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虛擬仿真實訓范文1
國務院《關于加快發展現代職業教育的決定》（國發[2014]19號）以及教育部《現代職業教育體系建設規劃（2014-2020年）》（教發[2014]6號）中分別明確指出：“支持與專業課程配套的虛擬仿真實訓系統開發與應用。”“在專業課程中廣泛使用計算機仿真教學、數字化實訓、遠程實時教育等技術。” 這充分說明了虛擬仿真實訓對培養證券專業高技能人才的重要性與必要性。
1 傳統實訓室在證券專業實訓中的不足之處
1.1 校內實訓室建設
1.1.1成本問題
高等職業技術教育所培養的是適應現代生產一線需要的高端技能型人才。為此，各高職院校均意識到建立健全教學實訓場地的重要性，紛紛加大投入，為各個專業建設相應的實訓場所。但由于實訓基地建設的周期長、前期投入與后期消耗都非常大，且隨技術的發展，常需要更新換代，很少有學校有足夠的財力多次進行投資的。相對于實際實訓場所的建設投資，建立虛擬實訓平臺，其投資要小得多，且設備更新換代或系統升級的成本也可以大幅度降低。
1.1.2場地問題
高職院校實訓基地是完成職業教育教學活動中技能訓練的重要場所，其功能是在模擬實際工作環境下，進行規范的技術技能操作。可見，實踐教學需要有一個真實的實戰環境。由于歷史和現實等各方面的原因，部分高職學院的校園面積不是很大，實訓用地、用房相當緊張，沒有足夠的土地來建設實戰型的實訓基地，更不可能為全院每個專業都建立起具有實戰環境的實訓場所。
1.2 校外實訓基地建設
日常教學過程中，一部分實訓實驗是可以通過校內實訓或實驗室完成的，但證券專業的實訓內容受行業特點的限制，無法僅僅在校內完成，必須借助證券公司、期貨公司的環境及工作間才能達到良好效果。但學生到證券、期貨公司實訓時，會影響到相關企業的辦公秩序和工作效率，所以證券期貨企業通常不愿接受學生的實訓實踐。雖然有校企合作企業會提供實訓機會，但在具體操作上可能會加以保留，比如實訓人數限制或者實訓內容限制，導致實訓的效果也會大打折扣。
2 證券專業虛擬仿真實訓的優勢
證券專業的虛擬仿真實訓是利用虛擬實訓平臺，依托Flas形式，模擬真實的金融工作環境，通過學生的自主學習和反復訓練，培養學生的動手操作能力、信息處理能力，使其掌握金融業務處理要點和工作流程，提高學生的反思能力和創新能力。優勢具體表現在以下幾個方面：
首先，學生通過注冊，在校內可隨時登陸虛擬平臺環境，通過網絡模塊架構，了解實訓內容、計劃、流程以及每個實訓項目的注意事項和要求。每個學生都可以根據自己的掌握情況進行在線練習，直至掌握全部操作技能。網絡模塊架構還設有師生互動平臺，學生所遇到問題可以與老師和其他同學討論解決。通過在線討論，在解決問題的同時也加強了師生交流，提高了同學間的團隊協作能力。
第二，學生通過網絡操作，可以進入虛擬的證券公司現場，使學生身臨其境，模擬相應的角色，增強了感性認識，激發了學習興趣。學生像玩游戲一樣全身心地投入到虛擬環境中，對遇到的問題也會產生較強的求知欲，這種自主性學習能讓學生掌握各項技能。在今后的工作中，尤其在真實業務處理時，能很快進入角色，并且對過程中可能會出現的問題有一定的預測和應變能力。
第三，設有自動評價系統，學生每完成一個虛擬實訓項目，系統會對學生的操作過程和最終結果做出評價。學生根據評價可以自己檢測學習的效果，切實提高知識的掌握程度。金融與證券專業虛擬實訓平臺實現了開放式教學，突破了時空限制，激發了學生學習興趣，大大提高了實訓課程的教學效果。
3 證券專業虛擬仿真實訓的實施
以《證券投資實訓》為例，該課程采用虛擬投資實戰系統展開教學工作。
金融投資實戰系統由操作前臺、中間處理服務器和數據庫服務器三部分組成，全部的行情中轉都由統一的外網服務器完成。操作前臺為動畫模擬業務處理的操作界面，處理數據的錄入、簡單檢查、查詢、用戶之間的交流等操作。中間為業務處理部分，進行數據庫連接、業務規則和數據檢查、日初、日終、對前臺傳送的數據進行相應的處理、撮合等操作。并與外網實時股市數據行情系統相連，自動接收、撮合。金融投資實戰系統處理業務范圍包括開戶、證券買賣、外匯買賣、期貨買賣、融資融券、委托理財、私募基金、期權、后臺管理等。
證券專業虛擬仿真實訓的模塊主要有實訓模塊、演示模塊、系統查詢模塊和在線交流模塊。實訓模塊也就是環境虛擬模塊，模仿真實的證券交易現場和期貨交易現場，通過學生反復操作練習，使學生熟悉并掌握整個證券開戶、交易撮合等流程和技術要點，評價系統會自動對每個學生的操作和結果進行評價，使學生可以及時發現問題，如果評價低于一定的等級，將不能進行下一個項目的虛擬實訓，確保了整個實訓過程的連貫性和真實性。演示模塊是利用動畫，向學生講解和展示每個實訓項目的內容和要求，通過演示某一單項任務的具體實施操作，使學生對實訓的具體任務有直觀的了解。系統查詢模塊是向學生介紹本網絡學習模塊主要架構以及進行用戶注冊、密碼服務的平臺。在線交流模塊是師生互動平臺，通過交流可以解決學生在模擬時遇到的問題，老師也可根據學生反應的情況，適時改進模塊，使之與現行規范保持一致，提高模擬效果。
通過操作虛擬平臺，師生們都可以清晰的感受到，該系統把現實中的場景模擬出來，在模擬的場景中完成業務操作，丟棄了繁雜的導航菜單，以現實中人與人的交談和終端等方式完成業務導航，讓用戶更好的掌握業務和理解業務。無論是開戶流程，還是行情、撮合等業務流程，都是和實際中的業務完全吻合，做到真實且貼近教學。用戶在通過動畫界面完成業務錄入的時候，通過和業務員的交談或者終端操作，都是很人性化的方式，確保學生在掌握一定理論知識后能實際使用并熟悉業務流程。
同時，系統以可視化的方式定義和編輯業務畫面，維護各種參數和規則，讓學生在能對系統作各種調整。通過動畫虛擬真實場景，體現人和人之間的交流，人和人之間的挑戰，以及學生操作后的升級，使學生在使用過程中，增加了趣味性，更激發了學生學習的主動性與熱情。
4 結語
虛擬仿真實訓既考察了學生證券基本知識的掌握程度，又反映了學生的證券實踐操作能力和應用能力，其考核結果也更能體現學生對相關課程的掌握程度。在設置虛擬仿真實訓內容時，應圍繞專業人才培養的需要，以應用為主旨、以能力培養為主線，增強學生實踐操作能力，以充分適應高職培養學生的思路與目的。
參考文獻：
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[2] 程新麗，蘇雪.淺析虛擬實訓教學環境研究與構件[J].科協論壇，2013（5）.
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關鍵詞：項目教學 任務驅動 虛擬實驗 仿真實驗 電工技術
一、引言
當前，“項目教學法”作為一種較新的教學模式，逐漸被成功應用于高職類院校的日常教學活動中。為企業培養一線的技能型應用人才，實驗實訓的實踐環節對高職學生的實際操作技能的培養起了關鍵作用。
經調研發現，在實驗實訓教學過程中，存在不少問題：（1）教師缺乏先進教育理論的指導，精力有限，未能對每一實訓進行系統的教學設計；（2）院校實驗實訓設備有限，或因設備本身昂貴，不能保證所有學生可以親自實踐；（3）高職類學生理論基礎相對薄弱，經常出現對設備的非規范性操作，設備受損嚴重，維修費用劇增。
針對上述情況，我們試圖在項目教學理論的指導下，構建適合高職類學生使用的虛擬實驗實訓平臺，減輕教師工作量，提高學生學習效果。
二、項目教學指導下虛擬仿真實訓平臺的功能分析
“項目導入、任務驅動”教學法的理論基礎是教育家陶行知先生所提倡的“在學中做，在做中學”的教育理論，為通過完成完整的工作項目，讓學生獲得相關知識與技能，并發展職業能力的教學方法。歸納起來，要求虛擬仿真實訓平臺應具有以下基本功能：
1.導航清晰，“項目-任務”式組織
項目教學法以應用為著眼點，緊密結合工程實踐項目，將復雜和煩瑣的學科體系項目化，然后將一個個項目劃分成一個個較容易掌握的“任務”，把教學內容巧妙地隱含在每個任務之中，注意分散重點和難點，通過這些任務來實現總的教學目標。平臺的導航應充分體現“項目”和“任務”，并以此為邏輯組織內容。
2.虛擬仿真，實現情境教學
平臺應運用多媒體工具，創設任務情境，激發學生的學習動機，使學生的學習與實際問題緊密聯系起來；具有示范講解功能，注重動手操作，交互性強，使學生具有獨立的進行虛擬的技能性操作鍛煉的機會。
3.多用戶模式，支持協作學習
教師通過平臺根據學生的興趣和能力，也可經過小組協商自主選擇角色，承擔相應的任務。這要求平臺支持多用戶，允許一組學生同時對一個項目進行操作，組內成員對項目的實施具有相應權限，項目的進展情況實時更新，而且組內可以通過網絡的形式進行的經驗交流和問題探討，提高團隊協作能力。
4.資源適度整合，支持探究式自主學習
針對每一任務，平臺需整合必要的資源，驅動學生開展探索活動，尋找、搜索相關知識，歸納完成任務的方法和步驟。對學生提出的任務不宜過細，應留有余地。教師扮演的是一個學習的指導者、合作者的角色，整個學習過程以學生的自主學習為主。
5.學習過程可控，支持過程式學習
項目教學法要求在任務設計時要考慮任務的前后知識的聯系，應該讓學生的知識學習和應用有一個逐步上升的過程，這要求平臺可以對任務實施的進程順序進行控制，使學生完成簡單任務后才進入較復雜的任務，只有完成所有任務時，才能進行成果展示。對每一任務應有階段性成果的階段性評價和考核。
6.考核評價，多種方式綜合
項目教學既要有形式性評價，即任務階段性評價（段段清）；又要有結論性評價，即整體項目設計與制作的結果。要充分利用數據庫技術，記錄學生整個實踐過程表現，使評價貫穿在整個學習過程中。
7.成果展示，溝通交流
在完成所有任務后，平臺能對最終的學習成果進行虛擬仿真，在全班學生面前展示、交流，讓學生深感成就感，并將完成任務過程中積累的經驗進行交流。
三、基于項目教學的虛擬仿真實訓平臺的構建
1.平臺運行模式的選擇
傳統的多媒體課件都是單機版的，項目教學理論要求平臺能支持多用戶模式。C/S模式和B/S模式都可以達到要求，但B/S模式更具優勢。C/S模式一般用于局域網，如在一個實驗室里使用，而基于Internet的B/S模式允許學生不受地點、時間的限制進行實驗實訓，所以B/S模式優先考慮。
2.開發工具的選擇
常見的課件開發軟件有Authorware、Flash、PowerPoint等，相比之下，在網頁設計和多媒體創作大展拳腳的Flash更適合與B/S模式的軟件開發，它可以方便地將聲音、文字、圖片、視頻融合為網頁動畫，而且其功能強大的Action Script足以滿互性的實現。為將不同的Flas進行有效組織，需要網頁制作工具使其形成系統，Microsoft Visual Studio、Dreamweaver和FrontPage都是不錯的選擇。此外，因平臺需要支持過程式學習，能記錄整個實訓過程中的表現，需要開發動態網頁，所以還需要動態網頁編程語言和數據庫的支持。網頁編程語言常見的有Asp、、Jsp和PHP，常見的數據庫有Microsoft SQL Server、MySQL和Access。具體可以根據個人偏好選擇，對于初學者，“Flash、Dreamweaver、Asp、Access”是不錯的選擇。
3.平臺構建的原理與方法
平臺采用Web的B/S三層體系結構，即邏輯上分為表示層、業務邏輯層和數據存儲層。
平臺構建原理：首先，平臺導航的組織設計。根據教學大綱要求，結合實際工程項目，合理的劃分若干“項目”，再將項目合理地分成若干“任務”。其次，對每個項目，做以下工作：（1）項目導入。講解項目背景、任務間的內在關系、邏輯結構，使學生對項目有整體了解、認識和把握，讓學生做好項目設計和制作的相關準備。（2）任務分工。教師通過平臺，根據小組成員的成熟程度，進行合理分組。把不同學習能力、學業水平及具有不同興趣愛好的學生分到一個組，可以在一定程度上實現優勢互補。（3）任務實施。學生在登陸平臺后，根據自己的分工，對每一任務進行實施，主要包含學習了解可利用的資源、學習示范操作、親自動手操練、接受階段考核等環節。（4）成果展示。在完成所有任務后，平臺對學生最終的成果進行虛擬仿真。（5）評價交流。學生對實踐過程中的心得體會進行交流，教師通過平臺進行結論性評價。
平臺開發步驟：首先將每一個任務分別用Flash封裝成一個網頁動畫；其次將所有的動畫在Dreamweaver開發環境下組織成一個網站；最后是利用ASP動態網頁開發，對師生賬號信息、項目任務信息、每一次實訓的過程記錄信息、教師點評和學生成績通過數據庫加以存儲與讀取。
4.多種媒體融合表現
通過上述的技術實現，可以達到以下多種媒體表現形式：（1）圖文并茂，學生自主觀察學習；（2）聲音動畫示范講解，創造輕松學習環境；（3）實物逼真虛擬，創設真實的學習情境。（4）過程交互仿真，提供學生反復動手操練機會；（5）游戲式做題，實現寓教于樂。
四、應用實例
《電工技術基礎》是一門理論性和實踐性都很強的專業基礎課。我們將本文的方法應用于實際，開發了“面向項目教學法的電工虛擬實訓室”。本平臺榮獲浙江省第七屆多媒體作品競賽高職組二等獎，浙江省第五屆青年教師教學技能競賽優秀獎，并在我校06級的機電一體化、數控、汽車等專業有較好的應用。
圖1給出的是項目“三項異步電動機正反轉控制電路的安裝與調試”的主界面。圖2顯示了平臺提供給學生反復動手操練的機會，對所學的電路進行虛擬連線，操作正確與否，平臺將給予提示反饋。
圖1 項目一的主界面
圖2 任務中的交互性動手操練
五、結束語
基于項目教學的虛擬仿真實訓平臺，為學生提供了反復操練的場景，緩解學生對操作技能需求與學校有限的實驗室資源之間的矛盾，可作為學生實戰前的預練，學會規范的操作流程與方法，減少對設備的損壞，節約成本。具有以下特色：（1）引進了“項目導入、任務驅動”的先進教育理論；（2）強調學生的主體地位，學生主動尋找完成任務的方法和構建自己的理論體系。（3）培養學生分析和解決問題的能力，學生在操作中學會資料利用、數據處理、原理分析和問題判斷。（4）體現交互和過程性，對實際的技能操練進行虛擬仿真。（5）融合多種媒體表現，將文字、聲音、圖像、動畫以及人機交互融合一體。
參考文獻
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作者單位：
1.浙江水利水電專科學校
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Abstract： At present， there are some difficult problems such as high cost， high quality of practical teaching in vocational and technical education， the practical training difficult to imitate， the teaching effect of practical training is difficult to control. It is difficult to cultivate high quality technical skills to meet the needs of enterprises. In this paper， we can design 3D virtual simulation training to meet the needs of the professional growth to solve the problem of the quality and efficiency of personnel training in the training classroom， promote the transformation and innovation of the traditional teaching mode， and promote the integration of information technology and education teaching.
關鍵詞： 游戲互動；3D虛擬仿真；職業人；學習地圖
Key words： the interaction of the game；3D virtual practice；professional person；learning map
中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）03-0236-02
0 引言
隨著科技技術的飛速發展，社會衍生出對高素質、技術技能型復合人才的大量需求，而職業院校的畢業生卻又較難找到合適的工作，“招工、就業”兩難現象越演越烈[1-2]。現階段人才職業素養、綜合技術技能與企業實際要求的巨大反差無疑是導致這一問題的最主要、最直接的原因。究其問題主要在于：一是職業院校普遍存在生產性實訓設備投入成本過高、生產性實訓條件缺乏、學生實訓難以保證的問題；二是傳統實踐教學與訓練主要以技能訓練為主，普遍存在與職業素質培養融入不夠、與真實環境脫離的問題；三是隨著信息化設備（智能手機等）的普及，職業院校實訓課堂上普遍存在玩手機的現象，學生難以由被動學習轉化到主動學習的問題。這些問題又嚴重制約著實踐教學綜合效益的發揮，影響人才培養質量及效率，難以培養適應企業需要的高素質技術技能人才[3]。
基于此，本文以應用電子技術專業為例，構建職業人職業成長的學習地圖，創立“533”職業人成長訓練體系（生產五要素、職業發展三路徑和能力三層級），開發融入游戲理念、虛實結合、3D場景再現的應用電子技術專業虛擬實訓系統。通過推廣應用，以期破解實訓教學中的人才培養質量及效率低的問題，促進傳統實訓教學模式的轉變與創新，推進信息技術與教育教學的深度融合，為職業院校信息化實踐教學的應用及推廣提供借鑒。
1 依據認知和成長規律，構建職業人職業成長的學習地圖
遵循職業人認知和成長規律，校企合作，充分調研電子產品生產設計與制造、電子設備生產、電子元器件生產等各種類型企業，獲取行業技術、技能人才崗位職責等重要信息，確定應用電子技術專業人才培養能力素質目標要求，明確3D虛擬仿真與專業的關系、與課程的關系。調研電子信息產業鏈的設計、生產、銷售與服務四個環節，對技術工等技能崗位、工藝員等技術崗位、班組長等管理崗位三條電子技術專業職業人職業發展路徑中電子產品調試崗位、產品裝接等崗位進行職業能力分析。并將完成電子技術專業設計、生產、銷售與服務崗位群的一般工作任務、特定范圍內工作任務、創新工作任務等三種能力水平，界定電子技術專業職業人的職業能力水平等級。借鑒主流企業提升人力資源管理水平和實踐效果的重要工具，即能力素質模型，構建能支撐應用電子技術專業人才培養目標的3D虛擬實訓系統的職業人職業成長學習地圖（基于崗位能力和業務問題設計的成長路徑）。
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關鍵詞：虛擬仿真技術；實踐教學；學習場景；教學訓練
一、概述
虛擬仿真技術是對虛擬現實技術和系統仿真技術的合稱。虛擬現實技術是先進的人――計算機接口技術，其實質是利用計算機產生一個三維的、基于感知信息的臨場環境。人可以參與和控制環境，同時環境能夠對人的控制行為做出動態的交互反應。系統仿真技術是隨著計算機技術的發展而形成的新興學科，它是通過建立真實系統的數學模型，利用計算機來達成對系統的分析、研究、設計等目的。目前，虛擬仿真技術在軍事、教育、醫學、工業設計等多個領域都得到了應用。在教育教學領域，虛擬仿真技術能夠進行教學活動或實驗操作的模擬，具有經濟性好、安全性高以及可重復等多種優勢，已經開始替代某些費時、費力、費錢的真實試驗和教學演示，對傳統的教學活動產生了強烈沖擊，引發了教學領域產生一系列深刻的變化。
虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中應用研究的意義：利用虛擬仿真技術可以構建一個虛擬的實訓場地和教學場景，在沒有實際設備的情況下可以有效提高教學效果。并且可以減少高職院校因設備不足的高額開支。通過仿真技術可以進一步整合教學資源，提高實訓設備的利用率，提高學生知識和技能。在教學中對仿真技術感興趣的學生可以做再次開發，這樣能更好的提高實踐教學效果和學生的實踐應用能力。
二、虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的研究內容
傳統設計是設計者根據產品用戶的需要，將所設計產品的結構通過圖紙表現出來，經過計算或者經驗認證后，再投入生產試制中進一步檢驗其結構設計的正確性與合理性。而虛擬現實仿真技術在實踐教學應用研究中主要體現在以下幾個方面：
1. 利用虛擬現實仿真技術開展三維模塊實踐教學的應用研究
Solidworks作為一款三維設計軟件，功能強大，組件繁多。Solidworks有功能強大、易學易用和技術創新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。對于熟悉微軟的Windows系統的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來搞設計了。SolidWorks獨有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內完成大型裝配設計。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，學生能在比較短的時間內完成更多的工作，能夠更快地將高質量的設計應用到虛擬設備中。
在強大的設計功能和易學易用的操作（包括Windows風格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協同下，使用SolidWorks ，整個產品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。
（1）全動感用戶界面：
①只有SolidWorks 才提供了一整套完整的動態界面和鼠標拖動控制。“全動感的”的用戶界面減少設計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了界面的零亂。
②嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設計過程和步驟。屬性管理員包含所有的設計數據和參數，而且操作方便、界面直觀。
③用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個同Windows資源器類似的CAD文件管理器。
④特征模版為標準件和標準特征，提供了良好的環境。用戶可以直接從特征模版上調用標準的零件和特征，并與同事共享。
⑤SolidWorks 提供的AutoCAD模擬器，使得AutoCAD用戶可以保持原有的作圖習慣，順利地從二維設計轉向三維實體設計。
（2）裝配設計：
①在SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高。
②SolidWorks 可以動態地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態的干涉檢查和間隙檢測。
③用智能零件技術自動完成重復設計。智能零件技術是一種嶄新的技術，用來完成諸如將一個標準的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。
④鏡像部件是SolidWorks技術的巨大突破。鏡像部件能產生基于已有零部件（包括具有派生關系或與其他零件具有關聯關系的零件）的新的零部件。
2. 利用虛擬現實仿真技術開展三維動畫交互實踐教學的應用研究
虛擬現實系統的目的是為了開發虛擬現實應用，所以任何一個完整的細膩顯示系統都需要有一套功能完備的虛擬現實應用開發平臺，一般包括兩個部分，一是硬件開發平臺，即高性能的圖像生成及處理系統，通常為高性能的圖形計算機或者虛擬現實工作站；另一部分為軟件開發平臺，即面向應用對象的虛擬顯示應用軟件開發平臺。VRP（Virtual Reality Platform，簡稱VR-Platform或VRP）即虛擬現實平臺，VRP是一款由中視典數字科技有限公司獨立開發的具有完全自主知識產權的直接面向三維美工的一款虛擬現實軟件。VRP可廣泛的應用于城市規劃、室內設計、工業仿真、古跡復原、橋梁道路設計、房地產銷售、旅游教學、水利電力、地質災害等眾多領域，為其提供切實可行的解決方案。
三、虛擬現實仿真技術在實踐教學中擬解決的關鍵問題
1. 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，有效地避免了高校實驗實訓設備不足的影響因素。學生通過虛擬實驗項目的學習與訓練，減少其真機操作時出現許多失誤問題。
2. 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，教師利用虛擬現實仿真技術教學時，與實訓室技師經常切磋技藝、探討操作問題，提高了教師的實踐教學水平。
3. 虛擬現實仿真技術在高職實踐教學中的應用與研究，改變了學生被動學習的方式，提高了學生學習興趣、綜合實踐能力和高職實踐課堂教學效果。
四、結束語
隨著科學技術的不斷進步，虛擬現實仿真技術也進入了一個充滿活力和具有廣闊市場前景的高新技術領域，它的出現也漸漸取代了傳統模式中許多教學的新方法與新手段。目前，利用我院現有和二次開發虛擬現實仿真實訓軟件系統，進一步完善學院虛擬仿真實訓室的硬件和軟件設施，構建虛擬實訓室嶄新的教學與學習場景，實施機電產品虛擬仿真設計、制造、裝配等模塊實踐教學的應用與研究。對提高我院課堂教學改革實踐效果，具有深遠的意義。
參考文獻
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摘 要 虛擬現實技術對于提高軍人體能訓練水平，改進訓練方法有較大的研究潛力。針對當前院校400米障礙訓練存在的若干問題，從理論上和實際應用上基于虛擬現實技術的400米障礙訓練仿真模擬的設計做出論述。提出了模擬設計的相關問題。
關鍵詞 虛擬現實 400米障礙建模 訓練仿真
虛擬現實技術是一種新興的人機交互形式，可以創建虛擬世界，仿造自然世界，用戶可以從各種感官上產生親臨真實情況的體驗。上世紀90年代初期，虛擬現實技術已大量應用于作戰指揮、訓練模擬、武器試驗等。400米障礙訓練是軍人常態化基礎體能訓練的科目，但是訓練過程中往往出現的傷病情況較多。基于虛擬現實技術仿真模擬障礙訓練，可以對訓練進行科學的指導和教學，在系統中實現模擬人類專家的決策，讓參訓學員在虛擬環境中身臨其境的訓練，有效地避免無謂的傷病，提高訓練效果。
一、系統組成
虛擬現實系統，需要滿足用戶與虛擬世界的自然交互，僅靠一臺計算機是無法完成的，對于虛擬世界的身體感覺也不是僅僅靠鍵盤和鼠標就能夠達到的。參訓人員在虛擬訓練場上運動時，需要三維的訓練環境、虛擬的聲音以及抓、拉、爬、攀等動作的觸感和力感的體驗，還需要智能化儀器的支撐，可以說各種硬件設備是實現虛擬現實系統的基礎。
整個仿真模擬系統由兩種生成模式去實現，一種是由參訓人員配備一系列數字化裝備采集數據，計算機建模，經由高性能計算機處理輸出到視覺通道、聽覺通道、力覺通道反饋給訓練人員，體驗如真實般的訓練場景。另一種，則是由建模技術，對訓練環境、個人訓練情況和預演的訓練技術動作建模，生成虛擬的訓練畫面，從而幫助參訓人員全面了解自身訓練情況和需要改進的技術動作，以及改進方案。
二、系統功能
（一）訓練情況再現。動作重現是仿真系統中的重要功能，以其三維式可以讓用戶觀看到模擬人能夠在虛擬訓練場上逼真的、較精確再現自身的訓練動作。是對自身的一種直觀認識，同時也可以形象化地幫助參訓人員掌握動作要領和技術動作，同時減少了訓練傷病。
（二）訓練技術動作預演。創新技術動作和預演未知情況在提高訓練效果上有很大的作用。通過障礙物的技術動作的改進和創新是提高訓練成績的一大重要途徑，但是創新的動作的實際應用可能會導致運動員出現傷病，通過虛擬現實技術仿真模擬可以避免這樣的傷病出現。
（三）訓練教學。教員可以利用模擬仿真訓練對新學員進行教學，錄入教員對于障礙訓練的語音和文字講解，配合虛擬訓練畫面，可以使新學員直觀的印象，掌握技術動作要領，達到了訓練前“熱身”的作用。
（四）訓練效果圖示分析。形象直觀的虛擬畫面可以給參訓人員直觀的映像，分析對比參訓人員的訓練動作和標準的模擬動作，給予相同的視點，同步對比每一個通過障礙物的動作，讓參訓人員更快捷的找出自身痼癖動作和缺陷動作。量化分析速度、位移等數據，并使其與“標準”數據進行對比，找出差異，對于改進參訓人員的技術動作會有較好的指導意義。
三、基于虛擬現實技術的仿真模型建立
（一）虛擬障礙訓練可視化建模。模型是對現實世界或虛擬世界中各種事物或現象的一種抽象化的表現方法。400米障礙訓練環境的建立是虛擬訓練仿真的基礎。障礙訓練環境模型是對障礙訓練環境采用物理、數學等表示方法進行表示的模型，提供訓練環境的基礎數據和動態數據。包括障礙訓練場地貌幾何建模，障礙訓練場地物幾何建模，參訓人員行為建模等。
（二）聽覺建模技術。整個虛擬訓練環境的逼真性，還需要加入三維模擬聲音，這是增強用戶在虛擬環境中沉浸感和交互性的必要手段。聲音的來源可以是計算機合成的聲音信號也可以是采樣的真實聲音信號。目前的研究中，由于觸覺（力覺）反饋實現難度大，迄今為止還沒有能夠令用戶滿意的觸覺（力覺）反饋系統，所以虛擬聲音對于提高虛擬環境的逼真感就有很大的作用，增強臨場效果。
四、訓練分析圖示
（一）數據圖示分析。數據的分析是一個重要的環節，是對于訓練人員訓練效果的直接反饋，可以采用柱狀坐標圖來很好地完成。主要從模擬訓練與模擬標準訓練作對比，讓訓練人員找到差異，改進自身訓練動作。舉出一個簡單例子，通過錄入標準的數據對虛擬訓練數據的對比分析，可以得出誤差，集合虛擬訓練畫面和標準訓練畫面，讓參訓人員直觀找到自己技術動作存在問題，然后解決技術動作缺陷，提高訓練成績。
（二）重心軌跡分析。人體重心對于研究運動起著很重要的作用，尤其是跳躍動作，故在400米障礙中正確分析重心軌跡誤差可以幫助提高訓練成績。400米障礙訓練中起跳點的正確選擇是決定成功通過障礙物的關鍵因素，也是提高成績的重要途徑，重心軌跡的分析可以幫助學員判斷自己的起跳點是否正確。同時重心軌跡分析也可以幫助學員準確發力，在合理支配體能上也起到了很大的作用。身體平衡也是保證訓練成績的一個重要因素，重心軌跡誤差分析可以推斷出學員的平衡能力，從而教員可以根據情況制定出相應的平衡訓練手段方法。
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虛擬仿真實訓范文6
關鍵詞：虛實結合 實訓教學 模式創新
一、實訓教學模式改革的背景
礦山涉煤專業的學生實習實訓都面臨著高危險性，礦山企業普遍不愿接納學生下礦實習，學校只能把大部分實習實訓內容安排在校內進行。筆者所在的遼寧煤炭技師學院礦山機電專業的學生在校內實訓教學中遇到了如下困難。
1.實訓設備不足，實訓場所具有高危險性
礦山機電設備價格都比較昂貴，學校沒有條件將各類實訓設備配備齊全，只能象征性地購置幾臺，無法滿足多學科、多班級實訓教學的需求。而且礦山機電設備大多屬高壓設備，實訓場所具有高危險性，不利于學生實訓。
2.設備結構復雜，不便拆裝
由于礦山機電設備體形較大、結構復雜，因此在實訓教學中不易于對設備進行拆裝，無法使學生真正了解設備的內部結構，不能方便地進行電氣控制線路的安裝調試及故障檢修，更不能實現通電狀態下的調試過程，關鍵操作技能無法反復訓練，導致學生實訓時不能很好地完成實訓教學目標，影響教學效果。
上述問題嚴重制約著礦山機電專業學生崗位職業能力的培養。筆者所在學院礦山機電專業運用虛擬現實技術，開發了以虛擬現實設備和模擬崗位工作過程情境的信息化教學資源，先后開發了電動機與變壓器維修虛擬仿真教學軟件、綜采高低壓變配電設備虛擬仿真實訓軟件、綜采啟動控制設備虛擬仿真實訓軟件和綜采機械電氣控制虛擬仿真實訓軟件。利用這些信息化教學資源，對教學方法、教學模式和教學策略進行了重新整合，從觀念、過程、方法及模式等層面賦予實訓教學新的含義，既破解了實訓教學難題，又創新了現代信息技術與教學實踐科學結合的一種全新的“虛實結合”實訓教學模式。
二、“虛實結合”實訓教學模式的主要目標
1.虛實結合，實現教學過程與工作過程有效對接
實施以信息化資源為支撐的“虛實結合”實訓教學模式，運用虛擬的信息化資源，再現實際設備的拆裝過程、電氣線路的安裝與調試過程及故障檢修過程，結合真實的實訓設備，實現專業教學過程與崗位工作過程在信息化環境下的完全對接。
2.創新載體，凸顯教學中學生的主體地位
基于職業學校學生學習的認知心理特點，創設虛擬現實的游戲情境，激發學生的學習興趣，引導學生自主探究，自我評價。學生在虛擬環境中，按照實際崗位工作過程，自主操作虛擬設備，邊操作邊學習，踐行“做中學”，使學生全面了解和把握崗位工作過程，鍛煉了學生的綜合技能。
3.輻射帶動，引領中職院校的教育教學改革
“虛實結合”實訓教學模式，開發虛擬現實設備和崗位工作過程情境的煤礦電氣設備資源平臺，為東北地區涉煤職業院校提供了優質教學資源，為推動兄弟院校開展職業資格技能培訓和鑒定提供了良好的教學手段，輻射帶動職業教育教學水平均衡化發展。
三、“虛實結合”實訓教學模式的實施過程
1.“虛實結合”實訓教學模式的方法設計
筆者所在學院在“采區機電設備實訓”教學過程中，采用循序漸進的科學方式，將實訓教學階段劃分、實訓教學載體設計等方面有機結合，將虛擬仿真實訓與實操實訓分階段、交替實施。即將實訓教學劃分為虛擬仿真、實操等不同階段，再根據實訓課題、實訓項目的特點，按照“實操―虛擬仿真―再實操”或“虛擬仿真―實操―再虛擬仿真”的模式進行。在虛擬仿真中理解，在實際操作中鞏固，在反復訓練中提高。
2.“虛實結合”實訓教學的交替融合過程
“虛實結合”實訓教學的交替融合過程，以如下兩個項目為例進行說明。
項目一：礦用隔爆啟動控制設備的安裝與檢修，包含以下3個任務。
任務1，礦用隔爆啟動控制設備的概述;
任務2，礦用隔爆啟動控制設備的安裝操作;
任務3，礦用隔爆啟動控制設備的故障檢查及處理方法。
任務1的目的是了解設備的型號、內外結構及電氣系統。其中型號及外部結構可以從設備上看得到，先采用實物教學，學生通過觀察，對設備型號、外部結構有了直觀印象;設備的內部結構及電氣系統從實物外部是看不到的，就轉入第二階段的虛擬仿真實訓過程，通過虛擬實訓認識、理解后，再剖析實物進一步鞏固。
任務2和任務3是礦用隔爆啟動控制設備的安裝操作、故障檢查及處理方法。如果直接操作，不但難以滿足工藝要求，而且可能因操作失誤損壞電氣設備。因此，可以先進行虛擬實訓，使學生對安裝工藝、安裝過程進行必要的了解，第二階段再進行實操實訓。有了虛擬仿真實訓的基礎，再進行實物安裝操作時，就會大大降低設備損壞的可能性，確保高效、高質量地完成教學任務。
項目二：采煤機電氣控制線路的安裝與調試。
煤礦綜合采煤機是大型礦山機電設備，一臺價值幾千萬元，其電氣控制線路非常復雜，因此安裝與調試實訓不便于在真實設備上進行，這一直是困擾礦山機電專業大型設備教學實訓的難題。筆者所在學院與合作企業聯合開發的綜采機械電氣控制虛擬仿真實訓軟件，較好地解決了這一問題。
第一階段進行虛擬仿真實訓。學生在計算機上按照實訓軟件的提示，對采煤機的電氣控制線路進行虛擬安裝與調試，通過與軟件的互動，反復練習，很好地掌握了虛擬環境下的操作技能。第二階段安排在一體化教學工作室中進行，模擬安裝與調試。這一階段教師給出具體工作任務，學生在教師指導下自主設計電路并進行安裝與調試，提升學生的裝調能力及安裝工藝水平。經過這兩個階段的訓練，學生裝調技能基本成熟，進入到第三階段的實際訓練。學生掌握了在虛擬仿真實訓和模擬實訓中形成的技能，在學校模擬礦井內真實的綜合采煤機上進行實操實訓，實現了教學過程與崗位工作過程的有效對接。
“虛實結合”的教學模式并不是簡單的虛實相加，更不是一成不變的模式，而是一個優化融合的過程。虛擬實訓可以讓每位學生都有獨立思考和操作的機會，既突出學生的主體作用，又可為重復練習提供便利條件。而實物實訓的最大優勢在于既培養學生解決實際問題的能力，又可以培養學生團結協作精神。
在采區機電設備實訓的實踐教學中，通過探索和實踐，有效地將虛擬仿真實訓與實操實訓相結合，充分利用虛實結合的教學模式，發揮了兩種實訓模式的優勢，解決了實訓設備和實訓經費不足的問題及現場實訓的高危險性問題，降低了成本，提高了實訓教學的效率和效果。
運用信息化資源進行虛擬演練，配以現場實物訓練，不僅創新了載體，凸顯了教學中學生的主體地位，更重要的是創設了虛擬實物的情境，激發了學生學習的興趣及主動學習的熱情。“從虛到實、以實為本”，只有做到對真實設備的完全掌握，才能掌握真正的職業核心技能，形成與職業工作崗位很好的對接。
四、實施“虛實結合”實訓教學模式的保障
1.設備設施資源保障
要想搞好虛擬仿真教學，虛擬仿真實訓教室、信息化教學資源、健全的設備設施是教學實施的資源保障。
2.師資能力保障
教師的實踐動手能力、軟件應用能力、將真實工作任務轉化為教學內容的能力，是實施“虛實結合”實訓教學模式的師資能力保障。
3.教學機制保障
完善的教學設計方案、健全的實訓教學管理機制及配套的教學文件是實施“虛實結合”實訓教學模式的教學機制保障。
五、“虛實結合”實訓教學模式的成效及推廣
1.破解了實踐教學難題
一是用有限的資金投入，解決了實訓場地、實訓設備不足，實訓場所高危險性的難題。學校虛擬仿真實訓室可同時供120名學生實訓教學使用，每人一機，指導教師與學生利用局域網交互，實訓在舒適安全的環境中進行。二是可以根據學生不同的學習能力和基礎，開展分層教學，因材施教。
2.促進了學生學習能力的培養
運用“虛實結合”教學模式進行教學，學生不再是知識的被動接受者，而變成知識的主動探究者，學生自主學習能力顯著增強。該專業學生多次在集團公司技能運動會上取得佳績，在“華晨杯”沈陽技工院校職業技能大賽維修電工組及全國職業院校“淮北礦業杯”綜采電氣設備維修項目比賽中都取得優異成績。
3.提高了學生的學習興趣
運用“虛實結合”實訓教學模式，學生不再是面對枯燥的硬件設備，而是面對動畫片式過關方式的仿真軟件，增強了對學生的吸引力。學生發現，學習也可以像玩游戲一樣輕松，自然就解決了學習興趣不濃的問題。
4.增強了項目的可推廣性
虛擬仿真實訓項目集中了優質教學資源，投入后教學質量顯著提升。礦山機電專業年均實訓總成本消耗節省近1/4，虛擬仿真實訓教學低成本消耗、高效率產出的優勢增強了項目推廣的吸引力。
六、體會與思考
“虛實結合”實訓教學模式改革不是一項簡單的工作，它需要對人才培養方案、教學計劃、方法手段、課程設置、實訓基地建設、考核評價體系等諸多方面重新進行設計，需要構建以“虛實結合”實訓教學模式為核心的教學體系。要深入推進虛擬仿真實訓教學模式改革，還需要在以下方面繼續努力。
1.進一步提升信息化教學資源的針對性、實效性
信息化教學資源開發的內容與企業崗位工作任務的對接面還需進一步擴大，對接點還需更加具體，提升軟件開發設計的針對性、實效性。在今后的教學實施中，進一步吸納企業參與信息化教學資源的升級改進，利用企業資源更好地實現專業教學過程與煤礦崗位工作過程及關鍵技術的完美對接。
2.進一步完善“虛實結合”實訓教學的交替過程
