电子专业虚拟仿真实训基地建设研究

杨中兴

电子专业虚拟仿真实训基地建设研究

杨中兴

随着虚拟现实与网络技术的发展，虚拟仿真技术已经开始渗透到职业教育的各个环节，在职业教育实训类教学中起到越来越重要的作用。虚拟仿真实训对提高职业教育的教学质量效果显著。高职虚拟仿真实训基地建设，要架构先行分步实施，校企合作共建，共性与个性统一，反馈与开发同步进行。

高职教育；电子类专业；实训基地；虚拟仿真技术

教育信息化的内涵是指信息与信息技术在教育、教学领域和教育、教学部门的普遍应用和推广。[1]虚拟仿真实训教学模式由于不受地域和时间上的限制，可进行跨越时空的网络教学，并且不局限在特定时间学习，为学习者提供了很大的方便。[2]本文重点研究建设面向高职电子技术相关专业的“电子产品全流程生产线”数字化虚拟仿真实训系统，以一款典型电子产品为例，涵盖电子产品的工艺设计、产前规划、生产过程、质检环节、生产设备维护等全流程生产线内容，以虚拟仿真的形式展现典型电子产品从设计到制造再到出厂的整个过程。该系统建成后，可服务于所有电类专业学生，如应用电子技术专业、电气自动化技术专业、建筑电气技术专业等，并可为其他专业的虚拟仿真实训基地建设提供参考和借鉴。

一、虚拟仿真在教学中的意义

虚拟仿真实训是利用虚拟现实技术仿真或者虚拟某些情境，对特定学科的教学、实训内容进行2D或者3D数字化模拟，以供学生观察、操练和建构其中对象，在获得类似真实体验的同时，牢固掌握知识理论和技能操作方法。如能在教学中运用得当，对提高职业教育的教学质量会效果显著。

虚拟仿真实训系统具有沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性的特点，通过构建逼真的实训情境，虚拟典型工作环境，仿真大型实训设备，还原真实的生产过程和操作流程，供学生观察、操练、建构其中的对象，使教师和学生能够获得和真实电子产品生产线相近的实训体验，达到替代或者部分替代实训效果的作用，从而更牢固地掌握知识理论体系并获得某种技能的资源。如图1所示，为我校（辽宁建筑职业学院）应用电子技术专业自主设计的虚拟仿真实训系统“虚拟电子科技有限公司”的一条虚拟电子产品生产线。

图1 虚拟电子产品生产线

虚拟仿真实训教学对职业院校应用电子技术专业以及其他电类相关专业学生实训教学具有重要的现实意义。职业院校电子专业毕业生很多潜在就业单位是电子产品的生产加工类企业，潜在就业岗位主要围绕电子企业生产线的相关设备、工艺、管理等内容。这些技能和教学内容在学院难以复制和再现，学生所接受的课堂教学内容与就业岗位的职业技能要求可能存在一定程度的脱节。通过虚拟仿真技术建设“虚拟电子科技有限公司”全流程生产线，学生可以在校内就接触、体验和学习生产线各个岗位技能，为就业提前做好技术准备和心理准备。

虚拟仿真技术非常适合仿真大型生产设备。以应用电子技术专业为例，电子产品生产设备（如插件机、波峰焊、回流焊等设备）一台价格动辄几十万元，很多院校特别是偏远地区的院校可能无力购买。即使有能力购买，通常也只能购买一两台作为教学演示用，无法实现让每一位学生都实际动手操练。学生一旦操作不当，很容易造成设备损坏，损失巨大。通过虚拟仿真技术构建虚拟电子生产设备，模拟设备的功能、还原其操作方法，可以弥补一些院校教学资源有限、实训条件的不足，以便资源共享，可在一定程度上实现教育公平。

此外，在真实的企业生产过程中的某些设备可能发生故障、错误状态，这些均属于小概率事件，平时可能很难遇到，但是一旦发生就可能造成重大生产事故。由于是小概率事件，使用真实设备教学也无法人为再现，也就无法给学生演示，而这些故障、错误状态及其处理方法应该是重要的教学点和实训点。通过虚拟仿真技术，可以模拟这些小概率事件故障，并反复训练，达到实体教学设备无法实现的教学效果。

二、虚拟仿真实训系统设计原则

虚拟仿真教学系统的设计原则应该是虚实结合、能实不虚、相互补充、资源共享。一方面，要根据学院办学定位、办学特色和学科专业发展统筹安排，找到真正需要并且适合虚拟仿真的专业教学环节，坚持“少而精”原则；另一方面，要依托本校优势学科，整合虚拟仿真系统与现有学科专业资源，构建全校统一的功能集约、资源优化、充分开放、运作高效的虚拟仿真教学平台。同时要避免千篇一律、缺乏个性的建设模式。[3]

在设计虚拟仿真实训过程中可与校内实训条件相结合，与学院实体的实训设备、实训步骤和操作规程相符合。如我校应用电子技术专业电子产品生产类虚拟仿真实训系统，以真实电子生产企业为蓝本，依托我校现有的实体型电子产品生产加工实训基地，通过线上、线下的实训让学生熟练掌握典型电子产品的开发、生产、调试、质检、维修等全部环节，做到虚实结合、相互补充，取得良好的教学效果。图2为依托真实岗位设计的元器件齐套岗位的任务截图。

图2 元器件齐套岗位任务截图

在设计的同时也应尽量克服虚拟仿真实训的弊端。虚拟仿真实训存在着使学生对真实情景产品误判的可能性。尽管虚拟仿真软件竭力贴近真实情境，但是虚拟环境与真实环境之间的差异是永远无法消除的。[4]为避免师生动手能力的弱化，虚拟仿真教学不能完全替代实体类实训教学，应坚持以实体类实训为主，虚拟仿真实训教学为辅的原则。

电子类学科是同信息技术紧密结合的学科，在促进信息技术发展的同时也为自身的发展注入了新的活力。“虚实结合”，在实验教学中引入虚拟仿真技术，是学科发展的需要也是培养懂理论、实践能力强的高素质工程科技人员的需要。[5]

三、虚拟仿真实训系统建设思路

通过总结我校应用电子技术专业自主设计研发的虚拟仿真实训系统项目管理过程，可归纳虚拟仿真实训系统的基本建设思路如下。

1．架构先行、分步实施

在对职业岗位、专业标准、职业标准、课程实施方式、社会服务等内容进行详细调研的基础上，进行顶层设计，由项（项目或工作任务）及岗，由岗及训，由训及趣，由趣及学，学做一体，构建起兼顾职前教育与职后教育、资源集成和资源开发的实训基地整体架构。

2．校企合作共建

虚拟仿真实训系统建设可采取校校合作和校企合作相结合的模式，最大范围地汇集信息技术类优秀企业、合作院校的骨干教学团队和合作企业的先进技术资源。以学院为主导负责教学点设计和审核，以企业为开发主体，引入行业专家作为顾问，建立起分工明确、并行高效的系统资源开发团队。

3．共性与个性的统一

设计过程中应考虑学习者的个体差异，注重资源的多层次和多元化，营造灵活、自主、开放、个性化的学习环境，最大限度地满足不同层次学习者的个性化需求，体现共性和个性相结合。

4．反馈与开发同步进行

应尽量及早使系统上线，使用者可以便捷地展开自主的实训操作与技术学习。可利用在开发系统进行教学活动，在终端用户的广泛参与下，系统建设保持持续更新、反馈和迭代过程。让学生在虚拟仿真实训系统下，完成真实环境难以实现的认知和实践过程，从而提高学生对知识的深入理解和综合运用程度。[6]

总之，教育的信息化和现代化已是大势所趋，虚拟仿真教学的广泛普及是职业教育信息化的必然要求。本文以自主设计的电子类虚拟仿真实训系统为例，探讨了虚拟仿真系统的设计原则和设计思路。虚拟仿真实训系统中媒体类型多样、教学点繁多、数据量大，需要跟踪技术发展、人才需求变化、教学内容改进的步伐。虚拟仿真实训系统的建设工作不可能一蹴而就，而是一个不断迭代、滚动建设、充实改进、不断完善的动态过程。

[1]何克抗.我国教育信息化理论研究新进展[J].中国电化教育,2011(288):1-19.

[2]文福安.虚拟实验教学系统的研究与应用[J].中国教育信息化,2008(21):37-39.

[3]祖强,魏永军.国家级虚拟仿真实验教学中心建设现状探析[J].实验技术与管理,2015(32):156-158.

[4]腾道明.职业教育要谨防虚拟仿真实训的泛化[J].职业教育,2016(119):12-14.

[5]张红宾,赵二刚,张颖.虚拟仿真在电子类实验教学中的应用探讨[J].实验室科学,2015(18):44-47.

[6]吴涓,孙岳民,雷威,等.东南大学机电综合虚拟仿真实验教学中心建设规划思路与进展[J].实验技术与管理,2014(31):5-9.

（辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000）

YANG Zhong-xing
(Liaoning Jianzhu Vocational University,Liaoyang 111000,China)

With the development of virtual reality and network technology,virtual simulation technology has begun to penetrate into all aspects of vocational education,which plays a more and more important role in training teaching.The construction of higher vocational virtual simulation training base should construct the structure first,implement step by step,realize the co-construction of college-enterprise collaboration,the unity of generality and particularity,and the synchronized feedback and development.

higher vocational education;electronics major;practical training base;virtual simulation technology

G710

A

1009—7600（2017） 09—0066—03

Research on the Construction of Virtual Simulation Training Base for Electronic Major

2017-05-12

中国建设教育协会“职称委”辽宁建设职业教育集团专项2016年度重点课题（ZJX2016JT02ZD）

杨中兴（1982—），男，辽宁辽阳人，讲师，硕士。

[责任编辑，辽建职院：付永生]