虚拟仿真实训,增效赋能上海职业教育培养高素质技术技能人才
2022第十九届上海教育博览会上线了上海教育影响力电子地图“2.0 版”,在教育数字化转型地图中有一张地图格外引人关注,这张地图在电子地图浏览量排名中位居第三。
它就是上海职业教育虚拟仿真实训基地地图。那么虚拟仿真实训基地对上海职业教育人才培养发挥着怎样的作用呢?

上海职业教育虚拟仿真实训基地地图

电子地图浏览量排名截图
虚拟仿真实训,安全又高效
职业教育实训中存在看不到、进不去、成本高、危险性大等特殊困难。在上海职业教育数字化转型的契机下,上海职业院校打造“虚实结合”的实训场景和实践教学体系,共同发展国内一流、技术领先、功能齐全、服务多元的示范性智能制造虚拟仿真实训基地。
上海市杨浦职业技术学校在“汽车钣金工艺” 课程中引入了虚拟仿真焊接技术,通过运用VR模拟焊机将虚拟工作场景带入课堂;运用信息技术手段创新技能训练方法,帮助学生克服焊接的恐惧心理,有效组织焊接实操模拟训练,缩短焊接技能固化时间,提高实训安全和效率。

学生进行焊接练习时,借助VR模拟焊机训练焊机参数设置、焊接角度把握、焊枪速度控制等基本操作技能,通过虚拟仿真技术让学生练习气体保护焊的各种焊接方法,真正做到人人参与、精准纠错、反复训练。实训课上生均训练次数可达20次以上,有效缩短焊接正确姿势的定型时间,做到“会焊”,为后续的真机实训打好基础。
为了学生更好地理解汽车结构,掌握修车技能,降低实训成本,减少实训风险,上海南湖职业技术学院利用5G+XR科技赋能,打造了虚实结合的教学环境。只需要配备一辆整车,多副增强现实眼镜,学生根据个人账号和密码进行登陆,就可以参加新能源汽车的高压防护、构造拆装与检修、驱动电机等模块的训练和考核。

在学习模式下,学生可以通过MR眼镜查看真实的实训工作场景。在理论教学过程中,学生佩戴上MR眼镜,汽车内部的结构便展现在他面前,从而得以清晰地认知某个零部件位于什么位置、它们的组成与结合方式等。

在实训环境中,还能够查看新能源汽车动力电池的能量传递途径,将相关工作流程直接附加到具体参与工作的零部件上,可视化地展现信号、能量、物质的传递过程。在维修过程中,虚拟影像也会指引学生一步一步进行操作。
高度仿真模拟演练,突破空间设备限制
在安全问题得以保障的基础上,职业教育实训过程中存在的另一大难题便是需要很多设备、很大的场地的实训难以进行。在校学生很少有机会真正进入厂区进行学习和训练,只能在正式就业后在工作岗位上学习。而虚拟仿真实训基地便为学生提供了这样一个机会,解决了这一难题,帮助学生更好更快地对接工作岗位。
在上海交通职业技术学院轨道交通学院,有一批未来的地铁“手术师”正在学习地铁车辆架大修技术。他们坐在电脑前,打开仿真教学软件,在荧幕上会出现通过虚拟技术营造的一个可以直观地接触到“真实的地铁架大修基地”的仿真车间,学生们无需进入架大修厂区进行学习和训练,足不出户也能沉浸式地参与“地铁架大修实训”。学生们可以在虚拟现实中掌握理论知识、装配和维修技能,从而增强学习兴趣,发挥自主学习的能力。

据上海交通职业技术学院教师杨丹豪介绍,基于数字孪生技术的城市轨道交通车辆架大修整车检修仿真教学软件,是全国第一套轨道交通车辆架大修全流程仿真演练实训软件。它选取了行业内先进的上海地铁车辆架大修工艺场景,在屏幕上搭建起一个虚拟的仿真车间,系统对地铁车辆架大修全过程进行仿真,将它切分为一个个作业子任务,学生作为作业人员,严格按照工艺文件一步步操作,最终完成架大修地铁车辆的交付,使人才的培养更符合行业的发展需求,让学生在学校实训演练内容和今后在岗位上的作业内容完全一致,可以实现学校和企业之间的无缝衔接。

虚拟仿真实训平台,在家也能反复练习

上海旅游高等专科学校旅游与休闲管理学院设计开发了“数字房车虚拟仿真实验平台”,使用数字孪生技术,模拟真实使用场景下的房车,可以在安全的情况下模拟自行式C型房车,让学生通过电脑就可以学习和熟悉房车上的各部分功能的使用方法,并模拟行车前的安全检查流程、行车中突发安全情况的应对以及在驻车后的水电桩使用、黑水箱操作等安全流程。

该系统除了在课堂使用外,还受到中国房车旅游租赁联盟和路程网x房车行推荐,在150多家房车租赁企业中作为学习资料使用,展现了较强的社会服务效益,有效打造上海市数字化转型标杆,入选“白玉兰杯”典型案例,荣获社会各界认可。
为构建智能化、数字化的虚拟仿真实验实训体系,上海工业技术学校携手上海航天、上海联通等企业共同探索打造5G+智能制造(航天领域)虚拟仿真实训基地。

学校针对实训教学过程中存在的痛点和难点,开发相应的虚拟仿真实训模块,一一加以取代或补充。平台的搭建旨在通过单纯虚拟仿真实训或先虚拟仿真实训再实操实训的方式助力实训教学全面性、安全性及质量的提升,在开发虚拟仿真实训平台时,将虚拟仿真模型与实际设施设备彼此映射,形成一一对应的“数字双胞胎”,实现“虚拟的也是真实的”“所见即所得”“仿真与实际相统一”。该平台包括了一整套智能制造虚拟仿真交互资源,一台台先进的加工制造设备与自动化生产线采用虚拟现实技术,将真实场景虚拟化,让学生可以直接进行虚拟加工操作,得到身临其境的体验和全面的练习反馈。

据上海市工业技术学校庄瑜老师介绍,今年3月,学生居家学习期间,学校将虚拟仿真共享平台投入到在线教学中,将传统的现场实训课程无缝切换至线上,实现云端实训。
学生通过键盘、鼠标控制视角,就可对机器进行全景观察、操作,点击数控面板按钮,就可实现人机交互。学生按任务列表进行实训,系统可以实现自检并给出相应指导。实训结束后,平台还会收集课堂数据,形成教学成果画像,便于教师对云端实训情况进行采集。
虚拟仿真实训通过模拟实训环境,将知识可视化呈现,调动学生参与实训活动的积极性和主动性,突破了空间和设备限制,解决了学生实际操作时间不足的问题,有效降低传统实训中设备维护和耗材费用,对提高实训教学质量和效率发挥着重要作用,有效提升了学生的技能水平。
上海职业院校将继续优化完善虚拟仿真实训基地建设,通过育训结合、虚实结合、数字化环境下的实训教学创新研究与实践等方式,充分发挥信息技术与教育教学的深度融合优势,推进教学能力和人才培养质量的全面提高,助力各校提质培优,为培养高素质、复合型技术技能人才和推动上海职业教育高质量发展增效赋能。