赵秋园 吴卫刚 孙治国 郑永生

摘 要 虚拟仿真技术应用于高职课程改革中，可以弥补部分专业课程实训环节由于设备巨大，存在安全隐患，无法全面系统开展实训的不足。以港口机械应用技术专业的一门专业课程“门座起重机结构与维保”的仿真实训平台开发为例，系统介绍了课程开发的全过程，可以为其它高职类类似课程的开发提供参考借鉴。

关键词 虚拟仿真 实训 专业课程

中图分类号：G712 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.03.021

Abstract The application of virtual simulation technology in the curriculum reform of higher vocational education can make up for the shortage of training equipment huge size， security risks and unable to carry out practical training systematically. In port machine applied technology profession teaching we take the development of a virtual training platform for "portal crane's structure and maintenance" course as an example， the whole process of course development is introduced， which can provide reference for other similar courses in higher vocational colleges.

Keywords Virtual Simulation； practical training； professional course

近几年来，虚拟仿真技术正受到社会各界的关注和应用，市面上也出現了很多虚拟仿真软件，为企业工艺流程改造、研发产品验证等提供了新思路，为企业创造了效益。虚拟仿真技术是综合运用计算机图形学、人机交互、传感、人工智能等多项技术以产生一个模拟真实世界的虚拟环境，用户可以通过各种方式与这个环境进行交互，环境会及时做出回应，从而使得用户有一种沉浸于虚拟环境的感觉。[1]该环境具有独特的浸没感和临场参与感，是一个开放、互动的环境。[2]

在高职教育领域虚拟仿真技术也有应用前景，结合课程需要和学生掌握知识便捷性需求，进行基于虚拟仿真技术的课程开发越来越受到高职院校的重视。另外，教育部在《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中提出，在教学中要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。[3] 因此，将虚拟仿真技术应用于高职课程改革和课程实训环节中，是一个很好的发展方向。

虽然虚拟仿真技术已在多个领域的教学及实践中应用，[4]但在港口机械专业课程实训教学中的应用还在探索阶段，很多情况下只是部分模块的开发和探索， 没能形成较为系统全面的课程体系。目前我院港口机械类相关专业的学生在专业课程学习过程中，接触的大都是大型港机设备，体积大、重量大、零部件多、结构复杂、维修保养工作有别于一般小型设备。以“港口门座起重机结构与维保”课程为例，一台门座起重机零部件在1万个以上，自重高达几百吨，而且相应的维修保养工艺与普通设备不同，因此开展设备维保实训有一定难度而且有安全隐患。如果能将企业实际需求的设备建立三维仿真模型，将专业课程中主要结构原理知识以三维模型的方式在课件中再现，同时重视设备维修技能的培养和维护保养技能培养，开发建设三维仿真实训平台，技能培养以仿真模拟训练加真实零部件拆装相结合的方式开展，使学生技能提升途径多元化，可以弥补传统教学无法开展全面实训的不足。

1 课程设计目标

针对“门座起重机结构与维保”课程的教学目标，结合行业企业生产实际，将课程体系进行系统梳理，总结归纳，将授课内容归结为若干技能项目：包括设备整体结构与原理认知（利用仿真实训平台立体动画形式展示）、部分零部件检修与认知（利用港机维修中心实训室真实零部件拆装检修实训开展）、维修技能项目利用仿真实训平台实现、日常检查与润滑保养技能项目利用仿真实训平台实现。

2 仿真实训平台开发的具体做法

首先，与烟台昭阳公司、青岛港装卸公司等企业合作完成门座起重机三维建模，其中教师负责港口装卸公司调研，收集整理设备技术资料，分析门座起重机结构，建模过程中技术问题指导反馈，提出建模修改意见；烟台昭阳工程师负责软件建模。

然后，以三维模型为基础教师完成仿真实训平台的三维动画课件脚本、虚拟维修实训项目脚本、虚拟保养实训脚本编写，仿真实训平台开发过程中提出修改意见；烟台工程师完成虚拟维修保养实训项目开发。具体过程如下：

2.1 虚拟平台准备阶段

深入港口企业调研，了解企业维保人才技能需求，获取设备维修保养工艺、设备结构图纸等资料，完善仿真平台的基础工作。

2.2 虚拟平台建设方面

零部件测绘建模；零部件三维模型组装；以三维模型为基础完成三维课件多种表现形式的教案编写；三维立体化课件的制作；仿真实训项目的制作。

2.3 教学方法方面

理论授课采用虚拟仿真课件展示；实训方面以虚拟仿真实训加实践实训结合，以在虚拟平台操作、向教师提问问题和动手拆装设备为主，教师总结教授为辅的方法。

2.4 教学效果评价方面

虚拟平台仿真实训考核加部分零部件拆装实训考核相结合，各占50%。

3 实施仿真实训平台后所取得的成果

通过近一年的教学实践证明，该项目可以满足港口机械应用技术专业和港口物流设备与自动控制专业“港口起重机械”等相关课程每班50人的授课和考核需要，提升了学生掌握技能的能力；专业教师全程参与，提升了专业教师的职业技能；仿真实训平台还可以用于企业相关维修及技术人员每班30人次的培训需要，真正体现校企合作的价值。部分仿真实训平台软件截图见图1-2。

4 总结

仿真实训平台开发是一个漫长而循序渐进的过程，不仅需要专业教师深入企业调研岗位需求，还要求专业教师深入企业系统学习岗位最新技能，同时开发过程需要与专业的软件公司合作，由教师提供方案和具体要求，为此需要编写大量教案和软件开发脚本，企业工程师负责仿真实训平台开发。经过了一年多的仿真实训平台开发，双方需经常沟通，在沟通中加深了与企业的合作及各自技能的提升。在教学应用中随时发现问题随时更改，以利于教学的开展。通过实践验证，采用仿真实训方式弥补了过去无法全面开展真实实训的不足，满足了学生职业技能掌握的需要，节省了购置大型设备的费用，同时还提高了专业教师的职业技能。

参考文献

[1] 王永喜.基于物理虚拟实验室促进学生创新能力的研究[D].兰州：西北师范大学，2011.

[2] 王娟.浅析虚拟现实技术对建筑设计的影响[J].数字化用户，2013（25）：256-257.

[3] 教育部.关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见[J].中国职业技术教育，2007（1）：14-15.

[4] 娄军委.高职建筑装饰专业实训虚拟仿真系统的建设与教学实践研究.浙江工商职业技术学院学报，2016（15）：57-60.