全国机械行业职业教育教学成果报告《基于智慧教育背景下模具虚拟实验室研究与开发》资料.docx

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全国机械行业职业教育教学成果报告《基于智慧教育背景下模具虚拟实验室研究与开发》资料

2017年全国机械行业职业教育教学成果报告

成果名称_基于智慧教育背景下模具虚拟实验室研究与开发

成果完成人__刘少华、胡智清、文建平、陈黎明、宫敏利、

戴金文、蔡艳、熊建武、全波

成果完成单位______湖南省财经工业职业技术学院_______

成果类别教学改革类

成果主要形式课件（软件）

申报单位（盖章）湖南省财经工业职业技术学院

单位类型　　高职☑中职□企业□其他□　　

推荐时间2017年8月10日

湖南财经工业职业技术学院

2017年8月10日

一、成果研究和改革基础

1、问题的提出

教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高〔2006〕16号）文件指出，“加强实训、实习基地建设是高等职业院校改善办学条件、彰显办学特色、提高教学质量的重点。

要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。

”

模具教学具有较强的实践性，实验是模具教学中一个重要的环节，模具实验是激发学生求知欲望，培养学生创新精神和实践能力的重要途径。

当前，模具实验室通常提供几种类型的模具实物或模型供学生拆装。

实物拆装实验的优点是直观、形象，但是受场地、时间、模型简化程度、模具种类等限制，实验模型的管理、维护、扩充较困难。

随着计算机技术的广泛应用，虚拟实验室技术的研究得到了广泛关注，并在实际应用中取得了良好效果。

但是现在的虚拟实验室主要是以素材库的形式堆积，没有针对教学难点、重点形成系统化的解决方案。

鉴于此，我们提出了《基于智慧教育背景下模具虚拟实验室研究与开发》的建设思路。

2、研究和改革的必要性和可行性

（1）研究和改革的必要性

虚拟实验室的建设不仅为技术技能型院校解决实验教学的问题指明了方向，满足了高素质人才培养的迫切需求，也是院校信息化建设的必然趋势和提高办学效益的有效途径。

虚拟实验的建设可以节约高校在实验教学方面的投入，完善现有的教学体系，提高技术技能型院校的教学水平和教学质量，促进学生学习的自主性，培养学生的探索精神和创新精神。

（2）研究和改革的可行性

1）方案可行

针对模具专业教学重点、难点，我们制订了系统化的设计方案，经过多年的教学实践，方案符合技术技能院校的实际情况与学生实际需求。

2）团队可行

我们的教学团队较为强大，年龄、学科结构合理，为课题研究提供了强大的技术保障。

本课题成员具有丰富的教育教学经验，绝大部分同志课题研究能力强，同时老、中、青年结合，精力充沛，协作能力、开拓能力强。

3）平台可行

近年来，随着我院智慧校园建设步伐的持续推进，各种先进的软件及技术的不断得到应用，以及本课题组已获得的大量理论研究成果和成功的案例共同为本课题研究奠定了基础，搭建了良好的研究和实验平台。

4）保障可行

我院十分重视教育科研工作，并以科研兴校、科研兴教作为学校办学的理念之一。

学院领导亲自担任本课题的负责人，对本课题的研究做直接、有效的筹划、组织和协调。

学院已出台相关制度，将本课题所需经费纳入年度预算，加以保障。

因此，无论从研究资料的获得、研究经费的筹措，还是研究人员的组织等，都给了大力支持。

3、研究和改革所要解决的核心问题

（1）模具空间结构想象能力不强，空间模型难以建立

在模具教学中，学生的模具设计能力是核心职业能力之一。

模具设计的核心是遵循材料变形规律，进行模具的结构设计，生产出合格产品。

模具结构设计是模具设计的灵魂，精巧的模具结构是创新的源泉。

而模具结构知识具有较强的抽象性和实践性，通常需要大量的工作积累和实践才能掌握。

（2）机械工程背景知识欠缺

技术技能型院校学生，一般是从学校到学校，没有接触工厂实际，将工厂典型案例和场景，纳入教学过程，是学生提高机械工程感性认识最有效的方法。

（3）配套教学资源不足

随着信息化教育的蓬勃发展，教学改革、学科教学急需各种教育资源，同时学习者渴望借助于有效的教学资源转化为知识，上升为技能。

特别是针对学科特点，突破重点难点的高效教学资源严重不足。

4、相关项目立项情况

表1本项目立项情况一览表

二、成果的研究和改革实践

1、研究方法和研究过程

（1）研究过程

1）初创探索阶段

2012年申报湖南省教育科学“十二五”规划课题“冲压模具虚拟实验室的研究与开发”和湖南省职业院校教育教学改革研究项目“塑料模具虚拟实验室的研究与开发”。

并利用其相关研究成果，参加了各级信息化教学比赛，取得了丰硕的成果。

2）发展完善阶段

2012年到2014年，随着课题研究的深入，在院内建成了“冲压模具虚拟实验室”与“塑料模具虚拟实验室”，并在教学中进行应用，弥补了实验类课程设施不足的问题。

实践证明，该实验室突破空间限制，真正做到了以学生为中心的个别化教学，取得了良好的教学效果。

并相继发表了相关论文10余篇。

与此同时，针对其不足，提出了《基于智慧教育背景下模具虚拟实验室研究与开发》研究思路，针对难学问题，形成系统化的解决方案。

3）成果转化阶段

2014年到2015年，为了满足教学的需要，出版《冲压模具结构实例及其三维演示》专著和国家规划教材《注射模具设计指导与资料汇编》、《塑料成型工艺与注射模具设计》及行业规划教材《塑料成型工艺与设备》、《冲压工艺与模具设计》等，并申报了相应的一系列实用新型专利。

4）推广实践阶段

2016后，课题组加大成果的推广力度，在实践中不断提升，促使教学思想与教学观念发生变化，构建了全息共振学习模式。

开发了“四化合一”的实训教学模式，实现了集实训教学、社会培训和设计查询“三位一体”的教学资源库。

在现有研究成果基础上又成功申报了多个省部级课题和项目。

如：

湖南省教育科学“十三五”一般资助课题《现代学徒制：

中高职衔接的策略研究》，湖南省职业院校教育教学改革研究项目《基于产教深度融合模式下模具设计与制造专业教学模式改革的研究与实践》等。

（2）研究方法

本课题主要采用三种研究方法：

1）行动研究法。

2）访问调查法。

3）文献检索法。

2、教育教学方案（成果解决教学问题的方法）

成果围绕提高学生对模具结构的空间能力为目标，制定方案，改进教学模式，凝练教学思想，搭建配套教学资源平台，探索形成适合技术技能人才培养的现代职业教育的教学体系。

（1）学情分析，明确教学改革方向

从教与学两方面分析产生难学问题的原因，破解学生对模具结构的空间能力的瓶颈。

弥补学生机械工程背景知识欠缺，教学模式的针对性、适应性不强，配套教学资源不足，教学观念落后等。

（2）创新模式，破解教学难点

根据学科特征、学生特点和技术技能型院校实际情况，运用建构主义理论，对混合式教学模式、翻转课堂模式在专业课的应用进行了创新。

构建了全息共振学习模式，即利用网络技术、多媒体技术、仿真技术和虚拟现实技术等构建开放式的信息化教学系统，实现师生紧密互动，课内、课外、线上、线下共振学习，为学生提供个性化的学习时间、空间和多种学习渠道，使学生能根据自身情况完成课前自主学习；课堂上能更好地发挥学习主动性、挖掘其学习潜力；课后能完成知识技能的有效迁移。

从而实现了“以学生为主体，以教师为主导”的教学理念，从而切实地提高教学质量。

（3）丰富成果，充实教学资源

著作《冲压模具结构实例及其三维演示》等配套教材，注重模具专业课程自身思维规律，构建符合教学过程形象化的可视化教学系统，为教学体系实施提供虚实结合的立体化教学资源。

（4）四化合一，提升实验教学水平

成功开发了“四化合一”的实训教学模式，即实训教学职业化、工作原理仿真化、模具结构展示多元化、实训项目综合化。

实现了实训教学、社会培训和设计查询“三位一体”，着力培养学生创业、创新精神。

将典型工艺案例转换为教学范例，实现学习与工作无缝对接。

对模具的工作原理进行三维动画仿真，材料的变形过程进行三维动画模拟，模具结构、零件进行三维演示、虚拟拆装，对模具零件尺寸进行在线测量，对工艺参数进行在线查询，将教学过程形象化。

使教学过程符合认知规律，培养学生的工程意识，突破了教学的重点与难点，提高了学生的学习兴趣和学习能力。

（5）过程监控，不断优化实施效果。

通过理实教学、课程设计、毕业设计等教学环节和技能竟赛、专业技能抽考等考核环节构建过程监控体系，并运用该体系对成果实施过程进行评价，及时反馈成果实施信息，实现质量控制。

3、实施过程

（1）开题认证

（2）行业、企业调研

（3）完善相关学习资料与工具软件

（4）任务分解，专题研究

（5）成果完善，应用实践

（6）成果鉴定

4、取得的理论成果

表2论文列表

表3教材列表

表4专利列表

5、实践成效

（1）实验技术显著提升

本成果有力促进了实验技术的提升，丰富了学校智慧校园的内涵，加快了教学改革的步伐，节省教育投入，提高实验教学的效果。

（2）社会影响反响强烈

本成果对技术技能院校与企业产生了深刻的影响，其中衡阳农工贸职业学校、衡南县职业中等专业学校、衡阳市广播电视大学、特变电工衡阳变压器有限公司、南岳电控（衡阳）工业技术股份有限公司等单位应用了本成果，产生了良好的社会和经济效应。

（3）技能比赛硕果累累

近两年，我院该专业教师参加国家、省、市级教学比赛获一等奖9个、二等奖6个、三等奖15个，获其它教学荣誉称号12项；指导学生参加国家、省、市级技能比赛获一等奖5个、二等奖7个、三等奖15个。

三、成果的特色和创新

1、成果的特色

成果从教学思想、教学模式、教学资源、教学实践等方面入手，针对技术技能院校教学中的难点，如学生空间能力不强、空间模型难以建立、机械工程背景知识欠缺等问题，形成了教学有方法、学习有兴趣、实践有反馈、培养有目标的系统化解决方案。

2、成果的创新之处：

理论创新和实践创新

（1）对实验技术进行了创新

模具虚拟实验室，彻底打破空间、时间的限制，在客观上实现了实验室空间和时间的延伸，有效地促进了实验技术的发展。

（2）对教学模式进行了创新

构建了全息共振学习模式，即利用网络技术、多媒体技术、仿真技术和虚拟现实技术等构建开放式的信息化教学系统，实现师生紧密互动，课内、课外、线上、线下共振学习。

（3）对教学资源进行了创新

模具全息共振实验室中的模具，是冲压模具中的经典结构，是纸质模具结构图册的电子化。

解决了传统纸质出版物在表达模具结构、工作原理、金属材料的变形过程时既抽象难懂，有关细节又无法表达或表达不清楚的问题，是对传统纸质模具图册的根本性改变。

（4）促进了学校信息技术的发展。

模具全息共振实验室采用“平民化”的技术实现教学型虚拟实验室的建设和应用，开放性强，适应性广，用户不需要进行大量硬件设施的投入，适合各院校各专业推广应用，是老师实现教学方法改革的平台。

（5）适合学生终身学习

模具全息共振实验室是学生进入工作岗位从事模具设计的工具性资料，适合学生终身学习。

3、社会反响（包括成果的推广应用）

（1）衡阳市市委书记亲临指导

2017年3月21日上午，衡阳市委书记、市人大常委会主任周农等市领导到我院视察调研，亲临模具虚拟实训室进行指导。

周书记指示，模具虚拟实训室是职业教育发展的方向，希望学院进一步发挥专业优势，按照建设“五个新衡阳”的要求，加大产学结合，培养更多高素质技能型人才，更好的服务衡阳经济社会发展。

（2）社会认同，媒体助力

衡阳日报、衡阳电视台、衡阳教育频道、湖南教育网等多家新闻媒体对成果的推广效果进行了广泛宣传、介绍。

2015年5月28日衡阳日报第1版对我院作了《两大”职教集团“助推合作办学》、2016年5月15日衡阳电视台对我院作了《创新办学方式提升职教就业率和服务力》、2016年5月23日时刻新闻对我院作了《职教风采：

创新办学思路探寻职教发展新出路》、2017年5月11日衡阳日报对我院作了《看财工院机电工程系如何转型》等一系列新闻报道。

（3）行业协会典型推广

在2015年湖南省机械工程学会和2016年湖南省模具协会年会上，我院均对本成果进行典型经验发言，参会各兄弟院校、行业、企业对成果进行了高度评价。

四、成果需要进一步深化和完善之处

课题有时限，科学研究无止境。

我们的研究受时间限制，尚有二个方面需要进一步完善：

其一，模具数量有待进一步充实；其二，实验虚拟模型与真实模具相比，实验虚拟模型无法真实反映模具的装配工艺，使实验的真实感有所降低。