基于产学合作的混合式机械VR实践教育体系探索

王志琼 刘津彤 谷东伟 姜姗 刘继明

[摘 要] 深刻剖析机械专业实践教学改革要求、虚拟现实技术应用需求和实践教育体系建设的必要性，强化整合企业与高校资源，形成企业、教师、学生、社会多方面相联结的混合式实践教育模式，构建虚拟现实技术与机械专业相融合的多层次实践教育内容。积极采取线上线下相结合的实践教育手段，进行实践教育具体实施与应用。机械VR（Virtual Reality）实践教育体系的探索对提升教师虚拟现实实践教学应用能力和教学水平、优化机械专业体系建设、增强企业科技创新和虚拟现实产品适应性起到了良好的促进作用，为复合型、高质量人才培养奠定了基础，对产学合作协同育人项目的有效实施起到了示范作用。

[关键词] 产学合作;混合式;机械;虚拟现实;实践教育

[基金项目] 2019年度教育部产学合作协同育人项目“基于机械专业的混合式VR教育师资培训体系建设与应用”（201901230010）;2020年度吉林省高等教育教學改革研究课题“虚拟现实实践教学平台建设与应用研究”（2019XYB122）

[作者简介] 王志琼（1986—），女，吉林通化人，硕士，吉林大学机械与航空航天工程学院国家级机械虚拟仿真实验教学示范中心副主任，吉林大学机械与航空航天工程学院机械基础实验教学中心副主任，高级工程师，主要从事虚拟现实技术开发与应用及实践教学研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）22-0089-04   [收稿日期] 2021-01-21

自2016年起，教育部开始深入推进产学合作协同育人项目，通过汇聚企业资源，支持高校专业综合改革和创新创业教育。产学合作协同育人项目中的师资培训类型项目支持由2016年的854项到2017年的3200多项，再到2018、2019年的6700余项，实现了项目跨越式的发展。2020年1月教育部印发的《教育部产学合作协同育人项目管理办法》中指出，产学合作协同育人项目旨在通过政府搭台、企业支持、高校对接、共建共享，深化产教融合，促进教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接，以产业和技术发展的最新需求推动高校人才培养改革[1]。

一、机械VR实践教育的必要性

（一）产学合作协同育人项目实施的问题

产学合作协同育人项目的建设主要是通过项目负责人与企业相互沟通联系，进行项目的申报、审批、实施与结题。通过调研发现，部分项目申报的前提是高校有计划或者正在进行该公司的设备或者资源采购;部分项目的实施并未按照企业的申报指南给予高校一定的经费和资源支持;部分项目直至验收结题，都没有按照申报中的任务进行高校和企业间实质性的产学合作，协同育人。以上三个问题产生的根本原因是企业和高校并没有寻找到一条切实可行的产学合作协同育人模式[2，3]，能够使企业和学校各取所需，积极进行合作，达成最终目标。因此，迫切需要针对产学合作协同育人项目的有效实施方法进行探索与研究。

（二）机械实践教学改革的需求

在机械教学过程中，机械类产品由于结构复杂、零部件众多，通过语言难以准确描述工程物理空间结构与功能;在实验教学过程中，由于有限的实验场地面积和实验设备数量，常常无法保证实验教学需求，严重影响实践教学效果;在生产实习过程中，受限于工科类专业生产现场的特点，实习存在一定的实验安全隐患，这些问题表明传统理论与实践教学模式急需改革[4]。将虚拟现实技术应用于传统实践课程或新课程中，改变传统教学体系，促进教学模式改革，解决原先“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的问题[5]，从而提高对学生知识传授、能力培养和素质提升的效率和效果。

（三）虚拟现实技术应用的困难

吉林大学国家级机械虚拟仿真实验教学示范中心（简称中心）构建了集教育、培训、研发于一体的虚拟现实实践教学基地，基地为传统工科类专业、新增智能制造专业开设多门虚拟现实相关实验课程。根据教学需求，中心需要大量了解并熟悉VR方面的人才，然而中心教师多为机械专业出身，对于VR新兴技术和计算机技术并不精通。因此，有必要提升教师虚拟现实技术与教育相结合的综合能力，能够同企业深度合作，迅速将虚拟现实技术应用到现有教学体系，形成不同层次的新兴教学内容，实现教学改革。

二、体系构建思路

在产学合作协同育人项目要求的基础上，首先确定实践教育分别对学生、教师、企业和社会的培养目标;基于虚拟现实技术的基本理论知识、借鉴企业的研发经验，与机械专业知识深度融合，设计机械VR实践教育内容;充分发挥企业与高校优势，相互学习和促进，形成企业、教师、学生和社会相互培训的实践教育模式;在实践教育过程中，采用灵活多样的线上线下实践教学手段;对实践教育成果进行学校、企业和社会广泛应用共享，持续改进完善。通过机械VR多层次递进式实践教育内容、多方面混合式实践教育模式、线上线下相结合式实践教育手段和校企混合式实施应用四大方面的研究，形成完善的混合式机械VR实践教育体系，达成学生能力培养目标，提高教师实践教学水平，强化企业产品升级，实现优质资源在社会的广泛共享（见图1）。

三、混合式机械VR实践教育体系建设

（一）多层次递进式实践教育内容

机械VR实践教育过程主要包含机械专业知识和VR虚拟现实技术两部分内容。实践教育内容应由易到难、由基础到专业、由专业到应用的阶梯性、系统化设计，保证教学质量。虚拟现实技术实践教学内容主要包含虚拟现实概论及教育教学应用学习、虚拟现实设备操作实训、虚拟现实教育案例分享和虚拟现实课件制作等四个方面内容。结合虚拟现实技术和机械专业教学特点，研究设计四大方面机械VR实践教学内容：（1）机械专业真