基于虚拟仪器技术的任职课程实践教学改革

于飞　向东　吴强

摘要：任职教育注重学生的设备操作使用及维修能力的培养，分析了目前任职教育中的实践教学方式及其不足之处，并在此基础上，提出了一种采用虚拟仪器技术开展设备虚拟操作及虚拟维修的实现方法，解决了目前任职实践教学实验设备不足、设备陈旧、更新慢、场地欠缺等问题，有效提高了任职教育的实践教学质量。

关键词：任职教育；虚拟仪器；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）06-0109-02

一、引言

任职教育的目的是培养学生的岗位任职能力，使学生能够在毕业后胜任岗位装备操作使用和维修保障的任务，实现院校教育和工作岗位的直接对接[1]。人才培养方案中也对任职教育中实践环节所占的比重做了很高的要求，目的就是提高学生的综合实践能力和岗位任职能力。然而目前任职教育的课程设置却很难满足实践教学的要求，难以达到任职教育的目标。这主要是因为面向任职的实验设备侧重于装备，而实际装备价格昂贵、台套数量少，不能形成规模，一些设备的利用率也不高，造成资源浪费[2，3]；即使采用教学训练模拟器也面临着开发周期长、开发费用高、数量少、占地大的问题。因此目前无论是实验设备还是实验场地都限制了任职教育实践教学的发展需要。为此，可以采用基于虚拟仪器技术的三维虚拟实验系统[4，5]，弥补实装教学的不足之处，提高任职教育的质量。

二、任职教育实践教学现状分析

以我校船舶电气设备维修专业来分析任职教育中的实践教学状况。船舶电气设备维修专业的岗位是船舶电气工程师，其主要职责是对船舶所有电气设备进行管理和保障维修。在业务上要求比较系統地掌握本专业的基本理论和基本知识，掌握任职专业岗位电气装备的构成、性能、原理和使用维护方法；熟练掌握本专业必需的基本技能，具备船舶损管组织训练和指挥能力；具备更新专业知识和改革创新意识。该专业的职业核心课程包括《船舶电气设备》、《电气设备故障诊断技术》、《船舶电站自动化》、《电气设备维修实践》四门课程。各门课程的学时分配情况如表1所示。

从实际课时分配情况来看，实践课时所占比重较小，这并不是因为课程标准制定不合理，而是实际实践条件满足不了要求。目前能够支撑的这四门课程的实验室及实验设备包括：电气控制线路连接实验平台12套、船舶电站操作训练模拟器1套、船舶锚机控制实验系统1套、船舶不间断电源供电系统1套、船舶液压舵机控制系统1套、船舶滑油泵控制故障排查装置4套。从实验装置组成看，种类少、台套数少的现象非常明显，有的实验设备花了大量人力财力开发，但是只能提供一两次结构原理演示或操作使用训练实验课程，实验开出数低，如锚机控制装置、滑油泵故障排查装置等。另外，上课学生比较多，一台装置多人轮流使用，实践效果也打了折扣，造成实践效果不理想，任职能力培养目标难以实现。

三、基于虚拟仪器技术的实践教学

所谓虚拟仪器技术就是利用设备特性仿真软件、三维建模软件等建立的能完全模拟实际设备界面状态、结构状态与工作状态的虚拟现实技术。任职教育的最终目的是使学员能够掌握未来岗位任职所需要的基本技能，达到胜任岗位任职的要求。具体到船舶电气专业的学生来说，就是能够掌握船舶电气设备的结构、原理、操作使用及维修保障方法。从这些要求来看，实际上结构、组成之类的实践教学通过三维虚拟软件来进行演示会得到更好的效果，因为实装很难拆解开来观看，如电机、泵类装置等，但是利用三维虚拟软件可以对设备进行方便的拆解和演示，可以对每一个细节观察得很仔细。图1所示的三维电机结构演示软件，可以全方位的展示电机各个组成部分及其结构关系，比采用实际的电机装置进行教学的效果更好。另外，对于装备操作使用类的教学一般都要通过实际操作才能达到很好的教学效果。但是电气设备的操作动作一般都比较简单，比如合上开关、按下按钮等，更多的要求是掌握操作的流程、要领和时机。这种操作使用类实践也适合采用虚拟仪器的方式进行。

对于维修保障类的实践，电气专业更注重的是故障查找能力的训练，故障查找到之后，只需要简单的换线、更换元器件就可完成，而这部分内容在基础实践训练的时候就可解决，不必在装备专业训练中进行，因此这类实践内容也可以在虚拟实践教学中进行。例如基于Labview、3DMAX等软件开发的海水淡化装置虚拟操作及故障排查训练装置。通过鼠标操作可以实现如同实际装置一样的管路操作、起动控制操作等功能，而且可以模拟实际的万用表对电路进行测量、对线路和器件进行拆卸等，应用十分方便。使用虚拟实验系统的主要好处是：基本不受场地和规模的制约，一台计算机就可以运行多种虚拟实验系统，一个场地多台计算机即可满足教学规模要求，学生也可以把开发好的虚拟实验系统在自己个人计算机中运行，随时随地自主进行装备训练，有效弥补了实装教学和模拟器教学的不足。

四、结语

目前任职教学中的实践教学方法主要有两种形式：基础实验教学和装备教学。基础实验教学基本可以满足实践教学要求，但是装备实践教学由于台套数少、种类少、价格昂贵、开发周期长等因素较难满足装备实践教学要求，因此提出采用基于虚拟仪器技术的实践教学方式来弥补实装和模拟器教学的不足之处。开发出的三维虚拟设备在操作界面与电气逻辑关系上与实际装置完全一致，在操作使用训练以及故障排查训练方面不但可满足规模性实践教学的需要，在故障设置以及考核等方面还具有更好的优势。本单位开发了一套海水淡化装置操作使用及故障排查虚拟教学装置，在60平方米的实验室中布置了15套装置，经过两届学员的使用，取得了非常好的训练效果。

参考文献：

[1]董萍.论实践性教学在任职教育中的科学运用[J].时代教育：教育教学刊，2010，（3）：43.

[2]韩兆福.岗位任职教育实验教学的探索[J].实验室研究与探索，2007，26（12）：115-118.

[3]王金苗，苗琦.任职教育实验室的建设与实践[J].实验室研究与探索，2011，（5）：171-172.

[4]朱敏.虚拟实验与教学应用研究——以大学物理实验教学为例[D].上海：华东师范大学博士论文，2006.

[5]李哲，田秋艳，高文举.虚拟现实技术在任职教育中的应用及其影响[J].福建电脑，2011，（1）：58-59.