张席 许家宝 于华 刘玉飞

摘要：结合本校工程教育专业认证背景和数控加工实训课程的特点，分析该课程传统教学模式存在的问题，提出了基于增强现实技术的课程教学改革模式，能够实现数控加工实训环节的在机模拟和过程监测，通过虚实融合的教学方式有效激发学生的学习热情和积极性，提高教师的现场授课效果，为数控加工实训的教学改革提供一定借鉴。

关键词：数控加工实训；增强现实技术；教学改革；OBE理念

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）12-0125-02

一、引言

当前，作为《华盛顿协议》签约成员，我国的高校工程教育改革有了明确标准。其中，成果导向教育理念（Outcome Based Education，简称OBE）是美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念，以成果导向教育理念引导工程教育改革具有重要的现实意义，《工程教育认证标准（2015）版》中明确了毕业要求应覆盖的12个指标内容，而毕业要求的达成需要课程体系作为支持。工程训练作为新时期我国高校培养创新型工程人才的重要实践教育方式，已成为专业课程体系的重要实践性环节，让学生通过实践了解实际生产、认识工艺及其发展历程，训练基本操作技能，拓宽工程知识，提高综合素质，为学习后续课程和从事相关专业技术工作奠定必要的工程实践基础。因此，在新形势和工程教育改革引领下，工程训练的创新发展必须革新传统教学环节存在的弊端，采用不同于传统的教学场地和教学工具，以适应社会对创新型工程人才的需求变化。

二、数控加工实训传统教学模式问题分析

数控加工是重要的工程实训模块，主要包括编程和加工两个主要环节。编程的关键是读图识图，随着高校工程训练的普及，部分学生来自非工科专业或在参加工程训练课程时尚未接触到机械制图等相关专业课程，因而存在缺乏自主读图识图的能力，同时由于教学时间的限制，教師在实训场地无法对图纸相关的理论知识进行系统深入的讲解，这样对于空间想象能力较差的同学，无法根据加工图纸想象转化成三维模型，从而降低了学生的编程效果。对于加工部分来说，传统的教学模式是教师操作、讲解、演练，这种方式往往存在一定的滞后性和危险性，步骤较多时，学生在短时间内难以消化吸收，同时教师在有限的教学时间内要反复强调加工环节可能出现的问题，教学效率明显降低。对于操作能力和理解能力差的学生，因操作不当，极易造成刀具、工件和机床的损坏，影响后续的实训学习、工件加工制作和班级整体的教学效果。学生在课程之余，离开实训场地，不具备操作练习的条件，学习的知识得不到及时巩固加强，进一步降低学习效率和积极性，不利于激发OBE理念所倡导的“具有自主学习和终身学习的意识”。

三、基于增强现实技术的教学模式探索

（一）增强现实技术的可行性分析

通过以上数控加工教学模式问题分析可以看出，传统的教学模式无法适应学生专业和已学知识的差异性，明显制约课堂教学效果以及学生的学习效率和积极性。增强现实技术是一种能够将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，把在现实世界一定时间空间范围内难以体验到的实体信息（视觉信息、声音等）通过电脑等科学技术应用到真实世界，被感官所感知，达到超越现实的感官体验，已被逐步应用于教学改革环节。将数控加工实训环节与增强现实技术相结合，能够解决数控实训环节存在的概念抽象和效率低下问题，同时“超越现实的感官体验”能够有效激发学生的学习热情和积极性，能够有助于有利贯彻OBE理念，激发学生“具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力”。

（二）基于增强现实技术的数控加工教学改革

为了提高数控实训环节的教学效果以及学生学习的积极性和安全操作，采用增强现实技术与传统实践教学相结合的方式，将数控加工读图识图和编程加工环节与增强现实技术相结合，解决数控实训环节的概念抽象问题。基于增强现实技术的数控加工教学模式的实现流程如图1所示。

在该教学模式下，学生只需使用手机扫描图纸的二维码，利用增强现实技术在机模拟、监测数控机床的加工过程，实现虚实融合。（1）将二维的零件图纸立体化，帮助学生“看到”加工零件的三维模型，学生可对模型进行手指操控。让学生在理解加工工艺的基础上进行有效编程。（2）对于加工实践环节利用增强现实技术进行数控加工虚拟仿真，让学生置身虚拟三维空间加工环境中，身临其境地“真实”感觉零件加工的完整过程，熟悉工件和刀具的装载、量具使用等各种操作，验证、优化加工指令和加工工艺，领会加工过程中需要注意的各种问题，从而提高学生操作的效率和安全性。（3）利用增强现实的数控加工虚拟仿真技术，学生可以在课后对课堂知识进行及时“回看”和巩固，对知识点进行查缺补漏，提高学生的学习效率，同时在上课前也可以对新的课程内容进行预习，有效激发学生自主学习的意识和能力。

四、结论

本文分析了传统数控加工教学环节存在的问题，提出基于增强现实技术的数控加工教学模式，能够突破时间、空间、硬件条件的限制，实现在机模拟、实时监测加工过程，达到虚实融合、以虚助实的教学效果。根据我校工程教育专业认证背景，所提出的这种教学模式能够有效激发学生的学习兴趣和积极性，有利于贯彻OBE理念，提高学生在课上和课下学习的真实感，提高教师的现场授课效果，为数控加工实训环节的教学改革提供有效指导。

参考文献：

[1]中国工程教育专业认证协会.工程教育认证一点通[M].北京：教育科学出版社，2015.

[2]吴卓平，王松婵，杨连生.高校工程训练创新发展探析[J].实验技术与管理，2014，31（10）：51-54.

[3]闫甲鹏，何汉武，陈和恩等.基于移动终端的增强现实虚实融合技术[J].中国科技论文，2015，10（16）：1890-1893.

Research on Teaching Reform of NC Machining Practice Based on Augmented Reality Technology

ZHANG Xi，1，XU Jia-bao 1，YU Hua，2，LIU Yu-fei 2

（1. Engineering Research and Training Center，Anhui Polytechnic University，Anhui，Wuhu 241000，China）；

2. School of Mechanical and Automotive Engineering，Anhui Polytechnic University，Anhui，Wuhu 241000，China）

Abstract：according to the characteristics of the school of engineering education background and professional certification of CNC training courses，analyzes the traditional teaching mode of the course of the problem，put forward the reform of teaching mode based on augmented reality technology，can realize the NC Machining Training in computer simulation and process monitoring，effectively stimulate students' learning enthusiasm and initiative through the integration of teaching methods，improve teachers' teaching field，providing some reference for the teaching reform of CNC machining training.

Key words：NC Machining Training；augmented reality technology；teaching reform；OBE concept