林喜娜 刘凯 石磊 王志随

【摘要】本文以客观事实为依据，本着"以服务为宗旨、以就业为导向"的职业教育办学方针，全面提高学生素质和能力。探讨了借助虚拟仿真技术和三维建模技术建设优化虚拟实训资源。解决了项目教学过程中实训资源相对缺乏，促进了主动式、协作式、研究型、自主型学习，形成开放、高效的新型实训教学模式的重要途径。

【关键词】虚拟仿真；项目教学；工学结合；

一、概述

《液压与气动技术》是高职机械类专业的一门专业技术课，应用性很强，在机械类的各个专业如机械制造及自动化、机电一体化、数控等专业都占有十分重要的地位，是专业课中的重点课程。这门课程不仅理论性强，而且具有很强的实践性，与企业的生产实际联系紧密。

从我国职业教育的实际出发，坚持理论联系实际，通过课程组成员的国外学习和国内交流，针对《液压与气动技术》理论与实践结合紧密的特点，在实训教学环节中逐步引入"项目引导、任务驱动"的理念，但是在项目教学过程中存在一个瓶颈问题：实训资源相对缺乏，加上上课时间可训练的时间有限，限制了同学们课后实训练习。

针对这一现实问题，在新一轮的课程建设中，借助虚拟技术和三维建模技术，实现《液压与气动技术》实训教学资源立体化、动态化、可视化和网络化，建设虚拟实训环境，解决了项目教学过程中实训资源相对缺乏，促进了主动式、协作式、研究型、自主型学习，形成开放、高效的新型实训教学模式的重要途径。

二、 国内外研究现状分析

随着虚拟现实技术的不断发展和成熟，为其在各个领域的应用提供了技术支持，使人们的生活、工作和学习变得更加快捷和方便。虚拟实训是现代职业教育中必不可少的一种形式，在教育领域应用必将得到进一步的开发与应用。现就国内外研究现状叙述如下：

将虚拟实训运用于运动技能方面的研究由来已久。早在1985年，训练篮球的虚拟现实系统已被开发。训练者戴上特制的手套和眼镜，在虚拟的空间里练习投球。与在真实环境中相比，在虚拟的空间里练习投球有其显著的特点及优势。如模仿真实世界中球的运动轨迹，并控制其运行的速度以适应训练者的训练进程。开始时，球下落的速度非常缓慢，以便使训练者看清球运行的路线，找出偏差，调整自己的动作。随着训练者投篮准确率的提高，球速也开始加快，直到球速与现实中的完全相同。最终，训练者掌握了投篮技巧，并且这与在真实的世界里练习的效果没有多大区别。后来美国Michigan大学虚拟实验室的学生开发了一套运用于足球训练的系统--Virtual Football Trainer。这套系统为使用者提供了一个近乎真实的训练场景，非常适合训练足球队员的实战能力。

虚拟实训在国内的研究主要集中在高校和职业院校应用。例如，北京航空航天大学计算机系是最早进行虚拟现实研究、最具权威的单位之一，研发了用于飞行员训练虚拟现实系统、虚拟现实演示系统，研究了虚拟环境中的物理特性的表示和处理并提出相关算法和实现方法。北京科技大学钟延烔教授研制的VR-4的汽车驾驶模拟器，模拟仿真各种路况上进行驾驶技能的学习和训练，产生逼真的效果。VR-4可以提供多项教练场的正常条件下无法提供的训练项目，如恶劣天气

下的训练，跟随前车的训练等。

三、虚拟实训资源的开发

实训资源相对缺乏，加上上课时间可训练的时间有限，限制了同学们课后实训练习。

因此，在立体化教学资源的建设，主要解决实训资源的相对缺乏及如何引导学生完成实践任务，并留有足够的时间完成各个环节的学生综合评价问题。

针对项目化的教学内容，通过虚拟技术Solidworks composer软件创建虚拟实训资源，借助于多媒体教学手段，引导学生完成教学过程。在立体化实训教学资源的建设中，为保证与工业现场的一致性，采用三维建模技术，按照实际元件的图纸尺寸建立立体元件库，结合实际的实验平台建立元件调用和系统构建平台。三维液压仿真设备与真实的YCS-A液压实验台的结构及工作原理完全一样的功能，可以仿真操作、任意拆装、任意设置故障、排除故障，所有的设备元器件及仪器仪表能够根据其相应的物理属性实时做出反应，就跟学生操作真实实验设备的效果一样，达到学生动手实验实训的目的。对比现有课程资源主要进行四项转化：

1、二维图片立体化，改变传统教学图片的展示，将液压实验台和气压实验台及液压与气压的所有元件通过实地测量，然后借助Solidworks软件进行建模，渲染，使更加形象、逼真。

2、静态过程动态化，改变液压和气压元件工作过程的静态分析，借助Composer软件对已建好的实验台及模型进行拆装动画及回路的拆装及工作原理的动画，通过机构仿真和动画技术实现静态过程的动态化，完成二维到三维再到动画的转换。如图1所示：

3、系统机构可视化，通过Solidworks软件剖视、透明等技术，将工作台及所有的液压元件的结构及工作过程完全展示，每一个液压元件都是透明可见，将一些简单的液压回路，在虚拟的实验台上进行搭建，可以交互操作。如图2所示：

4、教学实训资源网络化，所有的实训教学资源均为电子文件，借助于网络平台实现远程实训教学和自学环节的虚拟仿真实验平台。

四、虚拟实训资源的应用推广

1、运用现代教育技术，计算机虚拟现实技术等充分发挥各种媒体的优势，将各种相互作用、相互联系的媒体和资源有机地整合，形成了立体化、网络化、精品化教学实训资源库。立体化实训教学资源的实施，深化了校企合作的教学模式；克服了教材形式的单一性，提高了其实用性，满足了现代学习者个性、自主性和实践性的要求。既充分发挥了教师的主导作用，又充分体现了学生的主体地位，创建了有利于大学生素质教育和创新能力培养的教学模式；

2、教学实训资源既为教师备课提供了规范而有弹性的参考，又为教师实施教学提供了完善便于操作的技术支持。资源库的教学素材丰富且新颖，既增加了教学的容量，充实、拓宽了教学内容，增强了教学的时代感，又提供了比较完整的教学解决方案，最大限度满足了教学要求。同时改进了教学方法和教学手段，使教学中抽象、难以理解的内容变的生动直观，达到黑板授课不可比拟的效果，从而突破传统的教学模式。建构了有利于大学生素质教育和创新能力培养的教学模式。

3、为学生提供了良好的学习平台。为学生提供了一个具有科学性、先进性、易操作的网上学习环境。增加了学生学习的信息量，有利于学生课外学习的辅导，使教学活动实现了从信息的单向（教师对学生）传递向双向（师生之间）乃至更广的范围（生生之间、教师之间、教师与社会之间）交换传递的转变，实现了交互教学及人机结合、师生结合、课内外结合，大大提高了教学效率和效果。为学生的学习和发展提供多样的教育环境和有力的学习工具，有助于启迪学生的形象思维，提高学习效率。完善教学实训室的建设与管理。

五、结束语

根据高职教育的培养模式，全面提高学生素质和能力。以信息技术的有效应用为突破口，建设立体化实训教学虚拟实训资源，改造提升传统教学，加快信息技术应用。大力开发数字化专业教学资源库，应用现代教育技术，丰富教学形式、提高教学效果，促进优质教学资源的共享，拓展学生学习空间。拓展学习时空， 结成学习同盟， 化解学习难点，提高学习成效。从而推动《液压与气动技术》课程的改革与发展，为现代职业教育体系建设做出贡献。

参考文献

[1]虚拟现实技术在技能训练中的一些实例[J].中国教育网络，2006，zl：48-49.

[2]许徽.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展[J].现代商贸工业，2009（2）：279-280

[3]陈小红.虚拟实验室的研究现状极其发展趋势[J].中国现代教育装备，2010，17：107-109