職業(yè)教育教學(xué)改革與三維互動(dòng)數字化教學(xué)
王平安 林慶平為貫徹落實(shí)全國教育工作會(huì )議和《國家中長(cháng)期教育改革和發(fā)展規劃綱要（2010—2020 年）》，切實(shí)增強中等職業(yè)教育大規模培養高素質(zhì)勞動(dòng)者和技能型人才的能力，大幅度提升其支撐經(jīng)濟發(fā)展方式轉變、產(chǎn)業(yè)結構調整升級、企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)革新、民生改善以及我國參與國際合作與競爭的能力，國家開(kāi)始推動(dòng)和實(shí)施中等職業(yè)院校教學(xué)改革創(chuàng )新計劃，該計劃的核心工作目標就是：重點(diǎn)支持建設1000所國家中等職業(yè)教育改革發(fā)展示范學(xué)校，2000所國家中等職業(yè)教育優(yōu)質(zhì)特色學(xué)校，一批中等職業(yè)學(xué)校達到現行省級重點(diǎn)學(xué)校建設標準；2/3的學(xué)生接受優(yōu)質(zhì)中等職業(yè)教育。
在大力推進(jìn)職業(yè)學(xué)校教學(xué)改革的過(guò)程中，要實(shí)現提高教學(xué)質(zhì)量、增強學(xué)生的實(shí)踐和動(dòng)手能力、及時(shí)滿(mǎn)足企業(yè)對技術(shù)性人才的需求，職業(yè)學(xué)校面臨許多困難，其中最大的一個(gè)瓶頸就是教學(xué)手段和教學(xué)方法。同時(shí)如何大規模培養雙師型教師，也是擺在許多職業(yè)院校面前的巨大挑戰。
當前職業(yè)院校在教學(xué)過(guò)程中，遇到幾大難題：
第一：資金投入的瓶頸
從國家對職業(yè)院校培養學(xué)生的數量上考量，現有的職業(yè)院校的資金投入嚴重不足，難以和發(fā)達國家比較，而且在未來(lái)的5-10年內都無(wú)法達到發(fā)達國家的人均投入水平，最主要的差距就是對實(shí)訓設備的投入，如何讓每個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐（而不是小組觀(guān)摩演練的模式）？如何讓每個(gè)學(xué)生從做中學(xué)、做中教中不斷改進(jìn)從而達到 提高動(dòng)手能力和實(shí)踐經(jīng)驗的目的？如何為學(xué)生提供更多的機會(huì )了解和掌握各種設備操作、內部結構、故障分析和診斷等，這是每個(gè)職業(yè)院校面臨的巨大困難，全國僅 中職學(xué)校就有12，000多所，要實(shí)現每個(gè)學(xué)生都能實(shí)際動(dòng)手操作，在實(shí)訓設備的資金投入上是難以滿(mǎn)足的。
第二：教師隊伍的瓶頸
職業(yè)院校要培養出優(yōu)秀的、滿(mǎn)足企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求的技術(shù)人才，最核心的教學(xué)資源不是實(shí)訓設備，而是雙師型教師隊伍的建設，只有大量的既懂企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求、 由掌握理論知識，將實(shí)踐與理論進(jìn)行有機地結合，才能培養出復合型的技術(shù)人才。作為學(xué)校的培養目標，不是某一個(gè)固定的技能崗位，而是要全面培養學(xué)生的綜合素 質(zhì)，為學(xué)生一生的職業(yè)生涯規劃打下良好的基礎。在辦學(xué)理念上，職業(yè)院校的教育應當為學(xué)生的一生負責，為學(xué)生未來(lái)的人生之路打下必要的理論和實(shí)踐的基礎，這 也是學(xué)校教育和工廠(chǎng)短期培訓的巨大差異。但現有的教師培養體系，難以滿(mǎn)足國家對雙師型教師培養的目標，教師隊伍的建設是當前職業(yè)院校教學(xué)改革以及提高教學(xué) 質(zhì)量的巨大瓶頸。
第三：教學(xué)手段的瓶頸
現有的職業(yè)院校在教學(xué)過(guò)程中，依然大量使用書(shū)本教學(xué)結合實(shí)訓的模式，而且大量的教學(xué)時(shí)間用 于書(shū)本教學(xué)，在中職的職業(yè)技能教育過(guò)程中，通過(guò)書(shū)本教學(xué)，需要學(xué)生具有比較強的文字理解能力和三維空間想象能力，這樣才能比較好地掌握各種結構原理與操作，而這恰恰是中職學(xué)生的軟肋。在中國現有的教學(xué)體系下，進(jìn)入中職的學(xué)生，恰恰是不適應書(shū)本學(xué)習的人群，文字理解能力、邏輯推理能力、三維空間想象能力都 是他們的弱項。從現有的教學(xué)效果看，書(shū)本教學(xué)的模式普遍效果較差，比如在模具教學(xué)中，甚至產(chǎn)生了一個(gè)班90%以上的學(xué)生學(xué)不懂，不能理解老師講解的內容， 這對老師和學(xué)生都是巨大的傷害，許多的中職學(xué)校教學(xué)都遇到一個(gè)教學(xué)手段滯后的問(wèn)題。
第四：學(xué)生素質(zhì)的瓶頸
進(jìn)入中職學(xué)校的學(xué)生，相當一部分是學(xué)習成績(jì)較差、學(xué)習積極性較低、課堂紀律較差的學(xué)生，他們有很好的學(xué)習潛質(zhì)，但普遍不適應現有的書(shū)本課堂教育模式，這對 教師的課堂及實(shí)訓教學(xué)帶來(lái)了許多的困擾，短期內，我們無(wú)法解決中職學(xué)校的生源素質(zhì)問(wèn)題，但我們要考慮如何去改變教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境，去適應現有的中職學(xué)校 學(xué)生，讓他們更有興趣參與到技能學(xué)習中去，讓學(xué)習有更多的趣味性，更多的動(dòng)手操作訓練，更多的可視化的學(xué)習環(huán)境。
當然，中職學(xué)校的教學(xué)，遇到的困難不止以上分析的幾點(diǎn)。綜合來(lái)說(shuō)，當前遇到的最主要的問(wèn)題在于：資金投入不足、教師隊伍不足、教學(xué)手段滯后、生源素質(zhì)較差。下面我們就探討一下，如何通過(guò)教學(xué)改革，在一定程度上解決以上問(wèn)題。
縱觀(guān)全球的職業(yè)教育發(fā)展，我們可以發(fā)現一個(gè)共同的軌跡：三維互動(dòng)虛擬現實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中的應用越來(lái)越普及，并且在歐美日等國得到的高速的發(fā)展，許多國家從國民素質(zhì)總體提高的高度，對三維互動(dòng)虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行了大規模的推廣和普及，尤其是在職業(yè)教育領(lǐng)域，虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為主流的教學(xué)手段和教學(xué)工具。
從國內職業(yè)院校的實(shí)際使用情況看，虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)在一些專(zhuān)業(yè)得到了應用，如數控機床、汽修等，但遠未達到普及的地步，另一方面，國內職業(yè)院校使用虛擬現實(shí)技術(shù)開(kāi)展教學(xué)，還存在一些普通的困難和問(wèn)題：
第一：缺乏互動(dòng)性
各個(gè)院校都有部分的教學(xué)采用了虛擬現實(shí)技術(shù)，但普遍缺乏人機互動(dòng)的效果，許多三維模擬都是事先做好的，讓學(xué)生按照固定的模式進(jìn)行訓練，這雖然也解決了許多問(wèn)題，相對過(guò)去落后的教學(xué)模式是一個(gè)巨大的進(jìn)步，但缺乏交互性，尤其是具有容錯能力的交互操作，是職業(yè)教育中的一大缺憾，職業(yè)教育不同于高等教育和普教，非常強調學(xué)生的實(shí)踐能力，強調解決具體問(wèn)題的能力，而這些能力都需要從錯誤中學(xué)習和掌握，如果學(xué)校采用的訓練系統沒(méi)有容錯能力，都是讓學(xué)生按照固定的模式、學(xué)習固定的設備故障，學(xué)生一旦進(jìn)入到實(shí)際工作崗位，遇到實(shí)際的問(wèn)題，還是不能學(xué)習如何發(fā)現和解決問(wèn)題。
對于職業(yè)教育中的虛擬現實(shí)技術(shù)應用，互動(dòng)性是一個(gè)關(guān)鍵性的技術(shù)指標，也是衡量一個(gè)學(xué)校專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革的核心要求。
第二：缺乏統一技術(shù)平臺
國內現在的各種虛擬現實(shí)的三維課件，技術(shù)應用是五花八門(mén)，各個(gè)課件都是一個(gè)獨立的文件，無(wú)法進(jìn)行相互交流，不同的學(xué)校使用不同的技術(shù)平臺開(kāi)發(fā)，文件的格式也不盡相同，運行環(huán)境千差萬(wàn)別，造成了教學(xué)資源的大量浪費，許多學(xué)校開(kāi)發(fā)了一個(gè)又一個(gè)的三維教學(xué)課件，但由于文件格式差異，制作的企業(yè)使用的技術(shù)手段不一致，即使在同一個(gè)學(xué)校內都難以通用，更不要說(shuō)學(xué)校之間的交流了。當前的職業(yè)教育虛擬現實(shí)技術(shù)應用，非常缺乏一個(gè)統一的技術(shù)平臺作為支撐。
第三：缺乏開(kāi)放的編輯平臺
當前國內使用的大部分三維互動(dòng)的課件系統，都沒(méi)有一個(gè)開(kāi)放的編輯平臺，職業(yè)教育的特點(diǎn)是培養出企業(yè)實(shí)際需要的人才，而企業(yè)對職業(yè)教育的最基本的要求是：與時(shí)俱進(jìn)，根據相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，職業(yè)教育內容、手段和方法，都需要不斷更新，這就需要學(xué)校使用的三維教學(xué)課件可以編輯，教師可以根據實(shí)際的發(fā)展，不斷地調整和修改，讓教學(xué)工具隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展而發(fā)展，更重要的是，可以根據每個(gè)地區的實(shí)際用工情況和要求，進(jìn)行個(gè)性化地改造，更好地使用本地職業(yè)教育和企業(yè)用工需求。
第四：缺乏國內自主知識產(chǎn)權技術(shù)
教育是一國之本，教育是百年大計，因此教育工具和教育手段也應該從長(cháng)遠進(jìn)行考慮，缺乏中國自主知識產(chǎn)權的三維互動(dòng)虛擬現實(shí)技術(shù)，是制約國內職業(yè)教育領(lǐng)域大規模應用三維互動(dòng)教學(xué)手段的重要因素，許多學(xué)校使用的三維教學(xué)課件，都是3DMAX等國外軟件制作的，底層技術(shù)標準都是黑箱操作，無(wú)論是課件的開(kāi)發(fā)和維護，還是課件未來(lái)的不斷技術(shù)更新，都帶來(lái)了許多的問(wèn)題，尤其是對國家大規模推廣和普及相關(guān)的三維互動(dòng)教學(xué)課程，帶來(lái)了巨大的風(fēng)險，同時(shí)無(wú)法大規模降低我們的教學(xué)成本。
綜上所述，中國的職業(yè)教育改革，非常需要一款互動(dòng)性強、可編輯、開(kāi)放性、統一性、擁有國內自主知識產(chǎn)權的三維互動(dòng)教學(xué)平臺，通過(guò)這樣一個(gè)平臺，可以大大加速職業(yè)教育的發(fā)展，為職業(yè)教育提供更好的教學(xué)手段，無(wú)論對于教師還是學(xué)生，都是莫大的福祉，我們也一直期待著(zhù)這樣的產(chǎn)品和技術(shù)的出現。
教育部職業(yè)技術(shù)教育中心研究所培訓中心與廈門(mén)創(chuàng )壹軟件有限公司，強強聯(lián)手，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一套三維互動(dòng)虛擬現實(shí)教學(xué)平臺，專(zhuān)門(mén)為老師研發(fā)的輕松快速制作三維虛擬互動(dòng)教學(xué)、實(shí)驗內容與考核的教學(xué)培訓系統。
三維互動(dòng)虛擬現實(shí)教學(xué)平臺在理論和實(shí)踐中起橋梁作用，打破了傳統的教學(xué)模式，以直觀(guān)生動(dòng)的3D虛擬現實(shí)技術(shù)展示抽象的教學(xué)內容，同時(shí)增加了學(xué)生動(dòng)手的機會(huì )，提高了操作的熟練程度。不但可以進(jìn)一步提高和完善實(shí)驗教學(xué)，而且大大地降低了各類(lèi)實(shí)驗費用；虛擬現實(shí)三維互動(dòng)教學(xué)平臺明顯優(yōu)勢體現在能夠創(chuàng )造一個(gè)與實(shí) 際近乎相同的仿真環(huán)境，使得環(huán)境和符合人們自然交互習慣的互動(dòng)操作模式，學(xué)習者可以觀(guān)查每個(gè)部件的工作原理、內部結構、工藝流程等等，并可虛擬操作。網(wǎng)絡(luò )虛擬現實(shí)應用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。它營(yíng)造了“自主學(xué)習”的環(huán)境，由傳統的“以教促學(xué)”的學(xué)習方式代之為學(xué)生通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用來(lái)得到知識、技能的新型學(xué)習方式。虛擬現實(shí)技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習環(huán)境，在廣泛的科目領(lǐng)域提供無(wú)限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習知識的過(guò)程。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說(shuō)教更具說(shuō)服力，主動(dòng)地去動(dòng)手操作學(xué)習與被動(dòng)的灌輸，有本質(zhì)的差別。利用虛擬現實(shí)技術(shù)，可以建立各種虛擬實(shí)驗室，它擁有傳統實(shí)驗室難以比擬的優(yōu)勢，虛擬實(shí)驗室可以徹底打破傳統實(shí)驗室時(shí)間與空間的限制。學(xué)生可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)24小時(shí)操作。在保證教學(xué)效果的前提下，極大的節省了成本。
該三維互動(dòng)虛擬現實(shí)教學(xué)平臺基于“創(chuàng )壹Web3D虛擬現實(shí)平臺” 運行的網(wǎng)絡(luò )虛擬實(shí)驗3D環(huán)境，采用虛擬現實(shí)技術(shù)制作各種實(shí)驗設備及其部件，并具有逼真3D互動(dòng)虛擬實(shí)驗、3D動(dòng)畫(huà)、3D實(shí)驗設備模型或其部件模型任意方向旋轉及視點(diǎn)變換的功能。能夠實(shí)現大量并行用戶(hù)快速下載及構建渲染動(dòng)態(tài)3D場(chǎng)景，確保用戶(hù)與3D場(chǎng)景互動(dòng)的即時(shí)性，所有部件都可360 度全方位觀(guān)看，具有直觀(guān)立體，真實(shí)互動(dòng)的效果。
同時(shí)它充分利用三維技術(shù)與圖片文字語(yǔ)音相結合，不僅對儀器設備整機進(jìn)行解析，還可對具體部件進(jìn)行拆卸與安裝，并對各控制系統電路等進(jìn)行仿真模擬，全方位的讓學(xué)員了解并掌握教學(xué)與實(shí)驗內容所需的結構及原理。同時(shí)用戶(hù)不僅可以動(dòng)手對實(shí)驗設備進(jìn)行虛擬仿真操作，了解熟悉其工作原理，而且還可以進(jìn)入“虛擬故障模擬系統”進(jìn)行多種情況下不同部件的機械及電路故障排除模擬操作，從而能夠積累實(shí)踐經(jīng)驗。
虛擬現實(shí)三維互動(dòng)教學(xué)平臺自帶Web3D編輯工具供用戶(hù)任意編輯系統中所有三維模型及其相關(guān)動(dòng)畫(huà)，或編輯制作新的儀器設備3D模型及動(dòng)畫(huà)等。教師可以根據 教學(xué)以及實(shí)驗的需要任意修改系統中的3D互動(dòng)內容。同時(shí)系統軟件還自帶電路自繪工具，用戶(hù)可以任意自繪具有3D互動(dòng)功能的電路圖并根據用戶(hù)所繪電路圖自動(dòng)生成3D裝配圖讓用戶(hù)進(jìn)行接線(xiàn)，而且系統提供電路接線(xiàn)自動(dòng)驗證輸出接線(xiàn)的正確性判斷結果。所有的3D動(dòng)畫(huà)、3D模型及系統數據均采用128位隨機加密技術(shù)以保證系統的安全性。
虛擬教學(xué)與實(shí)驗Web3D編輯工具3D模型編輯制作界面
虛擬教學(xué)與實(shí)驗Web3D編輯工具動(dòng)畫(huà)編輯界面
三維互動(dòng)虛擬現實(shí)教學(xué)平臺的技術(shù)特點(diǎn)是：
1.身臨其境的真實(shí)體驗感
建立各種儀器設備模型，可以通過(guò)計算機模擬出各個(gè)角度看到的各種儀器設備視覺(jué)效果及動(dòng)態(tài)的各種儀器設備操作方法與各部件組裝過(guò)程（包括組裝過(guò)程中需要的工具），每個(gè)需要的畫(huà)面上用提示性的文字或語(yǔ)音向用戶(hù)展示，讓學(xué)員能夠自己動(dòng)手操作很好地了解各種儀器設備的構造、拆卸/安裝與操作使用。利用VR技術(shù)設計的逼真的三維虛擬環(huán)境，使學(xué)生置身于虛擬的3D學(xué)習環(huán)境當中，體驗真機實(shí)訓不可能觀(guān)察到的各部件結構及重要部件獨立的工作原理。
2. 逼真的電路系統及故障排除系統
平臺能真實(shí)模擬各種儀器設備的所有電路及故障排除，學(xué)生進(jìn)入平臺便可進(jìn)行多種情況下不同部件的機械及電路故障排除模擬操作，同時(shí)平臺還設置了與真實(shí)萬(wàn)用表、示波器一樣的“虛擬萬(wàn)用表”、“虛擬示波器”，在該電路系統中就可以實(shí)現測算，仿真和調試等功能，為用戶(hù)掌握電路原理，排除電路故障打下了堅實(shí)的基礎。
3.交互性
平臺充分利用VR技術(shù)的可互動(dòng)性，設計了符合人們自然交互習慣的互動(dòng)操作模式。平臺還包含用于共享信息的人機交互界面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力。
4.多人在線(xiàn)學(xué)習，突破區域界限
平臺支持多人同時(shí)在線(xiàn)學(xué)習，學(xué)員可不受時(shí)間、地點(diǎn)限制的隨時(shí)上機操作學(xué)習，與傳統實(shí)體操作儀器設備相比，既節約了培訓時(shí)間，提高了學(xué)習效率，又降低了對設備的耗損。
5.支持遠程應用及管理
虛擬現實(shí)三維互動(dòng)教學(xué)平臺采取服務(wù)器端與用戶(hù)端的模式。用戶(hù)端（學(xué)生/教師）通過(guò)賬號密碼進(jìn)行登陸，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，進(jìn)行模型數據的傳輸。而整個(gè)平臺的管 理，是通過(guò)唯一管理員進(jìn)行管理的，該管理員在平臺里既可管理學(xué)生又可以管理教師，同時(shí)整個(gè)系統的架構內容都受管理員支配，使得該系統更具有靈活性和方便性。
6.可擴展的教學(xué)模塊
虛擬現實(shí)三維互動(dòng)教學(xué)平臺以多系統多模塊相結合的模式，利用職教所與創(chuàng )壹聯(lián)合開(kāi)發(fā)的虛擬平臺，結合先進(jìn)的虛擬現實(shí)技術(shù)，同時(shí)以C/S應用模式為主、B/S 應用模式為輔，使得整個(gè)平臺具有可擴展性?？梢噪S時(shí)增加儀器設備的虛擬拓展模塊，使平臺緊隨市場(chǎng)各種技術(shù)最新發(fā)展需求。
7.節省培訓費用，提高培訓效率
很多實(shí)驗儀器設備（如數控機床、波峰焊機等）屬于昂貴的實(shí)訓設備，身價(jià)從幾十萬(wàn)到上千萬(wàn)元不等，給教學(xué)單位帶來(lái)了很大的設備資金壓力，為解決這一難題，在 該平臺學(xué)員便可全方位掌握儀器設備的工作原理、各部件拆裝、線(xiàn)路測試、故障排除等完善的教學(xué)應用，從而提高對儀器設備的熟悉度和認知度，以虛擬環(huán)境取代真 機實(shí)訓學(xué)習并獲得超過(guò)真機實(shí)訓的學(xué)習效果。
該平臺已經(jīng)在多個(gè)專(zhuān)業(yè)展開(kāi)了應用，建立了包括：數控機床、模具、汽修、機械制作、電子技術(shù)、機電一體化等三維互動(dòng)的教學(xué)系統，從根本上解決了職業(yè)教育中遇到個(gè)諸多困難，下面我們就簡(jiǎn)單地介紹一下幾個(gè)重點(diǎn)應用模塊的功能和價(jià)值：
“虛擬數控機床培訓系統”
數控機床是我國重點(diǎn)扶持的高精尖行業(yè)之一，對我國整體工業(yè)制造的發(fā)展有著(zhù)舉足輕重的作用，我國現大量缺乏優(yōu)秀的數控機床相關(guān)技術(shù)人員，尤其是在數控機床日益普及的今天，數控機床維修維護人員短缺，在杭州曾經(jīng)發(fā)生過(guò)月薪7000元請不到一名數控機床維修維護人員。如何培養數控機床相關(guān)專(zhuān)業(yè)人才，是職業(yè)教育中的一大難題，尤其是高端的數控機床人才，通過(guò)虛擬數控機床培訓系統，可以大大解決這一難題。該套系統是目前國內唯一一套集虛擬數控加工仿真以及機械原理、結構與拆裝、電氣原理、電路接線(xiàn)以及故障設置、故障排除以及數控系統、PLC梯形圖系統故障診斷排除于一身的完整的三維虛擬數控機床培訓系統，機械部分包括加工中心、車(chē)床(包括銑床、平床)，同時(shí)還包括激光干涉儀，用于數控機床安裝精度糾正以及測量的操作原理演示。并且能夠逼真仿真千分表的所有功能用于數控機械安裝精度檢測裝調，用戶(hù)能夠用鼠標隨意拖動(dòng)千分表將其吸附定位到數控機床的任意部位并根據需要任意調整 千分表測頭的位置來(lái)檢測所要測試部位的精度。電氣原理以及數控系統，包括法蘭克、西門(mén)子、華中、廣數，虛擬數控機床培訓系統采用實(shí)體機床進(jìn)行逼真重建的方 法，對數控機床的每一個(gè)零部件，每一個(gè)螺絲，每一個(gè)電氣元器件進(jìn)行模擬仿真，每一個(gè)部件都可以進(jìn)行虛擬拆卸、安裝，而且每一個(gè)元器件都具有屬性，可以隨 意組成電路，設置故障，讓學(xué)生學(xué)習故障排除方法。同時(shí)為電路及故障排除提供了一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境和符合人們自然交互習慣的人機交互界面。數控加工操作 面板，與實(shí)際系統運轉一模一樣，完全仿真，同時(shí)系統能夠實(shí)現真正的自由式人機互動(dòng)，最重要的是它能夠讓學(xué)生進(jìn)行拆卸安裝以及故障診斷排除，學(xué)生自己做什么 樣的三維互動(dòng)操作，系統就能做出相應的反應。虛擬數控培訓系統能讓學(xué)生自己決定每一個(gè)使用操作步驟，系統能夠根據學(xué)生的操作做出實(shí)時(shí)的反應，判斷。這樣才 能真正達到學(xué)生動(dòng)手參與實(shí)驗操作的目的。教師模塊的功能除了教學(xué)、實(shí)訓、考核功能與學(xué)生模塊功能相同之外，還具有考核維護、課件管理等功能?？梢陨蟼鞲鞣N 課件、編輯考題等等，考題可以是問(wèn)答題、選擇題、填空題，也可以使實(shí)操題目，拆卸安裝、電路接線(xiàn)、故障診斷、排除等等，選擇題、填空題、實(shí)操都有自動(dòng)評分 功能。系統自帶Web3D編輯工具供用戶(hù)任意編輯系統中所有三維模型及其相關(guān)動(dòng)畫(huà)，或編輯制作新的數控機床3D模型及動(dòng)畫(huà)等。同時(shí)系統軟件還自帶梯型圖編 輯工具及電路自繪工具，用戶(hù)可以任意自繪具有3D互動(dòng)功能的電路圖并根據用戶(hù)所繪電路圖自動(dòng)生成3D裝配圖讓用戶(hù)進(jìn)行接線(xiàn)，同時(shí)系統提供電路接線(xiàn)自動(dòng)驗證 輸出接線(xiàn)的正確性判斷結果。
以上的種種功能，都是數控機床教學(xué)過(guò)程中的諸多難點(diǎn)，一是解決的教學(xué)方法和教學(xué)工具的問(wèn)題，而是解決了學(xué)校的教學(xué)經(jīng)費問(wèn)題，從現在的學(xué)校實(shí)際應用來(lái)看，推廣和普及虛擬數控機床教學(xué)和培訓模式，是我國大規模培養數控機床高端人才的必選之路。
數控車(chē)的加工效果
逼真顯示相應的3D加工過(guò)程動(dòng)畫(huà)，加工好的3D工件模型達到數控加工高精度的要求（如加工中心加工出的圓弧是光滑的3D圓?。?。
“虛擬模具培訓系統”
現在向大家介紹一種創(chuàng )新模具教學(xué)工具——M1系統，該系統是全國首創(chuàng )的模具虛擬教學(xué)系統。該系統配合模具教學(xué)大綱，將注塑模、沖壓模、擠壓模、吹塑模等多 種模具采用虛擬現實(shí)的三維仿真技術(shù)展現，不僅對整個(gè)模具機構進(jìn)行解析，還可對具體部件進(jìn)行安裝與拆卸。系統幫助學(xué)生解決了從二維圖中去想象三維模型的難 題，讓學(xué)生進(jìn)行任意互動(dòng)的虛擬仿真操作，老師上課也不再將沉重的模具搬來(lái)搬去，不再為用文字和圖片講解模具三維結構而苦惱，真正實(shí)現互動(dòng)教學(xué)。系統中已包 含注塑模具系列、沖壓模具系列等共三十套模具，讓學(xué)員全面了解各種模具的結構及工作原理。它包含了澆注系統、頂出系統、冷卻系統三大系統，把實(shí)物操作中看 不到的內部結構及工作原理生動(dòng)的展現出來(lái)，讓學(xué)員完整了解模具的具體形成過(guò)程。例如原本通過(guò)傳統的總裝圖中抽象難理解的注塑模中的澆注系統、頂出系統、冷 卻系統以逼真三維動(dòng)畫(huà)的形式直觀(guān)的展現澆注流道設計及澆注成型過(guò)程、頂出系統頂針位置頂針面積設計原理及頂出運動(dòng)過(guò)程、以及冷卻系統冷卻水流動(dòng)的3D路 徑，將其運行過(guò)程動(dòng)態(tài)形象地顯示出來(lái)，讓學(xué)生不再需要抽象理解想象2D總裝圖與實(shí)際3D模具結構之間的復雜關(guān)系及工作原理。系統內還包含了成型零件、導向 零件、模胚零件、標準件四大類(lèi)型的模具零件，可讓學(xué)員逐一查看各個(gè)零件的名稱(chēng)、結構及應用。系統包括：型腔及型芯工藝分析、型腔工藝卡、型芯工藝卡，可讓 學(xué)員分析型腔和型芯零件圖，認識加工工藝路線(xiàn)以及加工工藝過(guò)程中所必須注意的相關(guān)細節，系統提供的工藝卡是由模具廠(chǎng)模具設計老師傅提供的專(zhuān)業(yè)的模具加工 工藝要求。系統包含了型腔與固定板的裝配、型芯與固定板的裝配、過(guò)盈合零件的裝配、推桿的裝配與修整等組件的裝配，系統地展示了裝配工藝的知識，并且系統 內提供了典型結構的裝配，為學(xué)員展示了前?；瑝K機構的裝配。系統還提供模具成型演示與模具沖壓演示，逼真的三維模型，動(dòng)態(tài)形式展示，讓學(xué)員完整了解模具成 型、模具沖壓的過(guò)程。系統包含了模具的自動(dòng)拆裝、手動(dòng)拆裝，模具的安裝與拆卸流程都是由模具廠(chǎng)老師傅提供的專(zhuān)業(yè)的模具拆裝流程，讓學(xué)員在看完演示后自己 動(dòng)手探索安裝和拆卸的過(guò)程，考核學(xué)員的真實(shí)技能，大大提高學(xué)員的實(shí)際動(dòng)手能力，為學(xué)員到真實(shí)操作中打下堅實(shí)的基礎。
在模具教學(xué)改革中，虛擬模具培訓系統是一大亮點(diǎn)，它大大提高了模具教學(xué)的效率和質(zhì)量，同時(shí)學(xué)生的學(xué)習興趣也得到大規模提升，針對模具教學(xué)中的難點(diǎn)提供了全面的解決方案，我們認為在職業(yè)院校中值得推廣和普及，對國家模具人才的培養有著(zhù)重要的戰略意義。
3D模具模型、動(dòng)畫(huà)及文字可任意編輯的3D編輯工具界面
“虛擬汽車(chē)教學(xué)培訓系統”
不僅是現有的4S店，社會(huì )上的各類(lèi)大大小小的汽車(chē)維修店如雨后春筍般涌現，而汽車(chē)維修維護人才卻極為缺乏，近年來(lái)汽車(chē)工業(yè)和汽車(chē)技術(shù)不斷發(fā)展，新能源汽車(chē) 也不斷普及，對汽車(chē)的維修維護提出了更高的要求。作為汽修人才培養的主力：職業(yè)院校，如何解決社會(huì )汽修人才的問(wèn)題，成為了最大的教學(xué)要求。
汽車(chē)作為一個(gè)高度機電一體化的產(chǎn)品，內部結構非常復雜，需要全面了解汽車(chē)的結構和運行原理，才可能對維修維護有深刻的認識和技能，利用先進(jìn)的IT技術(shù)，使用虛擬汽車(chē)教學(xué)培訓系統，對培養汽修人才有著(zhù)巨大的促進(jìn)作用。
虛擬汽車(chē)教學(xué)培訓系統以3D互動(dòng)方式直觀(guān)展現汽車(chē)的基本結構和工作原理，以及虛擬拆卸與安裝（每一步互動(dòng)操作都有相應的語(yǔ)音解說(shuō)或提示）。并提供3D互動(dòng) 故障診斷及考核功能。本系統包含汽車(chē)機械常識、汽車(chē)文化、汽車(chē)的美容與裝飾、汽車(chē)電子電工技術(shù)應用、汽車(chē)結構與拆裝、汽車(chē)使用日常維護、汽車(chē)的修理、汽車(chē) 性能檢測、汽車(chē)故障診斷九大模塊：（1）汽車(chē)機械常識包含量缸表的使用、曲軸的測量、汽缸的測量；（2）汽車(chē)文化包含汽車(chē)駕駛的演示和汽車(chē)駕駛的實(shí)訓；（3）汽車(chē)的美容與裝飾章節包含的主要課程（汽車(chē)清洗、汽車(chē)護理、汽車(chē)漆膜修補、汽車(chē)車(chē)身裝飾、汽車(chē)室內裝飾、車(chē)身電器的裝飾等）；（4）汽車(chē)電子電工技 術(shù)應用主要包含電源系統繪制與連接、啟動(dòng)系統繪制與連接、點(diǎn)火系統繪制與連接、照明系統繪制與連接；（5）汽車(chē)結構與拆裝包含整車(chē)拆裝，發(fā)動(dòng)機拆裝，發(fā)電 機拆裝，發(fā)電機拆裝（含工具），自動(dòng)變速器原理，變速器內部展示與拆裝，汽車(chē)整車(chē)展示與拆裝，汽車(chē)底盤(pán)展示與拆裝等（所有拆裝均包括：自動(dòng)拆卸，自動(dòng)安裝，手動(dòng)拆卸，手動(dòng)安裝。其中自動(dòng)拆卸，自動(dòng)安裝是為了讓學(xué)員學(xué)習整個(gè)拆裝過(guò)程，手動(dòng)拆卸，手動(dòng)安裝是為了學(xué)員練習對所學(xué)拆裝步驟的熟悉度）；（6）汽 車(chē)使用日常維護包含調整點(diǎn)火正時(shí)、交流發(fā)電機各部件的檢修、啟動(dòng)機故障診斷與排除、前照明燈的檢查與排除、電動(dòng)門(mén)窗故障診斷與調整等。（7）汽車(chē)的修理包 含汽油泵拆裝、分電器拆裝、曲柄連桿機構拆裝、活塞環(huán)更換、噴油器拆裝、汽油機竣工驗收、柴油機竣工驗收、氣缸壓力的測量、變速器的拆裝、前橋拆裝、轉向 器拆裝桑塔納主減速器拆裝、東風(fēng)制動(dòng)閥拆裝、交流發(fā)電機拆裝、分電器拆裝、四缸發(fā)動(dòng)機拆裝、以及制冷劑進(jìn)行瀉放、添加及抽真空等常見(jiàn)汽車(chē)修理內容；（8） 汽車(chē)性能檢測功能模塊可讓學(xué)員在三維互動(dòng)的場(chǎng)景中學(xué)習動(dòng)手進(jìn)行制動(dòng)性能檢測、燈光性能檢測、汽車(chē)尾氣性能檢測、側滑性能檢測、蓄電池性能檢測、交流發(fā)電機 性能檢測、啟動(dòng)機性能檢測、點(diǎn)火性能檢測、點(diǎn)火能量檢測等性能檢測；（9）汽車(chē)故障診斷包含機械故障，電控故障，電器故障。機械故障主要檢查器件磨損間 隙，裂紋，變形，老化等故障（包括冷卻系統，潤滑系統，啟動(dòng)系統，點(diǎn)火系統等故障）；電控故障檢查發(fā)動(dòng)機控制和各個(gè)系統控制反饋信號的檢測，查看各個(gè)功能 傳感器的故障（防盜系統，燃油系統，排氣系統，點(diǎn)火系統，空氣供給系統等故障）；電器故障檢查各個(gè)系統的電器原件故障(如雨刮噴水系統，燈光照明系統，儀 表系統，啟動(dòng)系統，充電系統，玻璃升降系統，電動(dòng)后視鏡系統等故障)。本系統還提供排除故障過(guò)程中需要用到相關(guān)儀器儀表，例如：汽車(chē)故障檢測儀，示波表， 千分尺，內徑千分尺等三維互動(dòng)模型。
在職業(yè)院校汽修專(zhuān)業(yè)中推廣和普及虛擬汽車(chē)維修維護培訓系統，是汽修教學(xué)改革的一大進(jìn)步，不僅在教學(xué)方法是進(jìn)行了改革，在教學(xué)內容和教學(xué)模式上都是巨大的進(jìn)步和變革，對我國大力發(fā)展汽修人才有巨大的推動(dòng)作用。
“電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)虛擬教學(xué)資源系統”
電子產(chǎn)品及技術(shù)是我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)支柱性產(chǎn)業(yè)，隨著(zhù)人民幣的升值和國際產(chǎn)業(yè)環(huán)境的變化，我國電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)面臨巨大的機遇與挑戰，電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級成為當 前政府和企業(yè)最關(guān)心的問(wèn)題。產(chǎn)業(yè)升級的核心就是人才問(wèn)題，在電子技術(shù)人才培養方面如何進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級，這是擺在職業(yè)院校電子技術(shù)教學(xué)領(lǐng)域的一大課題，未來(lái)的 中國不僅僅需要簡(jiǎn)單的電子技術(shù)工位人才，更需要掌握復雜的電子技術(shù)相關(guān)設備的人才，如何培養這些人才呢？
“電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)虛擬教學(xué)資源系統”采用Web3D虛擬互動(dòng)技術(shù)實(shí)現對真實(shí)電子產(chǎn)品工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的逼真模擬重現，讓學(xué)生不需到實(shí)際工廠(chǎng)就可以在3D虛擬工廠(chǎng) 體驗到電子產(chǎn)品生產(chǎn)的所有工藝、技術(shù)及安全生產(chǎn)流程。學(xué)生有三種學(xué)習模式：企業(yè)參觀(guān)學(xué)習（任意漫游到進(jìn)入虛擬3D電子產(chǎn)品生產(chǎn)車(chē)間參觀(guān)）、工藝與操作要點(diǎn) 學(xué)習（自主根據崗位制作對應的動(dòng)畫(huà)等資源進(jìn)行學(xué)習、虛擬儀器的操作，自主操作對應的虛擬設備，以及部分文字資料的展示）、考核模式（用戶(hù)登陸，按電子產(chǎn)品 生產(chǎn)與效驗工藝一步一步地操作直到整個(gè)產(chǎn)品完成，并實(shí)現自動(dòng)考核）。系統包含三極管、二極管、電容、電阻、波峰焊機、貼片機等各種電子技術(shù)的核心元器件的 三維模擬建設，從三維模型到內部工作原理展示，生動(dòng)直觀(guān)地展示了電子技術(shù)中的各類(lèi)抽象知識和原理，并可進(jìn)行電子元器件預處理、印刷電路板電子元器件插裝、 波峰焊機操作等實(shí)訓。幫助學(xué)生學(xué)習電子技術(shù)的各種知識原理及實(shí)操的掌握情況。
虛擬技術(shù)帶來(lái)的好處就是可以大大節約資源、資金和空間，并且可以隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展而不斷升級換代，非常適合技術(shù)高速變遷的電子技術(shù)行業(yè)，在電子技術(shù)教學(xué) 領(lǐng)域大規模普及和推廣虛擬現實(shí)技術(shù)，對全行業(yè)的人才培養起著(zhù)至關(guān)重要的作用，也是當前職業(yè)院校電子技術(shù)教學(xué)改革的一大方向。
學(xué)生在線(xiàn)3D虛擬教學(xué)與實(shí)驗終端軟件圖示3
“機械設計與制造虛擬教學(xué)培訓系統”
機械設計與制作是重工業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，大量需要一線(xiàn)的技術(shù)人才，在職業(yè)院校教學(xué)改革中，這也是重點(diǎn)改革方向和課題，但機械設計與制作專(zhuān)業(yè)是個(gè)傳統的難 點(diǎn)，即使在大學(xué)機械專(zhuān)業(yè)中也是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，如何培養和訓練學(xué)生的二維空間能力與三維空間想象能力，如何講普通的二維機械圖紙轉為為三維的空間形象，這一 直是該專(zhuān)業(yè)的教學(xué)難點(diǎn)。
為解決機械設計與制造的教學(xué)內容復雜抽象難以理解的困難，一些院校開(kāi)始嘗試使用虛擬培訓的教學(xué)系統，這樣的虛擬系統完成了各種機械結構（如蝸桿、齒輪機 構、軸承、軸輪系等）、機械加工方法（如車(chē)削、銑削、刨削、磨削、鉆削與鏜削）的工藝特點(diǎn)及應用、砂型鑄造、金屬的塑性變形、焊條電弧焊的原理及常用金屬材料的鑄造、鍛造和焊接的基本工藝、各種材料力學(xué)計算及鋼的普通熱 處理等三維互動(dòng)多媒體教學(xué)與學(xué)習實(shí)訓體驗場(chǎng)景。一方面可以考核學(xué)生對機械制造基礎與機械設計原理的理解能力，另一方面可以考核學(xué)生對機械結構的制造工藝加 工方法的掌握能力，并可以實(shí)現三維互動(dòng)考核和教學(xué)。
通過(guò)應用虛擬場(chǎng)景的教學(xué)模式，是對機械結構設計與加工專(zhuān)業(yè)的一次大膽嘗試，也是對該專(zhuān)業(yè)的教學(xué)內容、教學(xué)形式、教學(xué)模式的一次重大改革。
“機電一體化虛擬教學(xué)培訓系統”
隨著(zhù)機械和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，機電一體化是未來(lái)最主要的發(fā)展方向，機械與電子技術(shù)的融合，需要更多的復合型人才，需要深入理解機械原理和電子技術(shù)原理， 同時(shí)能夠掌握二者的互動(dòng)關(guān)系。而這恰恰是教學(xué)的難點(diǎn)，電子技術(shù)往往在背后，看不見(jiàn)摸不著(zhù)，而看得見(jiàn)的機械結構正是由這些看不見(jiàn)的技術(shù)控制著(zhù)。如何讓學(xué)生更好地理解和掌握機電一體化的相關(guān)知識和技能，這是擺在職業(yè)院校老師面前的一大課題，也是提升我國機電產(chǎn)業(yè)的重要課題，運用虛擬現實(shí)技術(shù)是一個(gè)很好地解決方案：
機電一體化虛擬教學(xué)培訓系統是一套完整的含蓋基礎電子電工到PLC控制邏輯等機電控制系統的三維互動(dòng)數字化教學(xué)實(shí)訓軟件，同時(shí)提供了各類(lèi)元器件與對應各類(lèi) 控制對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系。元器件庫由電路元器件、液壓系統功能部件、氣壓系統功能部件以及各種應用構件組成。更為重要的是，系統提供了一套教師自繪電路原理圖 的編輯工具以及PLC編輯器并能以此自動(dòng)生成三維元器件電路裝配圖用于實(shí)際電路接線(xiàn)訓練，可以很好地幫助學(xué)生學(xué)習對電路原理、電氣控制原理以及各種元器件 相關(guān)性能知識以及培養實(shí)際動(dòng)手能力，同時(shí)直觀(guān)地展示機電一體化的原理和工作機制。
自繪電路原理圖的編輯工具以及PLC編輯器界面
系統自動(dòng)生成三維元器件電路裝配圖
教師自繪電路非常重要，因為在機電一體化教學(xué)中，隨著(zhù)科技的發(fā)展，教學(xué)內容要不斷更新，只有提供了自繪電路功能，才能讓職業(yè)院校的教學(xué)與社會(huì )相關(guān)技術(shù)的發(fā)展同步，才能真正培養出社會(huì )和企業(yè)都需要的人才。
應用虛擬教學(xué)環(huán)境和技術(shù)解決機電一體化教學(xué)難題，是職業(yè)院校教學(xué)改革的一大舉措，也是對職業(yè)院校教學(xué)模式和教學(xué)內容創(chuàng )新的一次探索，對推進(jìn)我國機電一體化教學(xué)有著(zhù)積極的作用。
通過(guò)以上專(zhuān)業(yè)范例可以看出，三維互動(dòng)的虛擬教學(xué)系統對我國職業(yè)院校教學(xué)改革有著(zhù)巨大的推動(dòng)作用，也是本次職業(yè)院校教學(xué)改革的重點(diǎn)核心技術(shù)和內容，借鑒國外 的經(jīng)驗和技術(shù)，如德國職業(yè)院校教育，美國職業(yè)院校教育等等，都是大力推廣和普及了三位互動(dòng)虛擬教學(xué)系統，一方面可以大規模節省教學(xué)經(jīng)費，另一方面可以大大 提高學(xué)生的訓練時(shí)間和訓練效果，結合真實(shí)的設備和實(shí)訓環(huán)境，可以幫助學(xué)校培養出企業(yè)真正需要的技術(shù)人才。
虛擬現實(shí)技術(shù)，引領(lǐng)推動(dòng)職業(yè)教育教學(xué)改革進(jìn)程！
