工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)探討

緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了1篇工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)探討，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！

工程訓(xùn)練作為高校開展工程實(shí)踐教學(xué)的必修課程，對學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)工藝知識、形成創(chuàng)新思維、培養(yǎng)工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。在“中國制造2025”及工業(yè)4.0的戰(zhàn)略背景下，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，對新興工程技術(shù)人才在工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、國際視野、發(fā)現(xiàn)并解決復(fù)雜工程問題能力等方面提出較高的要求。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決復(fù)雜工程問題的能力，多數(shù)高校的工程訓(xùn)練中心在硬件建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)過程中，盡可能貼近工廠生產(chǎn)實(shí)際環(huán)境。但由于學(xué)生自身的安全防范意識和防范能力比較弱，如不了解實(shí)訓(xùn)著裝要求，對安全行走路線不熟悉；不熟悉設(shè)備的工作原理和性能，不按照安全操作規(guī)程操作設(shè)備或無法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的問題。因此，在實(shí)踐教學(xué)過程中極易出現(xiàn)安全隱患，引發(fā)安全事故，危及師生的人身安全[1]。新形勢下，高校的工程訓(xùn)練課程體系也在不斷改革與創(chuàng)新。為了培養(yǎng)學(xué)生的“大工程”意識，工程訓(xùn)練已從原有的實(shí)踐教學(xué)模塊如普通車削加工、鉗工、銑削加工、磨削加工、鑄造、焊接等逐漸拓展為數(shù)控車削加工、加工中心、3D打印、激光加工、工業(yè)測量、工業(yè)機(jī)器人、智能制造、人工智能等現(xiàn)代先進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)模塊，增加了新材料、新工藝、新技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，注重多學(xué)科的交叉融合，在空間和時間上實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的全開放，滿足了學(xué)生的自主創(chuàng)作與加工要求。但與此同時，工程訓(xùn)練中心發(fā)生安全事故的概率也在提高，對學(xué)生、教學(xué)人員及單位將會造成嚴(yán)重的不良影響[2]。因此，工程訓(xùn)練過程中的安全實(shí)踐教學(xué)改革勢在必行。

1構(gòu)建工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺

針對工程訓(xùn)練安全實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提出采用以虛補(bǔ)實(shí)的實(shí)踐教學(xué)方法[3]，開發(fā)工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺。將原有教學(xué)手段難以展現(xiàn)的安全事故呈現(xiàn)在平臺中，以動畫、圖片、視頻的形式講解典型的安全事故實(shí)例[4]，為學(xué)生和實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師提供“自主式”“交互式”“開放式”的工程訓(xùn)練安全實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生對實(shí)踐操作有一個較為生動直觀的認(rèn)識，并主動遵守安全操作規(guī)程，有意識地避免甚至消除一些潛在的安全隱患[5]。

1.1工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺的總體構(gòu)建

工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺包括教師端和學(xué)生端。教師端主要包括資源管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、信息維護(hù)系統(tǒng)、考試系統(tǒng)等；學(xué)生端主要包括過程行為監(jiān)督系統(tǒng)和學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

1.1.1資源管理系統(tǒng)

教師可以通過資源管理系統(tǒng)在線上傳、下載及編輯實(shí)訓(xùn)安全的各類教學(xué)資源，如電子課件、動畫庫、視頻庫等，并可以通過視圖選擇實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。教師可以根據(jù)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行篩選，屏蔽掉多余的模塊。

1.1.2數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)支持和顯示多種數(shù)據(jù)分析，包含考核成績數(shù)據(jù)分析、學(xué)習(xí)時長數(shù)據(jù)分析、學(xué)習(xí)完成度數(shù)據(jù)分析等，并以可視化的形式展示。教師通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可直觀清晰地查看學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

1.1.3信息維護(hù)系統(tǒng)

教師可以通過信息維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)建賬號、刷新賬號、修改賬號信息等操作。信息維護(hù)系統(tǒng)支持賬號信息批量導(dǎo)入、批量導(dǎo)出、賬號狀態(tài)可視化功能，教師可以便捷地查看賬號信息。

1.1.4考試系統(tǒng)

考試系統(tǒng)包括登錄模塊、實(shí)時考試、自動計(jì)算考試時間、密碼校驗(yàn)、試題維護(hù)、考試科目維護(hù)、組卷選擇等。其中，登錄模塊采用一學(xué)生一賬號模式，確保每名學(xué)生通過唯一的登錄賬號進(jìn)入系統(tǒng)答題；實(shí)時考試可以根據(jù)教師組卷方式進(jìn)行組卷，確保個性化組卷；自動計(jì)算考試時間，可以自動保存批閱考生作答情況；密碼校驗(yàn)是在考試過程中后臺實(shí)時校驗(yàn)考生密碼，在線考試時避免他人惡意登錄，查詢成績時也可避免考試成績泄露；試題維護(hù)、考試科目維護(hù)、組卷選擇模塊，教師可以批量導(dǎo)入、導(dǎo)出實(shí)訓(xùn)安全考試題目，也可以在線手動對試題進(jìn)行編輯，可以選擇手動組卷或者隨機(jī)組卷。考試系統(tǒng)界面以樹形結(jié)構(gòu)管理所有科目，考試內(nèi)容為分類別、工種測試，最后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.1.5過程行為監(jiān)督系統(tǒng)

工程實(shí)訓(xùn)安全虛擬仿真系統(tǒng)采用一學(xué)生一賬號模式，學(xué)生登錄時會在網(wǎng)絡(luò)中簽署使用協(xié)議以確保賬號是本人使用，并對使用過程的行為進(jìn)行全程記錄。例如學(xué)習(xí)時長、視頻觀看是否完整、操作是否完成等，如有違規(guī)操作或未操作等情況，系統(tǒng)會保存相應(yīng)記錄，并不允許其進(jìn)入考試系統(tǒng)。

1.1.6學(xué)習(xí)系統(tǒng)

學(xué)習(xí)系統(tǒng)分為在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)和局域網(wǎng)下單機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中可實(shí)現(xiàn)過程行為監(jiān)督、在線考試、在線學(xué)習(xí)等功能。在單機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，學(xué)生可以進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)安全虛擬仿真系統(tǒng)的單機(jī)學(xué)習(xí)，通過游戲的方式學(xué)習(xí)，并可以在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行測試。

1.2工程訓(xùn)練安全數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)

工程訓(xùn)練安全數(shù)字化教學(xué)資源主要包括實(shí)訓(xùn)安全總則、各實(shí)訓(xùn)教學(xué)模塊中的設(shè)備安全操作規(guī)程、易發(fā)生教學(xué)事故的安全案例等。實(shí)訓(xùn)安全教學(xué)資源庫包括電子課件庫、二維/三維動畫庫、視頻庫。

2工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺在工程訓(xùn)練中的應(yīng)用

2.1安全教育的實(shí)訓(xùn)方式

工程訓(xùn)練安全教育依托工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺進(jìn)行[6]。在平臺中，學(xué)生可以通過觀看視頻、模擬實(shí)操、還原事故的方式了解實(shí)訓(xùn)著裝要求、安全行走路線、各模塊安全操作規(guī)程及實(shí)訓(xùn)過程中存在的安全隱患等，對實(shí)踐操作有一個較為直觀生動的認(rèn)識，并主動遵守安全操作規(guī)程[7]，有意識地避免甚至消除一些潛在的安全隱患。

2.2實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

借助工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)安全總則、安全標(biāo)識及各個實(shí)訓(xùn)模塊的安全操作規(guī)程，包括機(jī)械測量、車工、銑工、刨工、磨工、數(shù)控電火花線切割、數(shù)控車床、鉗工、工裝夾具、機(jī)械拆裝、注塑及沖壓、電工電子、工業(yè)機(jī)器人、智能制造、氣動液壓、激光加工、3D打印、鑄造、機(jī)電一體化、焊工、競技機(jī)器人等22個實(shí)訓(xùn)教學(xué)模塊、200多條實(shí)訓(xùn)安全操作規(guī)程。

2.3考核方式

安全教育實(shí)訓(xùn)考試借助工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺中的考試系統(tǒng)完成，要求學(xué)生在進(jìn)入工程訓(xùn)練學(xué)習(xí)前，必須通過在線或單機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)了解實(shí)訓(xùn)著裝要求、安全行走路線、各種設(shè)備的工作原理和性能等，對安全事故的危害有所認(rèn)識，從而對工程訓(xùn)練涉及的相關(guān)設(shè)備使用等安全操作規(guī)程有所掌握。學(xué)生通過考試系統(tǒng)完成工程訓(xùn)練安全的相關(guān)考試，達(dá)到繼續(xù)工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)的目的。對于未能通過工程訓(xùn)練安全考試的學(xué)生，不能繼續(xù)工程訓(xùn)練學(xué)習(xí)[8]。

2.4應(yīng)用效果

2.4.1豐富工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)是高校工程訓(xùn)練中心的基本任務(wù)，保證學(xué)生的實(shí)訓(xùn)安全是實(shí)踐教學(xué)的重中之重。工程訓(xùn)練中的安全事故很難用原有教育手段進(jìn)行展示，如女生長發(fā)卷入車床，頭皮被揭掉；學(xué)生戴手套操作車床，手卷入旋轉(zhuǎn)刀具內(nèi)損傷(見圖1)。采用虛擬仿真與實(shí)際實(shí)訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，將實(shí)訓(xùn)著裝要求(見圖2)、安全行走路線、安全教學(xué)事故等內(nèi)容整合到工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺，打破原有工程訓(xùn)練安全實(shí)踐的局限，為教師、學(xué)生提供一個更直觀的教學(xué)方式，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到原有實(shí)訓(xùn)安全教育中無法了解的內(nèi)容[9]。

2.4.2調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)安全的積極性

在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)條件下，工程訓(xùn)練安全實(shí)踐教學(xué)不再局限于實(shí)驗(yàn)室，同樣也不再局限于單純的安全隱患圖片或者是視頻，實(shí)踐教學(xué)活動的空間得到了擴(kuò)展。同時，學(xué)生對安全知識的掌握也不再僅僅局限于課堂，可以利用課余時間學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時間也有了擴(kuò)展，有助于加深安全知識的理解和掌握。另外，通過軟件的設(shè)置，教師可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)的時間、操作是否完成、是否有違規(guī)操作或未操作等情況，可以更直觀地了解學(xué)生學(xué)習(xí)每個安全知識點(diǎn)的時間，提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量[10]。

2.4.3提高工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)的安全性

工程訓(xùn)練的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容很多，包括加工中心、智能制造、數(shù)控車床、數(shù)控線切割、車床、銑床、焊接、鍛造、熱處理、鉗工等22個實(shí)訓(xùn)教學(xué)模塊。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，通過觀看視頻、模擬實(shí)操、還原事故等方式，讓學(xué)生了解工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)過程中的安全隱患，違規(guī)操作會造成怎樣的傷害。學(xué)生通過虛擬仿真的方式掌握各個模塊的安全操作規(guī)程，提高實(shí)訓(xùn)的安全性。

3結(jié)語

通過工程訓(xùn)練安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺的建設(shè)，使工程訓(xùn)練安全教育系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，并形成教師與學(xué)生通過在線考試方可進(jìn)入實(shí)訓(xùn)的安全管理模式[11]。該平臺的建設(shè)有助于增強(qiáng)學(xué)生的安全意識，規(guī)范安全行為，提高工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)的安全性。該平臺面向吉林大學(xué)工程訓(xùn)練A、工程訓(xùn)練B、工程訓(xùn)練C，每年有全校機(jī)械類、近機(jī)械類的4個學(xué)部、11個學(xué)院37個專業(yè)3700名學(xué)生受益。隨著醫(yī)工結(jié)合、藝工結(jié)合、文工結(jié)合等課程的開設(shè)，今后將進(jìn)一步擴(kuò)大受益面，同時也對其他院校工程訓(xùn)練安全教育具有重要的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒衛(wèi)放.工程訓(xùn)練中心教學(xué)中的安全教育[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(2):181-183．

[2]葉樹鈴,毛錫鋒.工程實(shí)踐教學(xué)安全保障體系的構(gòu)建與探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2009,26(12):139-140．

[3]孫建之,董巖.地方高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理中存在的問題及對策[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2017,36(5):286-289．

[4]畢海霞,成玉飛,王鐵成.新形勢下工程訓(xùn)練安全文化體系研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2018,21(2):209-212.

[5]付鐵,丁洪生,馬樹奇.關(guān)于工程訓(xùn)練安全保障問題的探索與思考[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013,30(4):208-210.

[6]張戈.智能制造背景下強(qiáng)化工程訓(xùn)練安全教育的思考與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2018,16(6):132-135.

[7]吳若霞,劉慧萍,李玲,等.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的意義與內(nèi)容初探[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育,2017,15(5):48-49.

[8]陳建,朱魯闖,王杰,等.工程訓(xùn)練中非技術(shù)能力培養(yǎng)課程體系研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2020,18(4):74-78.

[9]高琪祖,英利.工程訓(xùn)練過程的安全教育體系建設(shè)與實(shí)踐[J].上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,34(4):313-316.

[10]光翠娥,王世強(qiáng),王萍.理工類高校實(shí)驗(yàn)室安全的潛在風(fēng)險和問題分析及對策研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2012(3):42-44.

[11]王贏利,何優(yōu)選,朱芹.構(gòu)建高校安全文化管理體系的實(shí)踐與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2009,28(6):307-309,316.

作者：楊洋 李金良 曲曉海 黃海龍 周亮 單位：吉林大學(xué)工程訓(xùn)練中心 吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院