工程训练车削加工一体化实训平台的建设研究

寇 莹，杨 洋

（吉林大学工程训练中心，吉林 长春 130025）

工程训练车削加工一体化实训平台的建设研究

寇 莹，杨 洋

（吉林大学工程训练中心，吉林 长春 130025）

根据对工程训练中心车削加工的实践教学方案、教学特点和现有教学资源的整合与分析，结合现代教育技术的要求，建立了工程训练车削加工一体化实训平台。该平台建设内容包括：车床基本知识模块、车床操作模块、车床加工虚拟仿真模块。实训平台为工程训练的实践教学和创新型人才培养提供新的模式和理念。

工程训练；车削加工；一体化实训平台

工程训练是高等工科院校实践教学的重要环节[1]，是学生学习工艺知识、提高综合素质、增强工程实践能力、培养创新意识和创新能力的实践性基础课程[2]。随着现代科技的飞速发展，工程技术人才的培养质量直接影响科学技术的发展，决定国家的工业竞争力。因此，为确保在工业竞争中的有利地位，世界各国，特别是工业发展水平较高的国家尤其重视工程教育的改革和发展，力求培养出具有高竞争力的工程技术人才[3]。目前我国工科类高校基本上都建立了工程训练中心。工程训练中心已成为工科类高校中教学规模最大，受教学生最多的实践教学基地[4]。

在高校工程实训教学中，车削加工作为其中的一个环节发挥着重要的作用。车工实训教学内容较广，在实训过程中需要学生掌握充足的理论知识及基本的操作技能[5]，有助于加强学生对加工工艺的理解，了解常用工夹量具的使用方法和安全操作技术，掌握机械制造的一般过程和基础知识，有助于学生将理论知识与实践相结合，使其较快地掌握加工基本技能，从而提升工程意识、实践能力和创新意识[6]。因此开发了车削加工实训平台，通过文字、插图、动画、声音、视频、网络流媒体和虚拟仿真交互等静、动态数字资源等媒体形式呈现车削加工过程，对于更新教学观念、创新教学模式、提高教学效率具有重要的意义[7]。

1 车削加工一体化实训平台建设的必要性

车削加工是工程实训的重要环节，是工科绝大部分专业学生必备的技能之一。因此，全国各大高校工程训练中心均已开设车削加工模块，但结合目前车削加工的教学现状可以看出车削加工教学中仍然存在很多问题。

（1）教学设备陈旧，车削加工模块中使用的教学设备无法与工业生产实际结合。设备使用时间较长，反复使用使设备产生了不可逆的损耗，影响教学效果。

（2）教学内容枯燥乏味，现如今大部分高校车床教学模块仍采用传统教学方法。依然将视频、挂图和实训指导人员示范操作等做为主要教学工具，传统教学方法枯燥乏味，无法激起学生求学兴致。教学内容单一且一成不变，与时代发展脱节。

（3）学生安全无法保证，学生观看完教示范示后直接操作机床，对于理论知识不扎实或动手能力较差的学生无法保证人身安全，且由于学生人数较多，实训指导人员很难做到时刻监管。

（4）教学环境单一，传统教学方式局限于课堂及实训场地。教学设备数量有限，无法使学生充分利用课堂时间，为学生提供自助学习的条件也得不到满足。

2 车削加工一体化创新训练平台的建设

车床一体化创新训练平台旨在全面、系统地构建一套完善的知识框架，将车床、车刀、工件安装、车床操作与车削加工相结合，通过自主开发、校企合作、转化科研成果和利用现有资源，创建一套由文字、插图、动画、声音、视频和虚拟仿真交互等静、动态媒体教学资源形式组成的一体化创新训练平台（如图1所示）。以此来更新教学观念、变革教学模式、提升教学效果。

图1 车削加工一体化创新训练平台

学生不仅可以应用实训平台进行相关知识学习，还可以通过平台提供的仿真软件和虚拟模块进行自主加工，为拓展学生创新思维和学习能力提供了良好的平台。同时该平台也提高了实训指导人员的教学能力，丰富了教学内容，降低了教学成本和教学风险。

3 数字化教学资源建设

依据车削加工一体化创新训练平台知识框架，对每个教学模块涉及的知识点，包括加工工艺方法的应用范围、车削加工基础知识、典型加工零件、工具量具夹具的使用方法、设备的结构分析、设备的工作原理、设备的操作规程和操作方法、安全常识等知识，根据每个知识点自身的特点建设形式适合的数字化教学资源，包括图片、录音、动画、视频录像、虚拟仿真实训平台等，通过直观生动的数字化教学资源简洁明了地解读工程训练车削加工实践教学知识点。

3.1 图片资源建设

图片教学资源是指通过静态的图片或者照片展示知识点，如车床基础知识模块，搜集、整理和建设关于车床基本组成的图片（如图2所示），通过大量的静态图片资源使学生一目了然地了解车床基本知识。

图2 车床基本组成

3.2 动画资源建设

动画教学资源是指通过二维平面动画或者三维立体动画展示工程训练实践教学大纲中抽像的、难于理解的知识点。如车床的内部传动原理，运用动画形式透明化清晰地观察车床内部部件的运动、润滑液的流动、车床传动过程等，使学生可从不同视点、不同角度反复观察车床相关部件。在车床加工仿真模块中通过同样可动画形式展示车端面、外圆、中心孔、成形面（如图3所示）等操作，通过观看仿真动画形象的将整个加工流程展现，帮助学生掌握车削加工工艺，了解整个加工过程。

图3 车成型面仿真动画

3.3 视频资源建设

视频教学资源是指按照教学设计要求通过摄像机直接录制的实景视频，包括工程训练教学中设备的操作方法以及实训的操作步骤等。如车床操作模块中车床刻度盘及手柄的使用、对刀和试切操作（如图4所示）等，并经过视频剪辑处理后形成录像教学资源。录像视频资源在最大程度上保证了实训环境的真实性，使学生对实训环境、设备和操作流程产生直观感性的认识。

图4 对刀与试切视频

3.4 虚拟仿真实训平台建设

虚拟仿真实训平台是指利用虚拟现实技术对实践教学环境、设备、工艺规则建立虚拟仿真实训平台，使学生在虚拟仿真环境下进行反复的仿真操作，增加对工艺规则的熟练度和安全操作常识，然后再进行真实的动手实践操作。如典型零件的车削加工，首先由学生安排加工工艺流程，若工艺顺序安排正确会出现绿色的对号，若顺序错误则为红色错号，学生可在教师的指导下进行改进。同时系统还存在帮助功能，帮助学生能正确合理的安排加工工艺，工艺顺序安排完成后，系统会对该零件进行虚拟加工展示。通过虚拟仿真可使学生对典型零件进行工艺安排，模拟加工，对加工中可能出现的问题做到及早发现和改进。

通过车床虚拟仿真模块，可使学生能完成一般零件的车削加工工艺方案的制定，具备运用普通车床加工零件的能力；能正确识读零件图并能根据工件材料的特性及可切削加工性能合理选择加工刀具；确定加工方案、根据零件的结构特性合理选择、安全装夹工件；并能对所加工的零件按图纸要求进行检验；对加工零件的质量问题进行分析并提出解决方案。

3.5 网络资源库建设

在工程训练中心网络资源库平台建设的大框架下建设车削加工教学网络资源库。以工程训练中心网站和资源库平台为基础，丰富和完善车削加工教学资源，将车削加工教学资源软件、仿真实训平台、教学视频、教学 PPT、教材等资源网络化，支撑学生无任何时间和空间限制地学习和训练。

4 一体化实训平台应用

车削加工一体化实训平台的建设主要依托于数字化教学软件及完备的教学硬件设施。数字化教学软件（如图5所示）包括支撑实训相关理论讲解的动画视频教学资源和支撑学生虚拟仿真实训操作的虚拟仿真实训平台。硬件设备为支撑虚拟仿真实训环境的平板电脑。

图5 教学软件

应用车削加工一体化实训平台，车削加工课程教学过程如下：

（1）基础知识讲解。实训指导人员通过该平台中车床基础知识模块对车床各部分结构及各部件在整体中的作用、传动关系等进行讲解。对其中涉及到的车削加工工艺、车刀基本知识、车床工件安装及安全操作规程等内容进行深入讲解。

（2）模拟加工。选择车削加工实训平台中车床加工虚拟仿真模块，学生可根据该模块提供的模拟加工视频了解车削加工工艺，进而对一些典型零件的加工工艺进行设计，若安装、刀具、加工顺序任一选择错误，系统会出现红色错号，选择帮助选项可观看正确答案，保证学生学习了解正确的加工工艺顺序，图6为实训平台车削加工模块。

图6 车削加工模块

（3）实际加工。学生对典型零件进行虚拟加工后，已熟练掌握车床的基本操作，此时可分组进行车削加工操作，以达到理论与实践相结合的目的。

运用一体化实训平台既符合学生实习特点，又突出实际操作的实现，且讲授内容针对性强，能最大限度地培养学生自主学习及创新能力。一体化教学是高校实训教学的发展趋势，是突出技能训练有效手段。同时一体化教学要求实训指导人员既要有一定理论知识，又要有熟练的虚拟仿真教学能力。一体化教学的实践与探索，为教学改革积累了宝贵的经验。

5 结束语

在对高校工程训练车削加工实训课程现状及问题分析的基础上，提出了基于车削加工的一体化实训平台建设思路和实施方案。一体化实训教学方案在工程训练教学中起到了很好的助学、助教作用，降低了实训成本，提高了实训效率，保证了实训安全，达到了常规教学很难实现的教学效果。平台的建设充分利用现代教学手段，结合文字、动画、声音、视频和虚拟仿真交互等静、动态媒体教学资源，在工程训练车削加工中的应用是工程训练实践教学领域的新突破，为工程训练的实践教学和创新型人才培养提供新的模式和理念。

[1]贾 杰.创客教育与高等院校工程训练的融合[J].实验技术与管理，2015，32（12）：30-35.

[2]陈 云，罗继相，赵章焰，等.现代工程训练教学体系的优化及规范化[J].高等工程教育研究，2011（4）：157-160.

[3]吴庆宪.高等工程教育发展与高校工程训练中心功能定位[J].南京航空航天大学学报，2006，8（1）：68-71.

[4]梁延德.我国高校工程训练中心的建设与发展[J].实验技术与管理，2013，30（6）：6-8.

[5]柳德忠.关于车工实习教学的几点建议[J].河南科技，2014（7）：273-274.

[6]谢桂秀.车工实习教学阶段学生技能水平的提升方法阐释[J].科技与创新，2017（11）：144-147.

[7]罗晓东，尹立孟，王青峡，等基于虚拟仿真技术的实验教学平台设计[J].实验室研究与探索，2016，35（4）：104-107.

Establishment of Integrated Training Platform for Engineering Training Turning

KOU Ying，YANG Yang
（Engineering Training Center，Jilin University，Changchun Jilin 130025，China）

According to the engineering training center of the turning of the practice of teaching programs，teaching characteristics and the integration of existing teaching resources and analysis，combined with the requirements of modern educational technology，and put forward the establishment of the integrated training platform for engineering training and turning.The platform construction content includes:lathe basic knowledge module，lathe operation module，lathe processing virtual simulation module.The establishment of the platform for engineering training practice teaching and innovative talents to provide new models and ideas.

engineering training；turning processing；integrated training platform

G642.4

A

1672-545X（2017）10-0166-03

2017-07-06

寇 莹（1988-），女，吉林长春人，硕士，助理工程师，主要从事工程训练研究。