关 欣

（辽宁装备制造职业技术学院， 辽宁沈阳 110161）

0 引言

随着职业教育水平的日渐提升和教育教学改革的逐步推进，教育信息化被越来越多职业院校所重视，而在职业教育中融入信息化技术手段也是越发普遍[1]，尤其是在教学中应用虚拟现实技术，能够在极大程度上改变传统单一的教学模式，弥补传统实训教学的不足，降低实训资源成本，提高实训教学效率[2]。教师可以借助最新的虚拟现实技术来辅助教学，极大地丰富了教学资源，提升了教师应用信息技术的能力和意识，优化了实训教学项目，从而激发了学生的学习兴趣，使实训课堂教学质量明显提升。

美国多所大学（如华盛顿大学、斯坦福大学、麻省理工学院等）以及科研类机构最早对虚拟现实技术进行研发[3]，除此之外德国国家技术中心也开展了对虚拟现实技术的研究，他们在虚拟世界的感知、虚拟现实在空间领域的应用等方面贡献突出[4]。在英国的牛津大学，学生也可以在信息产业中心对虚拟现实技术进行不断的研究与试验。我国于20世纪80年代开始对虚拟现实技术进行研究，并逐步取得了一定的成效[5-6]。浙江大学电气工程学院设计的远程虚拟实验系统，能够将远程实验及设备进行共享使用；由北京科技大学研发的交互式汽车模拟培训系统，投入使用后效果也非常好[7-8]。目前国内对于虚拟实训和真实实训有效整合取得了一定的进展，正朝着网络化、专业化、智能化等方向大力发展[9-10]。

1 数控铣实训课程教学现状

高职院校数控铣实训课程为技能实践课，课程多以教师实操演示，学生动手训练方式进行。虽然已有部分网络课程同步教学资源供开放教育使用，但内容相对单一，一些学生受学习场地、空间、时间等限制，学习主动性和积极性并不高。在授课过程中，部分教师引入信息化教学手段并不多，主要以技能实操训练为主，这就导致学生无法在课余时间进行反复练习，且没有更多资料供学习参考。因此需改变传统实训授课模式，将虚拟仿真技术引入到数控铣实训教学中，并建立相对完整的虚拟仿真实训课程体系，将教学知识点与问题或任务相挂钩，让学生通过远程线上学习和探究来解决问题进而完成教学任务，并对学生开展个性化辅导，培养学生解决问题的技能和自主学习的能力[11-12]。

通过建设虚拟仿真实训课程资源并将虚拟仿真技术应用在开放教育和职业教育实训教学中，能够在很大程度上改善课堂教学效果，大幅度调动课堂氛围及学生的学习主动性，规范学生的学习行为，使学生对自身时间管理意识逐渐增强，实训课堂变动丰富有趣，而且培养模式也符合教学目标和专业人才培养需求[13-14]，更能让实训课程（以数控铣实训课为例）教学改革得以发展。

2 虚拟仿真教学模式在数控铣实训教学中的设计与应用

2.1 虚拟仿真实训教学实施目的

数控多轴铣削加工实训课程是数控加工专业的核心课程，也是开放教育的重要实践教学环节，为培养数控加工专业人才提供必备的理论知识和专业技能，通过本课程学习，学生应具备完成数控铣削零件加工工艺设计、工艺分析、数控编程与独立操作设备的能力[15]。传统实训教学手段相对单一、内容相对固定，缺乏技术性创新，导致学生课堂参与度低，技能水平无法达到理想高度。将虚拟仿真实训技术有效融入到实训课堂，创新“虚拟仿真+实训操作”新模式，将虚拟现实技术、在线精品课程建设、课程问题库建立、实操视频微课录制、现场直播教学等技术手段进行有机整合，学生根据不同学习需求选择相对应的学习模式，不再受限于传统实训课堂，学习时间更自由，学习方式更灵活，可以很大程度上提升整体实训教学质量。学生在虚拟环境中进行反复实操训练，锻炼了动手操作、独立思考问题和解决问题的能力，逐步降低错误发生率，学习成就感显著增强[16-17]。

2.2 虚拟仿真实训教学实施方法

将虚拟仿真技术有效融入到实训课堂中，创新适合数控铣实训课程的“虚拟仿真+实训操作”教学新模式，利用信息化教学手段和虚拟现实技术改进传统实训教学方法，增设线上学习、现场直播、课程资源建设、视频回顾等学习资源，提高实训教学效率。

制作数控铣虚拟仿真实训课程线上学习资源（精品课、微课程、PPT制作、问题库建设），线下授课引入直播教学手段。在课程中引入“情景式教学”新模式，根据真实的生产任务设计出不同的实训项目，形成以项目为主导的驱动式教学模式。模拟真实情景，形成学习小组，学生合作进行组间研讨和探究，解决实际问题，挖掘隐藏在项目中的知识点，真正实现“情景式教学”新思路。

形成较成熟的虚拟仿真实训教学体系，开展合理需求的个性化教学辅导，解放学生的学习时间和空间，进而提升实训教学质量。提高实训教师适应时代发展与企业用人变化的需求，身体力行地探索新教育思想、新教学方式和新教学手段。

2.3 虚拟仿真实训教学实施过程

虚拟仿真实训教学流程坚持“以学生为主体、教师为主导”的原则，教学实施过程包括师生课堂活动及下发各自任务，教学项目中的具体流程是：认知实操环境—实训项目分解—虚拟仿真训练—真实实操训练—实训总结反馈。

2.3.1 认知实操环境

通过前期教师进行的虚拟仿真实训课程资源建设，在长江雨课堂、职教云等平台进行网络上传，对学生进行理论知识要点和技能操作要点讲解。学生的主要学习内容为观看教师上传的虚拟仿真实训课程资源，认知实操环境，了解实训基本流程及安全注意事项等。

2.3.2 实训项目分解

指导教师按照不同实训项目划分实训任务，再根据学生特点及自身优势合理进行分组，并下发任务指导书。教师分别强调不同任务的各自特点，并启发学生进行小组讨论。小组间进行交流研讨，明确任务内容及各自分工，为下步实训内容奠定基础。

2.3.3 虚拟仿真训练

教师根据教学任务为学生提供虚拟实训设备，并对虚拟实训设备的操作步骤进行讲解演示，学生以小组合作方式进行练习，教师进行巡视指导及检查。在整个虚拟实操训练过程中，小组间可以进行交流和谈论，更换体验角色，合作完成训练内容。与此同时教师对整个教学过程进行现场直播和录制，并在课后进行云端上传，方便学生课后复习使用，并共享于开放教育。

2.3.4 真实实操训练

此阶段教师的主要任务是为学生提供实训所需的材料和工、量、刃具等实训耗材，使学生完成真实情境下数控机床操作实训任务，教师示范技能操作要领并对学生提供相应的技术指导。学生的主要任务是将在虚拟实训教学环节中所掌握的技能操作要点和理论知识要点进行迁移运用，在现实环境下的数控设备上进行操作练习，完成教师规定的实训任务。

2.3.5 实训总结反馈

教师根据学生的实训综合表现进行评价和反馈，并逐一对小组进行点评，学生进行组间自评和互评并根据教师的反馈结果进行反思与改进。若学生在课堂中没能很好地理解教学内容，则可通过虚拟实训网络课程资源进行补充学习和复习，直至达到教学目标，最后教师可根据学生对知识要点和技能要领的掌握情况布置课后实训任务。

3 虚拟仿真教学模式在数控铣实训教学中发挥出的重要作用

3.1 有助于改变高职院校实训教学现状

高职类院校旨在培养专业类技术型人才，注重学生的实操技能和职业素质的养成。高职人才培养的定位，以适应社会发展需求为目标，培养学生具备适度的基础理论知识和较强的技术应用能力[18]。在传统教育模式中引入虚拟现实技术，能够极大丰富原有单一的教学方式，将虚拟仿真技术与现实教学活动相结合，搭建虚拟仿真实训平台，建立虚拟仿真实训课程，解决部分学校教学培训资源落后和校企合作匮乏等问题。虚拟实训利用了信息化技术手段模拟出现有企业中较为真实的生产环境，通过信息技术与人机交互技术等多种先进集成技术，使学生可以在此环境中获得真实的感官体验[19]，学生在学校学到的专业知识和技能，都能在日后企业实践中得以应用。

3.2 有助于调动学生的学习主动性

在高职类学校中，大多数学生能够保持对新知的强烈好奇心以及对先进技术的学习欲望，而虚拟现实技术是高校引入到教学中的一项先进的信息化技术手段，学生能够在课堂中体会到虚拟实训教学的优势所在，使得学生的学习欲望与动手操作兴趣急剧增加。虚拟仿真技术能够给学生提供出虚拟的现实环境，其多变性能够满足学生在不同情境中的学习需求，大幅度提升了学生的发散思维和创新能力。

3.3 有助于降低传统实训教学风险

在传统的实训教学中存在一些易发生危险的实训项目，一直以来这些实训危险点是困扰教师教学的一大难题。建设虚拟仿真实训课程和引入虚拟现实技术，对于危险系数相对较高的实训项目，学生可以自行进行虚拟训练，通过对视频资源的观看和对相关知识点的解读，学生可基本了解操作工种的岗位技能要领，之后再组织学生到真实环境中进行实操训练，这样可以提升实训教学的安全性。对于接受开放教育的学生，也可以不再受时间和地点限制，通过网络课程资源和虚拟实训技术完成线上课程的实践训练，既完成了教学任务，又能保证初学者的实训安全，确保每名学生都能获得相同的实训机会，解决了有些危险系数高的实训项目难以开展的问题。虚拟仿真技术可以使学生更好地投入到每个实训教学环节中，避免了个别学生因错误操作而造成的人身或设备伤害。

3.4 有助于构建较为真实的实训教学情景

根据教学需求，将虚拟现实技术应用在先进设备中，为学生搭建成一个“三感”世界，其中包括了触觉、听觉和视觉感官，这样能够让学生快速地体会出在三维虚拟环境下进行模拟实训的真实感受。现在的虚拟技术主要是借助AR头盔、眼镜、立体环绕耳机等虚拟设备，实现了人体在虚拟环境中做出的一系列操作动作，如移动、抓取、敲打、安装等。学生的体验就能够更加真实，更加具体，更加富有感染力，进而沉浸在虚拟世界中进行实际操作训练。根据虚拟设备提供的与真实教学环境和相似的实训场景，学生能够实现与真实环境间的相互隔绝，这对降低环境因素对实训教学的不利影响有很大作用[20]。

4 结束语

将虚拟仿真实训教学模式引入到高职院校实训教学和开放教育实践环节中，汲取虚拟技术的优势所在，对课程内容进行修改和完善，建立虚拟仿真实训课程线上教学资源，以适应新时代高职院校实训教学需求。学生通过虚拟技术模拟在现实环境中的实训教学环节，加深对数控铣实训操作的理解程度，在操作中锻炼了思维，提高了自主学习能力，充分发挥出学生的主观能动性，弱化了教师在教学过程中的主导地位。虚拟仿真技术的应用，提升了实训教学的安全性，培养了学生的动手实践能力和应用创新能力，增强学生的就业竞争力，符合职教改革的新方向，能够在职业教育和开放教育中发挥出极大作用，具有一定的应用价值。