王志琼 刘津彤 谷东伟 姜姗 刘继明

[摘 要] 深刻剖析机械专业实践教学改革要求、虚拟现实技术应用需求和实践教育体系建设的必要性，强化整合企业与高校资源，形成企业、教师、学生、社会多方面相联结的混合式实践教育模式，构建虚拟现实技术与机械专业相融合的多层次实践教育内容。积极采取线上线下相结合的实践教育手段，进行实践教育具体实施与应用。机械VR（Virtual Reality）实践教育体系的探索对提升教师虚拟现实实践教学应用能力和教学水平、优化机械专业体系建设、增强企业科技创新和虚拟现实产品适应性起到了良好的促进作用，为复合型、高质量人才培养奠定了基础，对产学合作协同育人项目的有效实施起到了示范作用。

[关键词] 产学合作;混合式;机械;虚拟现实;实践教育

[基金项目] 2019年度教育部产学合作协同育人项目“基于机械专业的混合式VR教育师资培训体系建设与应用”（201901230010）;2020年度吉林省高等教育教學改革研究课题“虚拟现实实践教学平台建设与应用研究”（2019XYB122）

[作者简介] 王志琼（1986—），女，吉林通化人，硕士，吉林大学机械与航空航天工程学院国家级机械虚拟仿真实验教学示范中心副主任，吉林大学机械与航空航天工程学院机械基础实验教学中心副主任，高级工程师，主要从事虚拟现实技术开发与应用及实践教学研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）22-0089-04   [收稿日期] 2021-01-21

自2016年起，教育部开始深入推进产学合作协同育人项目，通过汇聚企业资源，支持高校专业综合改革和创新创业教育。产学合作协同育人项目中的师资培训类型项目支持由2016年的854项到2017年的3200多项，再到2018、2019年的6700余项，实现了项目跨越式的发展。2020年1月教育部印发的《教育部产学合作协同育人项目管理办法》中指出，产学合作协同育人项目旨在通过政府搭台、企业支持、高校对接、共建共享，深化产教融合，促进教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接，以产业和技术发展的最新需求推动高校人才培养改革[1]。

一、机械VR实践教育的必要性

（一）产学合作协同育人项目实施的问题

产学合作协同育人项目的建设主要是通过项目负责人与企业相互沟通联系，进行项目的申报、审批、实施与结题。通过调研发现，部分项目申报的前提是高校有计划或者正在进行该公司的设备或者资源采购;部分项目的实施并未按照企业的申报指南给予高校一定的经费和资源支持;部分项目直至验收结题，都没有按照申报中的任务进行高校和企业间实质性的产学合作，协同育人。以上三个问题产生的根本原因是企业和高校并没有寻找到一条切实可行的产学合作协同育人模式[2，3]，能够使企业和学校各取所需，积极进行合作，达成最终目标。因此，迫切需要针对产学合作协同育人项目的有效实施方法进行探索与研究。

（二）机械实践教学改革的需求

在机械教学过程中，机械类产品由于结构复杂、零部件众多，通过语言难以准确描述工程物理空间结构与功能;在实验教学过程中，由于有限的实验场地面积和实验设备数量，常常无法保证实验教学需求，严重影响实践教学效果;在生产实习过程中，受限于工科类专业生产现场的特点，实习存在一定的实验安全隐患，这些问题表明传统理论与实践教学模式急需改革[4]。将虚拟现实技术应用于传统实践课程或新课程中，改变传统教学体系，促进教学模式改革，解决原先“做不到”“做不好”“做不了”“做不上”的问题[5]，从而提高对学生知识传授、能力培养和素质提升的效率和效果。

（三）虚拟现实技术应用的困难

吉林大学国家级机械虚拟仿真实验教学示范中心（简称中心）构建了集教育、培训、研发于一体的虚拟现实实践教学基地，基地为传统工科类专业、新增智能制造专业开设多门虚拟现实相关实验课程。根据教学需求，中心需要大量了解并熟悉VR方面的人才，然而中心教师多为机械专业出身，对于VR新兴技术和计算机技术并不精通。因此，有必要提升教师虚拟现实技术与教育相结合的综合能力，能够同企业深度合作，迅速将虚拟现实技术应用到现有教学体系，形成不同层次的新兴教学内容，实现教学改革。

二、体系构建思路

在产学合作协同育人项目要求的基础上，首先确定实践教育分别对学生、教师、企业和社会的培养目标;基于虚拟现实技术的基本理论知识、借鉴企业的研发经验，与机械专业知识深度融合，设计机械VR实践教育内容;充分发挥企业与高校优势，相互学习和促进，形成企业、教师、学生和社会相互培训的实践教育模式;在实践教育过程中，采用灵活多样的线上线下实践教学手段;对实践教育成果进行学校、企业和社会广泛应用共享，持续改进完善。通过机械VR多层次递进式实践教育内容、多方面混合式实践教育模式、线上线下相结合式实践教育手段和校企混合式实施应用四大方面的研究，形成完善的混合式机械VR实践教育体系，达成学生能力培养目标，提高教师实践教学水平，强化企业产品升级，实现优质资源在社会的广泛共享（见图1）。

三、混合式机械VR实践教育体系建设

（一）多层次递进式实践教育内容

机械VR实践教育过程主要包含机械专业知识和VR虚拟现实技术两部分内容。实践教育内容应由易到难、由基础到专业、由专业到应用的阶梯性、系统化设计，保证教学质量。虚拟现实技术实践教学内容主要包含虚拟现实概论及教育教学应用学习、虚拟现实设备操作实训、虚拟现实教育案例分享和虚拟现实课件制作等四个方面内容。结合虚拟现实技术和机械专业教学特点，研究设计四大方面机械VR实践教学内容：（1）机械专业真

实实验无法完成的机械虚拟现实实验教学内容;（2）真实实验效果不佳、需要虚实结合的机械虚拟现实实验教学内容和实习、实训教学内容;（3）独立设课的机械虚拟现实综合实践教学内容;（4）机械VR开放性创新实验。通过多层次递进式实践教育内容的设计，使得企业在具备虚拟现实技术的基础上了解机械专业的需求，使教师在掌握专业知识的基础上提高虚拟现实技术的应用能力，使学生在强化专业知识的基础上学习虚拟现实技术，满足各行业复合型人才培养的需求。

（二）多元立体式实践教育模式

突破企业仅对教师培训、教师仅对学生教学的单向式实践教育模式，实行企业、教师、学生和社会相互反馈交流的多元立体式实践教育模式。

1.对于企业和教师：基于双方多次、充分地互动交流，企业培训导师根据机械专业特点构建具有专业特色的机械VR实践教育方案，对教师进行机械VR实践教育学习;根据本科生培养方案，企业与教师共同设计本科生虚拟现实实践教学内容。教师结合机械VR实践教学内容，研究企业VR产品的应用特点，以行业需求为导向对企业VR产品进行改进、优化和创新，使得产品更加符合市场应用需求;同时教师对企业技术人员进行机械专业基本知识的培训，提高企业技术人员的专业设计能力，促进产业的升级与创新;教师还可参与企业VR软件系统研发、VR硬件装备设计，提高教师工程实践能力，加强产品行业应用能力。

2.对于教师和学生：教师将VR技术应用到教学体系中，为学生进行专业知识授课，并应用校企合作开发的教学内容对学生进行实践教学。一方面，应用于传统课程中，形成理论—模拟—实践虚实结合实验教学模式;另一方面，开设虚拟现实应用与案例分析课程、虚拟现实综合实践课程。学生将教学效果反馈给教师，促进教师不断进行教学内容改进、完善与应用，形成一套面向学生的科学实用的机械虚拟现实实践教学内容，使学生能够直观、高效地掌握机械工程专业知识与技能，拓展并深化实践教学内容，提高教学效果。

3.对于企业和学生：企业派遣具有丰富实践研发经验的高级工程师对学生进行虚拟现实与机械相结合的专业课程授课，讲授虚拟现实技术知识、虚拟现实设备操作和虚拟现实系统应用;同时学生到企业实习实训，进行全沉浸式社会实践。通过工程师、教师和学生三方交流，将虚拟现实软硬件产品应用效果反馈给企业，指导企业对产品进行改造升级，提高产品应用效果。

4.对于国家和社会：组织企业和教师参加国家相关虚拟现实及专业教学培训，学习虚拟现实技术在教学应用的新思想与新理念，优化企业产品、提高教学水平。高校和企业将共同研发的机械VR课件、虚拟现实教学资源进行网络共享，同时对校内外教师、学生以及中小学生开放虚拟现实基地，起到良好的示范辐射作用。

（三）线上线下相结合式实践教育手段

对传统教学手段进行延伸和扩展，采取线上和线下相结合的方式对教师、企业员工和学生进行机械VR实践教育。

1.现场理论教学：可以到企业公司、中心虚拟现实实践基地或者学校教室内进行理论课程学习。通过参照理论教材，多媒体PPT讲解进行学习。

2.远程教学：可以借助网络多媒体，通过远程视频进行课程讲授与学习，也可以通过录制的讲课微视频自行学习，借助网络多媒体节省差旅时间，提高教学效率。

3.课后沟通交流：建立校企合作交流培训微信群和QQ群，企业人员和中心教师可以通过交流群进行沟通互动、问题解答和资源分享。

4.实践操作训练：通过企业软硬件和中心虚拟现实基地进行实验室内边讲解边操作的实践训练，提高动手操作能力和应用能力。同时可进行虚拟现实实践教学内容研究、设计、制作，在开发过程中，培养虚拟现实技术和机械专业的综合应用能力。

5.国家相关培训：组织教师参加国家相关虚拟现实及专业教学培训，学习虚拟现实技术在教学应用的新思想与新理念，优化和提升教学水平。

（四）校企混合式实施应用

混合式机械VR实践教育体系实施过程中，校企共同派遣师资组成一支联合式机械VR实践教育师资队伍，定期开展机械VR实践教育交流研讨，为校企双方开展实践教育提供服务。中心校企混合式项目的实施获得了良好的应用成果。

1.校企签订了合作协议，共同构建了虚拟现实实践教学基地，开发了虚拟现实实践教学内容。中心一方面将虚拟现实技术应用于传统课程中，侧重虚实结合，加深学生专业知识学习;另一方面，根据2018版本科生培养方案，将面向吉林大学机械工程专业本科生开设虚拟现实应用与案例分析课程，为新开设的智能制造专业开设VR/AR（Augmented Reality）实践课程，和VR/AR/MR（Mixed Reality）综合实验。

2.企业人员通过虚拟现实基地为企业内员工、

（社会）客户群体、中心教师、学生组织开展相关培训，共面向校内外开展机械类虚拟现实相关实践教育10余次，参加人员高达300余人。

3.中心设立了吉大机械XR梦工场，为学生提供一个开放创新实践平台，受益者覆盖6个学院10个专业2000余名学生;建立了虚拟现实共享实验室和虚拟现实教学资源共享库，进行教学资源网络共享;此外，中心多次组织国内、省内虚拟现实教育培训，产生强有力的示范辐射作用。

四、结论

混合式机械VR实践教育体系是基于企业、教师、学生等多方需求共同驱动下的探索，从教育内容、教育模式、教育手段和实施应用四个方面进行了多样性、可行性和有效性研究，并获得良好的应用效果，為校企合作提供了应用典范。在未来的建设中，中心将进一步深入研究产学合作协同育人模式，打造具有高阶性、创新性和挑战度的机械虚拟仿真“金课”[5]，制定完善的管理制度和教育计划，形成一定的实践教育规模。

參考文献

[1]教育部办公厅关于印发《教育部产学合作协同育人项目管理办法》的通知[EB/OL].（2020-01-08）[2020-01-20].

http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202001/t20200120_4

16153.html.

[2]林雪明.课程集群嵌入产学研合作教育模式的思考与实践[J].中国高教研究，2013（1）：108-110.

[3]李玉倩，陈万明.平台经济模式推进产学合作协同育人研究[J].高等工程教育研究，2020（1）：100-105.

[4]王志琼，刘津彤，苗淼，等.发动机拆装实验教学综合平台的研制[J].实验室研究与探索，2019，38（11）：70-72+82.

[5]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

Exploration of Mixed Mechanical VR Practice Education System Based on Industry-

University Cooperation

WANG Zhi-qiong1， LIU Jin-tong1， GU Dong-wei2， JIANG Shan1， LIU Ji-ming1

（1. School of Mechanical and Aerospace Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130022， China; 2. School of Mechatronic Engineering， Changchun University of Technology， Changchun， Jilin 130012， China）

Abstract： This paper deeply analyzes the requirements of the practice teaching reform of the mechanical major， the application needs of VR technologies， and the necessity of building the practice education system. By strengthening the integration of enterprise and university resources， we try to form a mixed practice education model involving enterprises， teachers， students， and society， etc.， and build the multi-level practice education content that integrates VR technology and mechanical major. We also actively adopt the practice education method which combines online and offline teaching to carry out the specific implementation and application of practice education. The exploration of the mechanical VR practice education system has played a good role in promoting teachers VR practice teaching application ability and teaching level， optimizing the system construction of mechanical major， enhancing enterprises technology innovation and the adaptability of VR products， which lays a foundation for training compound and high-quality talents and plays a demonstration role in the effective implementation of the industry-university cooperative education projects.

Key words： industry-university cooperation; mixed; machinery; VR; practice education