数控技术专业远程虚拟实训体系研究与实践

李彩霞

数控技术专业远程虚拟实训体系研究与实践

李彩霞

（重庆工商职业学院智能制造与汽车学院，重庆401520）

通过分析远程数控技术专业远程实训教学现状，提出构建基于Web3D的远程虚拟实训教学体系的思路和实现途径，并且提出数控虚拟实训平台所包含的功能模块内容及使用效果。这对于远程数控虚拟实训教学思路具有一定的指导意义。

远程；数控技术；Web3D；虚拟实训

我校实行“双模式”办学理念，采用高职教育与开放教育相互协调、相互融通，现代信息技术与实践性教学深度融合办学模式，旨在为社会培养有较强实践能力的应用型专业人才。所以教学资源建设需要兼顾高职与远程教育两者的服务面向及其教学特点。

1 数控技术专业远程实训体系建设思路

（1）现状分析

现代远程教育目前较普遍的教学形式是通过网络直播教师讲课录像，或者通过网络学生下载教学课件。这种教育形式简单易行，但也存在问题，如远程教育的学生缺少实训教学活动中的互动教学，由于没有真实教学设备操作，制约了学生的创造性和创新性能力的培养[1]。

（2）建设思路

实践教学目的在于对人才实际操作能力的培养，在理论学习的基础上，加强动手实践能力的培养。结合专业人才培养目标，确定数控技术专业实践教学的主要内容包括岗位基本技能实训、专项技能实训和专业综合技能实训。为完成以上内容的教学，通过遵循科学评估和激励机制，构建严格的实践教学管理制度，构建了其实践教学体系，如图1所示，该体系根据企业对于毕业生质量的反馈可再次修订。

为了兼顾高职与远程教育的特点，提出利用虚拟实训，通过构建虚拟实训平台来开展远程实训教学的方法。该方法和平台正是对传统远程教学的补充，采用虚拟实训可以丰富高职实训教学手段。

图1 数控技术专业实训教学体系

虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术，它是模拟的三维环境，用户可以通过系统进入并操作系统中的对象并与之交互。近些年，虚拟现实技术在各种教学类虚拟仿真系统中应用越来越广。Web3D技术就是在互联网上应用的虚拟现实技术。Web3D技术采用个人计算机即可实现。Web3D技术是一种能够在互联网上普及的虚拟现实技术，可应用于以互联网为传播媒体的现代远程教育建立数控虚拟实训教学体系[2-4]。数控技术专业的虚拟实训平台采用Web3D来实现，架构如图2所示。

图2 基于Web3D的远程虚拟实训平台架构图

2 基于Web3D的远程虚拟实训教学体系的构建原则与关键技术

2.1 构建原则

虚拟实训体系是现代职业教育实践教学体系重要的组成部分。构建虚拟实训体系应把握如下主要原则：

（1）一致性原则。任何虚拟仿真实训必须以真实实训过程为基础，既要与真实实训的属性一致，又要与学习者的认知规律相一致，否则会对远程教学带来错误的教学效果。

（2）交互性原则。也叫动态的开放性原则，包括学习者和虚拟实训之间的交互，以及学习者与实训指导老师之间的交互。学习者与指导者互动并能得到教师实时的指导有利于提高教学效果。交互性是提高虚拟实训教学目标和提高远程教学效果的重要保证。

（3）项目的实践性和仿真性原则。虚拟实训是相对于基于机床设备等的真实实训的实训形式，其显著特点是对真实实训环境和岗位的虚拟再现，为复杂的实训环境和设备操作流程提供可能。为了达到教学目标，必须建设与真实环境一致的项目任务。

（4）虚拟实训资源的共享性原则。虚拟实训体系要求所有实训资源具有开放性和可调用性。

（5）数据优化原则。开发基于互联网＋模式的Web3D远程实训系统，就是使学生在学校以外也能利用互联网通过操作计算机便可在浏览器中进行虚拟实训。基于Web3D的远程虚拟实训资源需通过网络供学习者进行交互学习，不但需要良好的网络环境，还需要较优化的数据。

2.2 关键技术

（1）主要基于Web3D来实现基于互联网的虚拟现实学习和操作。Web3D编辑工具为用户提供了完善的3D模型和动画制作功能，后续可对平台的功能和资源进行扩展和完善。

（2）系统采用C++、PHP、Javascript等主流语言程序开发，最后全部通过打包加密后再利用编译程序进行系统优化，大大加快了系统整体运行速度。

（3）本系统在运行过程中学生操作的3D动画的动作是通过TCP/IP协议发送给服务器端程序的，而该系统中的TCP/IP协议采取的是UDP用户数据包模式，保证了数据不会轻易丢失与延迟。

（4）服务器端除提供在线3D虚拟实验所需的功能服务外，还提供DB Server、Web server、Mail server三种服务。

DB Server：采用基于MySQL的数据库管理系统，提供对所有3D模型数据和用户数据的存贮与管理，对教师与学生分别分配其个人存贮空间。

Web Server：采用Apache架设动态网页服务器，以PHP完成服务器端脚本编写，利用Apache和PHP对MySQL的良好支持，实现网页对DB Server的资料读取与修改。

3 基于Web3D的虚拟实训体系下平台功能模块及实现效果与评价

构建虚拟实训教学系统时，要充分利用虚拟实训与传统实训教学的优势，实现教学交互与职业教育的紧密结合，通过虚拟实训环节增强系统的真实性。通过对数控技术专业人才培养目标的分析，数控技术专业虚拟实训项目内容如图3所示，虚拟实训平台实现效果如图4所示。通过该平台可开展基于互联网+模式的虚拟远程实训教学。

图3 基于Web3D的数控虚拟实训体系下平台功能模块内容

图4 基于Web3D的远程虚拟实训平台效果图

该实训平台已投入使用，通过一年的实训教学使用后学生与教师的评价反馈分析，虚拟实训教学平台投入极大丰富了我校远程教学和高职教学中实训教学环节教学手段和培养模式，应用前景良好，有推广价值。下一步还需要通过企业参与评价，进一步补充和完善平台资源建设。

4 结束语

实训教学是数控技术专业重要的教学环节。构建基于Web3D的远程数控虚拟实训体系，应用虚拟实训环境，具有两方面的好处：一是充分提高远程教育质量的同时丰富了高职在校生的教学手段和学习途径；二是极大降低了学校办学的硬件投入。

[1]阳西述.现代远程教育中应用虚拟现实技术研究[J].科学时代，2008，16（6）：24-25.

[2]阳西述，刘怀玉．Web3D新技术在现代远程教育中的应用[J]．吉首大学学报（自然科学版），2008，29（1）：47-50.

[3]苑卫东，冯宪琴．高职数控加工实训体系的完善策略[J]．湖南农机，2014，48（2）：33-35.

[4]吉鸿，苏宏林.高职机电一体化专业虚拟实训系统优化研究[J].中国成人教育，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

重庆工商职业学院2015年科学研究一般项目（YB2015-04）

李彩霞（1984-），女，陕西绥德人，副教授，硕士研究生，从事机电一体化专业教学研究。