拟器视景仿真系统的分析与设计
计算机图形学是研究现实场景计算机显示的 科学 ，也是利用计算机处理人类所能看见的图景的手段和方法。视景仿真技术是以计算机图形学为理论基础的三维模型动态显示技术，基本原理是：根据观察点及观察方向对场景进行实时计算和实现，并做到对三维复杂环境中物体运动的实时交互控制，产生良好的动画效果。实现三维模型视景的实时动态显示，一方面要求计算机硬件有高速运算能力和很强的三维图形处理功能；另一方面还要求在算法和软件上有所发展，以便在硬件平台上取得更好的实时动态显示效果。视景仿真系统是钻井模拟器的重要组成部分，它提供给用户一个三维的真实感视觉环境。
3．1钻井模拟器视景仿真系统分析
钻井模拟器在虚拟培训过程中需要模拟井场环境和操作结果，这就需要视景仿真系统根据钻井模拟器司钻控制台的操作过程，实时模拟出井场环境的变化和司钻、井控操作对钻井过程的影响。在现实的司钻和井控过程中，操作错误和地质环境变化都是事故的诱因，在钻井模拟器视景仿真系统中也模拟了事故发生过程和事故排除的情况。实时地显示钻井过程中的数据，计算参数。根据司钻台操作的具体行为，依照物理模型和数学模型来模拟设备运动的过程，使得钻井模拟器视景仿真系统的三维动画过程更贴近现实。
钻井模拟器视景仿真系统需要对井场设备、自然环境、井下情况进行实时的动态模拟，使培训者在培训过程中除了学习操作知识，还能更有效、直观的学习到理论知识。硬件设施和三维图形软件的结合实现了虚拟模拟系统，培训人员能够通过这套虚拟培训设备完成所有钻井工作人员所需要的专业知识和实际操作技术。
3．2实时场景系统组成
根据钻井模拟器视景仿真系统的需要，开发过程在windowsxp平台上，建模部分使用3dmax完成机械部件的模拟，模型的管理由3dexplorer~成，并实现模型数据文件的转换导出。程序对模型的控制由c++builder6．0实现，整个开发过程基于opengl2．0。
钻井模拟器视景仿真系统的实时场景组成包括以下几个部分：三维图形实体模型、钻井模拟器视景仿真系统控制程序、glsl编写的渲染效果。
在整个组成部分中，最重要的是钻井模拟器视景仿真系统控制程序，在程序中完成了以下工作：场景初始化、工艺动画控制、与主控机通信、参数显示、碰撞处理以及特效渲染。
场景初始化：由于钻井工艺的复杂性和虚拟培训的操作性，每个作业当前场景都有所不同。在一个新的作业开始前，图形程序在接收到控制机发出的作业指令后初始化当前场景，例如：钻井平台上各操作部件当前的数量、状态以及位置。
工艺动画控制：在完成规定工艺作业的过程中，司钻控制台做出的每一个动作都将转换成数字信号传递给主控机，再由主控机发送协议数据给图形程序，图形程序得到参数后，做出具体反映。在图形机上体现出钻台上各种控制系统的运动参数、具体动作、视图选择(包括上视角、井下视角、防喷器视角、多视图显示等)等。
与主控机通信及参数显示：主控机的设计主要由钻井模拟器设计的需求决定，由于这套仪器主要用于虚拟培训，教师和学生之间有教与学的关系，主控机能够提供给教师一个 教育 平台，提供作业调度、控制、评分等功能，与此同时，传递司钻控制台上发来的各项数据，并把与操作有关的数据发给图形机，即钻井模拟器视景仿真系统，两方通信，传递参数并进行数据处理，在屏幕上显示操作过程中需要操作者了解的参数值。
碰撞处理：在三维图形的运动仿真过程中是不允许有“穿墙而过”的状况发生的，因此要对运动物体作碰撞检测的处理。为了遵循模型运动的真实感，钻井模拟器视景仿真系统当然也包括碰撞的检测与处理部分。
渲染特效：实现对火焰、气泡、液体喷涌效果的模拟，使用glsl实现电影级的光照效果，可以分别模拟白天，夜晚，探照灯等光照模式，大大地提高了图形效果和真实感。
3．3钻井模拟器视景仿真系统设计
一个性能优越、功能完备的系统需要在设计阶段就进行详细的设计规划。这样，在后期的开发过程中才能完成高质量的软件项目。钻井模拟器视景仿真系统的设计遵循面向对象的原则，在系统的稳定性、可扩展性和兼容性等方面都有突出的表现。
3．4系统特点及设计目标
钻井模拟器视景仿真系统要求有以下特点：
1)可以生成高质量的图形，实现实时的可控动画。
2)图形的生成快速稳定，对图形硬件要求不高。目前，系统配置为nvida6800，nvida6系列以上显卡都可以实现高质量的图形动画。
3)提供给用户多角度、多视图的工作窗口，方便用户定位观测，在操作过程中既能观察整个场面，又能集中观察工艺作业下重要部件的工作过程。
4)建立模型细致、真实，宏观模型和微观模型通过软件和程序分别建模，真实感程度高。
经过分析钻井模拟器视景仿真系统的系统特点后，设定该系统要达到以下目标：
可扩展性：对于新模型、新器件、新工艺的增加，方便快捷，可以在短时间内完成对系统的扩展。
兼容性：系统可以用于windows2000／xp平台，兼容于各种图形加速硬件。
敏捷性：图形生成迅速、稳定，一般的图形加速硬件既可满
足要求；系统应达到反应迅速、操作灵敏的功效。
3．5基于面向对象的系统设计
钻井模拟器图形系统的设计是基于面向对象的，系统规模较大，设计复杂。基于在钻井工艺中涉及到的物体较多，并且各个物体在不同的方面有不同的特性，因此在设计之前，应确定设计类的准则。对本系统而言，这里关心的是用物体如何展现工艺流程，所有类的设计应该围绕物体的动画功能需要来进行。
在钻井各工艺流程中，大钩、钻杆等物体是系统动画的载体，具有物体自身的方法和属性，因此，可以将其封装成类。根据围绕物体的运动功能来设计类的思想，将液压大钳和液压大钳的活塞、吊卡的主体和活页设计成不同的类，这样设计不仅可以使动画更加逼真，还能提高系统灵活性。
关键词：虚拟仿真技术；计算机网络基础课程；应用
一、虚拟仿真技术的概述
虚拟仿真技术是将虚拟现实技术和系统仿真技术有机结合的一种新的实验研究技术，人类、战略性技术。借助该技术可认识和改造世界，因而它有望成为继数学推理、科学实验之后又一虚拟仿真技术以多媒体技术、虚拟现实技术、网络通信技术等信息技术为基础，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟环境，如模拟器、仿真软件、数学模型、仿真实验等。其中虚拟仿真实验在我国高职院校的教学中广泛应用，已逐渐成为一种新的教学模式。
1.国内外虚拟仿真技术在教学中的应用
目前，国外虚拟仿真软件主要包括多功能电路模拟实验平台PSPICE、模拟和数字电路的Tina Pro、用于电路描述和仿真的语言与仿真软件Circuit Maker、仿真单片机Proteus、Cisco路由器和自定义网络拓扑结构及连接的Boson NetSim。在我国，北京邮电大学的电子信息虚拟仿真实验教学中心有“开放式虚拟仿真实验教学管理平台”、Packet Trace软件、北京航天大学的分布式虚拟环境、GMDSS模拟训练实验室、导航雷达模拟训练中心等。
2.虚拟仿真技术应用于计算机基础课程的优势
通过实例操作演示非常抽象的概念，将抽象的网络概念具体化、形象化，为学生提供逼真生动的学习环境，加强老师与学生的互动，实现教与学双向互动，提高学生的学习热情和主动性。通过仿真实例的展示，为学生创造更多的实践机会，不仅可以激发学生的求知欲望，帮助学生充分吸收和掌握教学内容，更能激发他们的创造动机和创造性思维。
二、虚拟仿真技术在高职院校计算机网络基础课程的应用
1.虚拟仿真技术的应用，优化了网络课程实验教学环境
目前，很多高职院校计算机硬件设备与软件更新滞后，教师无法正常地开展实验教学，只能通过视频和文字等辅助资料来补充实际实验的不足。虚拟化技术可以有效解决上述问题，通过虚拟多种不同的计算机环境，学生可在一台计算机上完成服务器与终端机之间的切换，并能使用不同的操作系统与应用程序来开展网络实验。虚拟技术实现了改善高职计算机网络课程的实验教学中教学环境、提高教育教学实效的目标。
2.虚拟仿真技术的应用，更新了实验教学手段
高职教师们利用虚拟仿真技术实现了“一机多用”，有利于顺利开展计算机网络基础课程这一实践性较强的课程，学生可以通过精确地操作某些系统或者软件，了解其运行特征和过程，并以此进一步加深对理论知识的理解，近距离观察和分析实验现象。
3.虚拟仿真技术的应用，缓解了实训设备不足的难题
目前，在高职教育计算机网络课程的实训设备严重短缺，而虚拟仿真技术让虚拟实验室成为现实，尽管不能从根本上替代实际上的物理设备，但是学生可在虚拟机上做所有的操作实验，将理论与实践相结合，使学习更直观，教学更真实，既保证了教学质量，又促进了学生实践能力的培养。因此，虚拟仿真技术的应用，不仅解决了实验实训设备短缺的难题，又能更好地为高职教育培养更多的实用性人才助力。
三、结束语
综上所述，现阶段的高职院校计算机网络基础课程的教学中仍存在着一些问题，将虚拟仿真技术与真实实验相结合，可有效解决学校设备和场所短缺等问题，使学生通过虚拟仿真实验教学掌握网络技术，提高学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合运用计算机网络知识解决分析实际问题的能力，为社会培养出高水平高素质的复合型网络工程专业人才。
参考文献：
