李彩霞

數(shù)控技術(shù)專業(yè)遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)體系研究與實(shí)踐

李彩霞

（重慶工商職業(yè)學(xué)院智能制造與汽車學(xué)院，重慶401520）

通過(guò)分析遠(yuǎn)程數(shù)控技術(shù)專業(yè)遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出構(gòu)建基于Web3D的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的思路和實(shí)現(xiàn)途徑，并且提出數(shù)控虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)所包含的功能模塊內(nèi)容及使用效果。這對(duì)于遠(yuǎn)程數(shù)控虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)思路具有一定的指導(dǎo)意義。

遠(yuǎn)程；數(shù)控技術(shù)；Web3D；虛擬實(shí)訓(xùn)

我校實(shí)行“雙模式”辦學(xué)理念，采用高職教育與開(kāi)放教育相互協(xié)調(diào)、相互融通，現(xiàn)代信息技術(shù)與實(shí)踐性教學(xué)深度融合辦學(xué)模式，旨在為社會(huì)培養(yǎng)有較強(qiáng)實(shí)踐能力的應(yīng)用型專業(yè)人才。所以教學(xué)資源建設(shè)需要兼顧高職與遠(yuǎn)程教育兩者的服務(wù)面向及其教學(xué)特點(diǎn)。

1 數(shù)控技術(shù)專業(yè)遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)體系建設(shè)思路

（1）現(xiàn)狀分析

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育目前較普遍的教學(xué)形式是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直播教師講課錄像，或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)生下載教學(xué)課件。這種教育形式簡(jiǎn)單易行，但也存在問(wèn)題，如遠(yuǎn)程教育的學(xué)生缺少實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)中的互動(dòng)教學(xué)，由于沒(méi)有真實(shí)教學(xué)設(shè)備操作，制約了學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)[1]。

（2）建設(shè)思路

實(shí)踐教學(xué)目的在于對(duì)人才實(shí)際操作能力的培養(yǎng)，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，確定數(shù)控技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的主要內(nèi)容包括崗位基本技能實(shí)訓(xùn)、專項(xiàng)技能實(shí)訓(xùn)和專業(yè)綜合技能實(shí)訓(xùn)。為完成以上內(nèi)容的教學(xué)，通過(guò)遵循科學(xué)評(píng)估和激勵(lì)機(jī)制，構(gòu)建嚴(yán)格的實(shí)踐教學(xué)管理制度，構(gòu)建了其實(shí)踐教學(xué)體系，如圖1所示，該體系根據(jù)企業(yè)對(duì)于畢業(yè)生質(zhì)量的反饋可再次修訂。

為了兼顧高職與遠(yuǎn)程教育的特點(diǎn)，提出利用虛擬實(shí)訓(xùn)，通過(guò)構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)來(lái)開(kāi)展遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的方法。該方法和平臺(tái)正是對(duì)傳統(tǒng)遠(yuǎn)程教學(xué)的補(bǔ)充，采用虛擬實(shí)訓(xùn)可以豐富高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)手段。

圖1 數(shù)控技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)，它是模擬的三維環(huán)境，用戶可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)入并操作系統(tǒng)中的對(duì)象并與之交互。近些年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各種教學(xué)類虛擬仿真系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣。Web3D技術(shù)就是在互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。Web3D技術(shù)采用個(gè)人計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。Web3D技術(shù)是一種能夠在互聯(lián)網(wǎng)上普及的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可應(yīng)用于以互聯(lián)網(wǎng)為傳播媒體的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育建立數(shù)控虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系[2-4]。數(shù)控技術(shù)專業(yè)的虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用Web3D來(lái)實(shí)現(xiàn)，架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于Web3D的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)架構(gòu)圖

2 基于Web3D的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建原則與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 構(gòu)建原則

虛擬實(shí)訓(xùn)體系是現(xiàn)代職業(yè)教育實(shí)踐教學(xué)體系重要的組成部分。構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)體系應(yīng)把握如下主要原則：

（1）一致性原則。任何虛擬仿真實(shí)訓(xùn)必須以真實(shí)實(shí)訓(xùn)過(guò)程為基礎(chǔ)，既要與真實(shí)實(shí)訓(xùn)的屬性一致，又要與學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律相一致，否則會(huì)對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)帶來(lái)錯(cuò)誤的教學(xué)效果。

（2）交互性原則。也叫動(dòng)態(tài)的開(kāi)放性原則，包括學(xué)習(xí)者和虛擬實(shí)訓(xùn)之間的交互，以及學(xué)習(xí)者與實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師之間的交互。學(xué)習(xí)者與指導(dǎo)者互動(dòng)并能得到教師實(shí)時(shí)的指導(dǎo)有利于提高教學(xué)效果。交互性是提高虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)和提高遠(yuǎn)程教學(xué)效果的重要保證。

（3）項(xiàng)目的實(shí)踐性和仿真性原則。虛擬實(shí)訓(xùn)是相對(duì)于基于機(jī)床設(shè)備等的真實(shí)實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)形式，其顯著特點(diǎn)是對(duì)真實(shí)實(shí)訓(xùn)環(huán)境和崗位的虛擬再現(xiàn)，為復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)環(huán)境和設(shè)備操作流程提供可能。為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，必須建設(shè)與真實(shí)環(huán)境一致的項(xiàng)目任務(wù)。

（4）虛擬實(shí)訓(xùn)資源的共享性原則。虛擬實(shí)訓(xùn)體系要求所有實(shí)訓(xùn)資源具有開(kāi)放性和可調(diào)用性。

（5）數(shù)據(jù)優(yōu)化原則。開(kāi)發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)＋模式的Web3D遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，就是使學(xué)生在學(xué)校以外也能利用互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)操作計(jì)算機(jī)便可在瀏覽器中進(jìn)行虛擬實(shí)訓(xùn)?；赪eb3D的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)資源需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)供學(xué)習(xí)者進(jìn)行交互學(xué)習(xí)，不但需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，還需要較優(yōu)化的數(shù)據(jù)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）主要基于Web3D來(lái)實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)和操作。Web3D編輯工具為用戶提供了完善的3D模型和動(dòng)畫制作功能，后續(xù)可對(duì)平臺(tái)的功能和資源進(jìn)行擴(kuò)展和完善。

（2）系統(tǒng)采用C++、PHP、Javascript等主流語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)，最后全部通過(guò)打包加密后再利用編譯程序進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，大大加快了系統(tǒng)整體運(yùn)行速度。

（3）本系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中學(xué)生操作的3D動(dòng)畫的動(dòng)作是通過(guò)TCP/IP協(xié)議發(fā)送給服務(wù)器端程序的，而該系統(tǒng)中的TCP/IP協(xié)議采取的是UDP用戶數(shù)據(jù)包模式，保證了數(shù)據(jù)不會(huì)輕易丟失與延遲。

（4）服務(wù)器端除提供在線3D虛擬實(shí)驗(yàn)所需的功能服務(wù)外，還提供DB Server、Web server、Mail server三種服務(wù)。

DB Server：采用基于MySQL的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，提供對(duì)所有3D模型數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的存貯與管理，對(duì)教師與學(xué)生分別分配其個(gè)人存貯空間。

Web Server：采用Apache架設(shè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，以PHP完成服務(wù)器端腳本編寫，利用Apache和PHP對(duì)MySQL的良好支持，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)對(duì)DB Server的資料讀取與修改。

3 基于Web3D的虛擬實(shí)訓(xùn)體系下平臺(tái)功能模塊及實(shí)現(xiàn)效果與評(píng)價(jià)

構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，要充分利用虛擬實(shí)訓(xùn)與傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)交互與職業(yè)教育的緊密結(jié)合，通過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)增強(qiáng)系統(tǒng)的真實(shí)性。通過(guò)對(duì)數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的分析，數(shù)控技術(shù)專業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容如圖3所示，虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)效果如圖4所示。通過(guò)該平臺(tái)可開(kāi)展基于互聯(lián)網(wǎng)+模式的虛擬遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

圖3 基于Web3D的數(shù)控虛擬實(shí)訓(xùn)體系下平臺(tái)功能模塊內(nèi)容

圖4 基于Web3D的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)效果圖

該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)已投入使用，通過(guò)一年的實(shí)訓(xùn)教學(xué)使用后學(xué)生與教師的評(píng)價(jià)反饋分析，虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)投入極大豐富了我校遠(yuǎn)程教學(xué)和高職教學(xué)中實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)手段和培養(yǎng)模式，應(yīng)用前景良好，有推廣價(jià)值。下一步還需要通過(guò)企業(yè)參與評(píng)價(jià)，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善平臺(tái)資源建設(shè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是數(shù)控技術(shù)專業(yè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。構(gòu)建基于Web3D的遠(yuǎn)程數(shù)控虛擬實(shí)訓(xùn)體系，應(yīng)用虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境，具有兩方面的好處：一是充分提高遠(yuǎn)程教育質(zhì)量的同時(shí)豐富了高職在校生的教學(xué)手段和學(xué)習(xí)途徑；二是極大降低了學(xué)校辦學(xué)的硬件投入。

[1]陽(yáng)西述.現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究[J].科學(xué)時(shí)代，2008，16（6）：24-25.

[2]陽(yáng)西述，劉懷玉．Web3D新技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用[J]．吉首大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，29（1）：47-50.

[3]苑衛(wèi)東，馮憲琴．高職數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)體系的完善策略[J]．湖南農(nóng)機(jī)，2014，48（2）：33-35.

[4]吉鴻，蘇宏林.高職機(jī)電一體化專業(yè)虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].中國(guó)成人教育，2013，25（4）：86-88.

Researching and Practicing Remote Virtual Practical Teaching System for the Specialty of Numerical Control Technology

LI Cai-xia
（Chongqing Institute of Industry and Commerce，Career Academy，Chongqing 401520，China）

Through the analysis of the status of remote training teaching remote CNC technology professional，proposes the construction and realization of remote virtual teaching system based on Web3D thinking way，and put forward the function module content and effect of NC virtual training platform contains.It has certain guiding significance for the remote NC virtual training teaching ideas.

remote；numerical control technology；Web3D；virtual training

G642.0

A

1672-545X（2017）02-0250-02

2016-11-23

重慶工商職業(yè)學(xué)院2015年科學(xué)研究一般項(xiàng)目（YB2015-04）

李彩霞（1984-），女，陜西綏德人，副教授，碩士研究生，從事機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)研究。