工程综合训练作为应用型人才培养重要组成环节,在训练中有很多功能不具备或难以完成。例如:车床内部结构不可及,结构吊装实验环境高危,桩基灌装实验高成本、不可逆,建筑工程实验施工过程长、建筑物结构不易观察、环境极端、安全隐患大。
针对这些问题,学校于2021年成立虚拟现实实验室,陆续研发了车削技术、铸造技术、数控铣销技术、建筑焊接作业等多套虚拟仿真实验教学系统,通过高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,相关实验教学达到了教学大纲所要求的教学效果,极大地满足了学生需要。
资源建设
本中心借助学校虚拟现实技术研究所雄厚的技术研发能力和良好的产学研合作平台,秉承“立足工科专业、注重学科交叉融合、突出训练过程互动性、着眼工程技术新热点”的指导思想,系统化构建了以机加工、热加工、智能制造、建筑特殊工种为基础的课程体系,按照各学科专业教学规律和要求,开展虚拟仿真实验教学模块建设,每个模块包含若干实验项目,从而形成了重点突出、点面结合的虚拟仿真实验教学网络体系。
目前已建成的22套虚拟仿真实验教学系统,服务于8个学院、24个专业的22个实验项目教学,近三年实验教学工作量达136.8万人时。
典型系统案例
“车削加工技术虚拟仿真实验教学系统”,分为:基本知识、基本操作、拓展内容、典型工件仿真实训和实训自测题五大模块。在3D建模的基础上,附加控制步骤的实施,通过该系统,不仅可以学到车削训练的基础知识,而且能够掌握车床内部的结构及运动过程,解决了车床内部不可及的问题。
“铸造技术虚拟仿真实验教学系统”,该系统将5种造型过程真实再现,设置挖砂造型的仿真实训,通过对挖砂造型的虚拟仿真互动操作,学生能够较好地理解该技术的原理和应用方式,掌握挖砂造型的过程及操作。
“塔机虚拟仿真实验教学系统”,针对大型、昂贵、复杂的机械设备,实施模块化教学,内容包括:塔机的结构、安装、拆卸、考核等,分为观看模式和操纵模式进行教学与体验。此系统具有安全性高、成本低、绿色环保等突出优点,以虚实结合的方式拓展了实践领域,提高了相关学科、专业的实验教学水平,促进了学生实践操作能力的提高。
资源共享及应用效果
教学资源共享是中心建设的核心。中心教学系统与资源部署在校园网的云计算平台之上,通过中心网站,学生可以在校园内、外授权使用虚拟仿真实验教学系统平台。校园网通过“两校、三区、两网大融合”的方式100%覆盖了学校的教学、科研、管理及生活区域,先进的轻量级图像数据压缩与加载技术,实现了数据的及时传输。
借助于PC、笔记本、PAD、智能手机等多种形式的终端设备,充分利用图像识别、语音识别、体感互动等先进的信息技术手段,不受人数、时间、空间限制地在线开展“教-学-练-考”,满足了多学科、多专业、不同层次的实验教学需求,切实提高了学生创新能力和工程实践能力。中心被省建管局授予省级技能培训与鉴定基地。
基础条件
中心现有VR黑板、VR眼镜、电容智慧黑板、裸眼3D显示器、智能控制终端一体机等硬件设施;拥有VR快速开发平台、Unity3D、3DMax、FLASH、CAD等虚拟现实软件研发平台,软硬件总值469.3万元。
管理体系
中心实行主任负责制,拥有一支由教学名师、教授、博士、实验师等56人组成的实验教学队伍。中心主任张美生教授,是工程训练中心主任,多年从事虚拟现实教学及研发工作。
特色与创新
1. 立足学科优势,创新“虚实结合”实践教学体系,形成“绿色实践教学”内涵特色。
针对传统实训教学存在的问题,将虚拟仿真实验教学与原有实体实践教学相结合,创建了“以实为本、虚实结合”的满足认识实习、专业实训等要求的综合实践教学体系,形成了以“仿真实验”拓展“真实实验”的“绿色实践教学”内涵特色。
2.依靠校企深度合作,创新产学研用循环,形成了“科研反哺教学”建设模式特色,使中心发展健康持续。
中心陆续取得相关专利和软件著作权18项,完成了塔机操作为代表的一大批重大、有影响实际工程项目,科研反哺教学,形成了“产学研用”良性循环。
中心与济南科明数码技术有限公司等多家行业企业强强联合,形成了共建、共管、共赢的校企合作新模式。
3.发挥团队技术优势,创新资源共享模式,形成了“即时教学练考”灵活应用特色,可充分满足学生需求。
中心基于学校信息化平台,在校内实现了随时随地的资源共享;面向合作院校,采取了互惠互利、互通有无的资源共享方式;面向社会,探索有偿使用、着眼未来的资源共享模式。
中心展望
下一步,我们将继续充分发挥学校应用型人才培养优势,加大实验教学信息化建设力度,不断改革与创新,将中心建设成为全省知名、辐射建筑行业的实验教学示范性中心。