1 軟件虛擬實(shí)訓(xùn)與實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)優(yōu)缺點(diǎn)對比分析
近些年來，職業(yè)院校的教學(xué)方法與理念產(chǎn)生了深刻的變革，諸如行動導(dǎo)向教學(xué)法、理實(shí)一體化、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法等新的教育理念與方法不斷提出就足以反映了這一點(diǎn)。如果前些年在國內(nèi)這些僅僅是停留在書本或論文上理論的話，如今確實(shí)變成了職業(yè)院校的教學(xué)常態(tài)。具體到“液壓與氣動技術(shù)”這門課上，其課程基本概念模糊，各種閥類元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作過程抽象、元?dú)夥柋姸嗟雀羌哟罅诉@門課的授課與學(xué)習(xí)難度，為提高教學(xué)質(zhì)量著重培養(yǎng)學(xué)生的操作能力與實(shí)際動手能力，更要加大實(shí)訓(xùn)的力度。一般而言，利用實(shí)物設(shè)備進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的效果被認(rèn)為是最好的，但考慮到現(xiàn)有市面上大多數(shù)液壓與氣動實(shí)訓(xùn)設(shè)備與通用教材存在匹配度不一致（其他廠家的設(shè)備也存在這一問題），實(shí)訓(xùn)設(shè)備元件與市面上液壓元件不能通用，液壓設(shè)備及元件本身老化故障等問題使得我們在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)時，不能僅僅依靠實(shí)訓(xùn)設(shè)備來進(jìn)行教學(xué)，必須在實(shí)際的教學(xué)過程中引入虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的概念，把實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與軟件虛擬實(shí)訓(xùn)有機(jī)地結(jié)合，發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)，摒棄它們的缺點(diǎn)，才能取得比較好的教學(xué)效果?，F(xiàn)就實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與虛擬軟件實(shí)訓(xùn)效果分別按照“與教材內(nèi)容匹配度”“與真實(shí)設(shè)備操作近似度”等8 項(xiàng)進(jìn)行對比，結(jié)果羅列成表如下：
注：1、★符號越多，則表明優(yōu)點(diǎn)越突出。
2、本文中所說的“軟件虛擬實(shí)訓(xùn)”包括帶有操作交互功能的Flash動畫、元件操作視頻以及FluidSIM 等液壓與氣動仿真軟件等搭建的一個液壓實(shí)訓(xùn)虛擬平臺。
3、本表所列評價標(biāo)準(zhǔn)，為作者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行的判斷，僅僅作為參考。
對以上列表進(jìn)行分析，粗看上去，似乎軟件虛擬實(shí)訓(xùn)在諸多對比項(xiàng)目中取得優(yōu)勢，但應(yīng)該看到作為職業(yè)院校最為看重的“與真實(shí)設(shè)備操作近似度”與“與真實(shí)工作環(huán)境近似度”兩項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)應(yīng)該是效果最佳的，因?yàn)檫@最能鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力。我們可以整體總結(jié)一下，實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與軟件虛擬實(shí)訓(xùn)兩種實(shí)訓(xùn)模式的優(yōu)缺點(diǎn)：實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)勝在其較好的實(shí)際情形模擬能力，而軟件虛擬實(shí)訓(xùn)勝在其對不同液壓系統(tǒng)搭建的適應(yīng)性上，也就是說，可以根據(jù)不同的需要，隨意搭建自己想要的液壓系統(tǒng)，并對其測試。而實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)因?yàn)閷?shí)物元件都是有限的，因而這方面能力受到比較大的限制。此外，軟件虛擬實(shí)訓(xùn)在液壓元件原理結(jié)構(gòu)演示以及實(shí)訓(xùn)成本上也有比較大的優(yōu)勢。在實(shí)際教學(xué)中，我們需要根據(jù)學(xué)生處于不同的學(xué)習(xí)階段靈活地對這兩種實(shí)訓(xùn)模式進(jìn)行搭建選用。
2 不同學(xué)習(xí)階段中的軟件虛擬實(shí)訓(xùn)與實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)選用
2. 1 初學(xué)階段：軟件虛擬實(shí)訓(xùn)與實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)并重，注重液壓與氣動實(shí)訓(xùn)真人以及元件原理結(jié)構(gòu)演示這一階段學(xué)生對液壓與氣動系統(tǒng)僅僅有個淺顯得認(rèn)識，對液壓系統(tǒng)的接線有一種先天的恐懼與陌生感，因此教師最好能夠自己現(xiàn)身說法，像大人教孩子蹣跚學(xué)步一樣，對他們進(jìn)行呵護(hù)扶持，把自己的操作步驟做成微課視頻，發(fā)布到學(xué)校的學(xué)習(xí)平臺，供學(xué)生事前學(xué)習(xí)與現(xiàn)場參考，讓他們在最初的階段，至少能夠通過模仿把液壓線路接對，如圖1。
圖1 教師進(jìn)行換向回路連接的實(shí)物演示
同時在學(xué)生初學(xué)階段，在教學(xué)過程中筆者發(fā)現(xiàn)對學(xué)生而言，了解液壓元件的結(jié)構(gòu)與液壓原理理解不了，這時僅僅靠實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)是做不到的，因?yàn)樵S多液壓元件是不能把其拆開觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，否則會對該元件造成永久性傷害。這時，就必須要用軟件虛擬元件拆卸的過程，再進(jìn)一步了解其原理，如圖2.
圖2 具有交互功能的先導(dǎo)溢流閥拆卸動畫
2. 2 進(jìn)階階段：以實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)為主、軟件虛擬實(shí)訓(xùn)為輔
在這一階段，學(xué)生對基本液壓元器件的結(jié)構(gòu)與原理都有了一定的了解，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于把這些液壓元件進(jìn)行有效的串聯(lián)從而形成能完成一定功能的基本回路，這時學(xué)生就需要大量的實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)，從而把以前學(xué)過的知識技能進(jìn)行深化，教師不再像初級階段那樣對學(xué)生手把手地指導(dǎo)，僅僅是對學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中遇到的難點(diǎn)與錯誤問題進(jìn)行解答糾正，如圖3 中，特征曲線的理解對學(xué)生們來說，是個難點(diǎn)，通過系統(tǒng)動畫對伺服閥的動作參數(shù)與曲線進(jìn)行了擬合，從而加深了學(xué)生對其理解。
圖3 伺服閥的曲線擬合
2. 3 高級階段：軟件虛擬實(shí)訓(xùn)為主，以實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)為輔在這一階段，學(xué)生不論是對基本回路的運(yùn)行方式還是對常用元器件的原理特征都比較了解了，這時制約學(xué)生發(fā)展的恰恰是實(shí)物實(shí)訓(xùn)設(shè)備，因?yàn)閷τ诂F(xiàn)在絕大多數(shù)液壓與氣動實(shí)訓(xùn)設(shè)備而言，僅僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)大部分常用回路是能夠勝任的，可是想布置比較復(fù)雜的回路，僅靠液壓與氣動現(xiàn)存的模塊是無法完成的，這時就需要利用液壓仿真軟件對想要構(gòu)建的液壓與氣動回路進(jìn)行模擬，如圖4。
圖4 液壓仿真軟件Fl ui dSIM界面與實(shí)例
3 結(jié)論
在現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)條件，特別是在資金預(yù)算有限的前提下，個人認(rèn)為需要把實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與軟件虛擬實(shí)訓(xùn)結(jié)合，或者說需要采用虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)模式，再結(jié)合學(xué)生的不同學(xué)習(xí)階段，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，充分發(fā)揮虛實(shí)兩種實(shí)訓(xùn)模式的長處才能使“液壓與氣動技術(shù)”這門課取得比較理想的教學(xué)效果。
近些年來，職業(yè)院校的教學(xué)方法與理念產(chǎn)生了深刻的變革，諸如行動導(dǎo)向教學(xué)法、理實(shí)一體化、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法等新的教育理念與方法不斷提出就足以反映了這一點(diǎn)。如果前些年在國內(nèi)這些僅僅是停留在書本或論文上理論的話，如今確實(shí)變成了職業(yè)院校的教學(xué)常態(tài)。具體到“液壓與氣動技術(shù)”這門課上，其課程基本概念模糊，各種閥類元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作過程抽象、元?dú)夥柋姸嗟雀羌哟罅诉@門課的授課與學(xué)習(xí)難度，為提高教學(xué)質(zhì)量著重培養(yǎng)學(xué)生的操作能力與實(shí)際動手能力，更要加大實(shí)訓(xùn)的力度。一般而言，利用實(shí)物設(shè)備進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的效果被認(rèn)為是最好的，但考慮到現(xiàn)有市面上大多數(shù)液壓與氣動實(shí)訓(xùn)設(shè)備與通用教材存在匹配度不一致（其他廠家的設(shè)備也存在這一問題），實(shí)訓(xùn)設(shè)備元件與市面上液壓元件不能通用，液壓設(shè)備及元件本身老化故障等問題使得我們在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)時，不能僅僅依靠實(shí)訓(xùn)設(shè)備來進(jìn)行教學(xué)，必須在實(shí)際的教學(xué)過程中引入虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)的概念，把實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與軟件虛擬實(shí)訓(xùn)有機(jī)地結(jié)合，發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)，摒棄它們的缺點(diǎn)，才能取得比較好的教學(xué)效果?，F(xiàn)就實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與虛擬軟件實(shí)訓(xùn)效果分別按照“與教材內(nèi)容匹配度”“與真實(shí)設(shè)備操作近似度”等8 項(xiàng)進(jìn)行對比，結(jié)果羅列成表如下：
注：1、★符號越多，則表明優(yōu)點(diǎn)越突出。
2、本文中所說的“軟件虛擬實(shí)訓(xùn)”包括帶有操作交互功能的Flash動畫、元件操作視頻以及FluidSIM 等液壓與氣動仿真軟件等搭建的一個液壓實(shí)訓(xùn)虛擬平臺。
3、本表所列評價標(biāo)準(zhǔn)，為作者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行的判斷，僅僅作為參考。
對以上列表進(jìn)行分析，粗看上去，似乎軟件虛擬實(shí)訓(xùn)在諸多對比項(xiàng)目中取得優(yōu)勢，但應(yīng)該看到作為職業(yè)院校最為看重的“與真實(shí)設(shè)備操作近似度”與“與真實(shí)工作環(huán)境近似度”兩項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)應(yīng)該是效果最佳的，因?yàn)檫@最能鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力。我們可以整體總結(jié)一下，實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與軟件虛擬實(shí)訓(xùn)兩種實(shí)訓(xùn)模式的優(yōu)缺點(diǎn)：實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)勝在其較好的實(shí)際情形模擬能力，而軟件虛擬實(shí)訓(xùn)勝在其對不同液壓系統(tǒng)搭建的適應(yīng)性上，也就是說，可以根據(jù)不同的需要，隨意搭建自己想要的液壓系統(tǒng)，并對其測試。而實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)因?yàn)閷?shí)物元件都是有限的，因而這方面能力受到比較大的限制。此外，軟件虛擬實(shí)訓(xùn)在液壓元件原理結(jié)構(gòu)演示以及實(shí)訓(xùn)成本上也有比較大的優(yōu)勢。在實(shí)際教學(xué)中，我們需要根據(jù)學(xué)生處于不同的學(xué)習(xí)階段靈活地對這兩種實(shí)訓(xùn)模式進(jìn)行搭建選用。
2 不同學(xué)習(xí)階段中的軟件虛擬實(shí)訓(xùn)與實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)選用
2. 1 初學(xué)階段：軟件虛擬實(shí)訓(xùn)與實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)并重，注重液壓與氣動實(shí)訓(xùn)真人以及元件原理結(jié)構(gòu)演示這一階段學(xué)生對液壓與氣動系統(tǒng)僅僅有個淺顯得認(rèn)識，對液壓系統(tǒng)的接線有一種先天的恐懼與陌生感，因此教師最好能夠自己現(xiàn)身說法，像大人教孩子蹣跚學(xué)步一樣，對他們進(jìn)行呵護(hù)扶持，把自己的操作步驟做成微課視頻，發(fā)布到學(xué)校的學(xué)習(xí)平臺，供學(xué)生事前學(xué)習(xí)與現(xiàn)場參考，讓他們在最初的階段，至少能夠通過模仿把液壓線路接對，如圖1。
圖1 教師進(jìn)行換向回路連接的實(shí)物演示
同時在學(xué)生初學(xué)階段，在教學(xué)過程中筆者發(fā)現(xiàn)對學(xué)生而言，了解液壓元件的結(jié)構(gòu)與液壓原理理解不了，這時僅僅靠實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)是做不到的，因?yàn)樵S多液壓元件是不能把其拆開觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，否則會對該元件造成永久性傷害。這時，就必須要用軟件虛擬元件拆卸的過程，再進(jìn)一步了解其原理，如圖2.
圖2 具有交互功能的先導(dǎo)溢流閥拆卸動畫
2. 2 進(jìn)階階段：以實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)為主、軟件虛擬實(shí)訓(xùn)為輔
在這一階段，學(xué)生對基本液壓元器件的結(jié)構(gòu)與原理都有了一定的了解，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于把這些液壓元件進(jìn)行有效的串聯(lián)從而形成能完成一定功能的基本回路，這時學(xué)生就需要大量的實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)，從而把以前學(xué)過的知識技能進(jìn)行深化，教師不再像初級階段那樣對學(xué)生手把手地指導(dǎo)，僅僅是對學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中遇到的難點(diǎn)與錯誤問題進(jìn)行解答糾正，如圖3 中，特征曲線的理解對學(xué)生們來說，是個難點(diǎn)，通過系統(tǒng)動畫對伺服閥的動作參數(shù)與曲線進(jìn)行了擬合，從而加深了學(xué)生對其理解。
圖3 伺服閥的曲線擬合
2. 3 高級階段：軟件虛擬實(shí)訓(xùn)為主，以實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)為輔在這一階段，學(xué)生不論是對基本回路的運(yùn)行方式還是對常用元器件的原理特征都比較了解了，這時制約學(xué)生發(fā)展的恰恰是實(shí)物實(shí)訓(xùn)設(shè)備，因?yàn)閷τ诂F(xiàn)在絕大多數(shù)液壓與氣動實(shí)訓(xùn)設(shè)備而言，僅僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)大部分常用回路是能夠勝任的，可是想布置比較復(fù)雜的回路，僅靠液壓與氣動現(xiàn)存的模塊是無法完成的，這時就需要利用液壓仿真軟件對想要構(gòu)建的液壓與氣動回路進(jìn)行模擬，如圖4。
圖4 液壓仿真軟件Fl ui dSIM界面與實(shí)例
3 結(jié)論
在現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)條件，特別是在資金預(yù)算有限的前提下，個人認(rèn)為需要把實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)與軟件虛擬實(shí)訓(xùn)結(jié)合，或者說需要采用虛實(shí)結(jié)合實(shí)訓(xùn)模式，再結(jié)合學(xué)生的不同學(xué)習(xí)階段，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，充分發(fā)揮虛實(shí)兩種實(shí)訓(xùn)模式的長處才能使“液壓與氣動技術(shù)”這門課取得比較理想的教學(xué)效果。