一、引言

现阶段，我国已构建起五级贯通的智慧教育体系，聚合了丰富多样的优质数字教育资源。数字化教学要求注重培养学生的自主学习和信息筛选能力。前人研究已初步探索了数字化教学在数控领域的应用，但往往局限于单一环节或局部功能的模拟，缺乏对整个生产流程的完整仿真。本项目致力于通过数字化手段全面提升学生在数控装备结构创新与数控加工实践方面的能力。预期成果将显著提升学生的数控加工技能与创新能力，为智能制造领域输送具备实践能力的技术人才，推动教育链、人才链与产业链、创新链的有效衔接。

二、生产制造数字化背景及研究现状

教育作为实现可持续发展的重点领域，其数字化转型已成为未来教育改革和发展的重要趋势。当前，数控装备与生产加工领域正快速向智能化、柔性化方向发展，对技术人才的实践能力与创新能力提出更高的要求。然而，传统教学模式受限于设备条件、安全规范等因素，难以提供真实且全面的实践环境。部分高校在教学实践方面已经建设了数字化实验室，注重产教深度融合，推动数字化审计和科研范式变革。熊荣敏着重师生数字素养提升、数字资源及教学方式转变，利用数字技术推动教学质量高质量发展。张利娜等人运用数字平台优化 ，推动教学实施，为数字化教学改革提供了新的思路和方法。邵伟平等人对“视教一体”方法进行探索，直播录制教、学、做三个环节，解决了传统程序教学模式中断链与时空限制的问题，满足技能实践教学的多向性，提高了学生的职业技能。数字化教学资源的引入在一定程度上缓解了这一问题，但现有资源往往存在场景单一、交互性不足、与实际生产脱节等缺陷，难以满足行业发展需求。

三、教学改革方案基础

（一）基于精益生产的数控机床数字化装配线虚拟仿真实验

该实践项目基于前期线下虚拟仿真实验项目的开展及在线课程为建设基础，结合沈阳工业大学教育教学研究重点项目建设任务，引进先进的沉浸式虚拟现实显示环境和交互手段，以提高教学质量、培养学生独立分析问题解决问题为宗旨，以教学结果导向为核心目标，让学生在实验过程中认识生产中的重要加工设备——数控机床的装配生产过程，通过工业4.0工厂精益生产车间虚拟再现，结合现代生产先进管理理念进行生产线设计与优化。项目以真实的数控车床生产车间为蓝本，通过虚拟仿真技术构建高度仿真的数控车床虚拟生产车间，教师和学生可以站在第一视角，通过移动鼠标走入车间，点击屏幕下方的菜单选项开始实验，学生可以直观感受到现代化工厂管理模式。以实体企业工业车间生产现状、产量需求、作业流程等真实数据为原型进行开发建设，借助信息化手段、可视化的数据处理，解决了实验场地限制、方案不可实施的困难，从而聚焦于学生综合应用多学科专业知识解决实际问题能力的培养。

（二）基于VR+MR的数控机床加工装配资源库

该实践项目通过佩戴MR眼镜，展示机械教学课程，课程资源支持多媒体标签的显示，直观地标注各部分的名称，使得学习内容一目了然，并支持3D模型拆解功能，使用时能将机械资源进行逐步拆解，从而了解机械内部构造，直观安全，方便快捷。实践内容包括液压与气压传动、机械设计、工程训练、矿山机械等四大方向课程资源，合计课件数量不少于300个。机械MR教学课程资源支持多媒体标签的显示，直观地标注各部分的名称，使得学习内容一目了然；并支持3D模型拆解功能，使用时能将机械资源进行逐步拆解，从而了解机械内部构造。

（三）典型零件数控加工工艺虚拟仿真实验

本实践内容利用新兴的虚拟现实技术，真实还原典型零件数控加工全过程（图纸、毛坯、定位装夹、粗加工、精加工、合格零件）。学生在虚拟环境中开展实验，选择不同的典型零件（职业工种），自主选择实际工程图纸，掌握实际加工要求，自主设计数控工序，自主进行实验配置，实现真实实验不具备的教学功能。通过虚实结合，培养学生的数控加工工艺设计能力。虚拟仿真实验可以选择数控车床、立式数控铣床等数控机床和典型数控系统。典型工艺包括轴类零件数控加工工艺、盘类零件数控加工工艺、箱体类零件数控加工工艺、曲面类零件数控加工工艺。每个学生的实验相对独立，互相之间又有关联，形成团队，共同完成具体零件的数控加工工艺设计。通过本实验的学习，经短期实践培训，能快速进入实际的数控编程与操作。

四、教学改革项目实施

（一）实施总体思路

本项目致力于通过数字化手段全面提升学生在数控装备结构创新与数控加工实践方面的能力。为此，项目将重点开发基于虚拟现实（VR）与混合现实（MR）技术的数控装备与生产加工数字化教学资源，并推动相关教学改革。采集实体企业工业车间的实际生产数据与作业流程，构建一个高度仿真的数控装备加工、装配等生产过程与生产数字化车间。为学生提供一个近乎真实的数控装备虚拟加工、装配及典型零件数控加工工艺实验环境，使他们能在更加贴近实际生产的学习环境中全面、深入地掌握数控装备生产的关键技术和操作方法，从而增强他们的实践能力和创新精神。

（二）数控装备数字化实验教学体系建设

1.多元化场景构建

构建包含多种生产环境、工艺流程的虚拟实践场景，由具有丰富工程经验的教师团队开发。团队成员长期从事数控技术教学与研发，确保项目与产业需求紧密结合。

2.全流程仿真实验

采用数字孪生技术，完整再现从产品设计到质量检验的全生产过程。系统支持参数调整和故障模拟，帮助学生深入理解生产流程中的关键技术环节。

3.柔性制造虚拟实验

开发伺服电机柔性制造仿真系统，涵盖立体仓储、AGV调度、数控加工及自动化装配等完整工艺流程，培养学生解决复杂工程问题的能力。

项目已建成丰富的数字化资源库，相关实验在ilab实验空间和校级平台稳定运行4年以上，服务多个工科专业。

4.实验教学模式创新

本教学改革项目倡导通过创新数控装备与生产加工数字化实验教学模式，实现时空融合、协作与个性共融、跨学科融合，结合过程考核与实时反馈，可以构建出一个高效、灵活且个性化的学习环境。

项目具有“时空融合”的特点，突破传统时空界限，利用数字化技术与云计算平台，实现教学资源随时随地访问，促进学习灵活性与便捷性。“虚实结合”培养学生的数控加工工艺设计能力和数控设备创新设计能力。鼓励支持学生随时随地进行访问学习，项目鼓励学术协作共赢发挥所长，实施过程中进行团队作业，以数控装备和数控加工为主线，要求学生以团队协作的形式完成实验任务，同时保持每个学生实验内容的独立性。结合团队协作与个性发展，鼓励学生在共享空间中协作完成实验任务，同时尊重并培养每个学生的独特才能和创新思维。项目中的仿真实验将多个学科的知识与技能融合于数控装备与生产加工实验教学中，构建综合性实验项目，培养学生的综合分析能力与跨学科创新思维。在整个教学与实施过程之中，本项目采用先进的数据采集与分析技术，实时记录学生的学习与实验过程，并输出每个学生的实验报告和能力图谱，帮助学生与教师了解学习进展与问题所在，促进教学改进与提升。根据材料成型等近机类专业的基本内容和学生的专业方向，科学地拟定不同层次的实验项目和配套教学资源，学生自主选择实验项目和时间，计划每年服务学生1000人以上。

项目致力于育人生态创新与产教合作生态建构，通过整合优质教育资源、强化企业合作、引入实际生产案例和项目，构建了一个多元化、个性化的学习环境，旨在培养学生的创新能力和实践技能。同时，与企业共同制定教学计划、开展实践教学活动，形成了紧密的合作关系，共同推动数控领域的技术进步与人才培养，实现资源共享、优势互补，为行业发展注入新活力。在学校支持下，该项目不断扩充数字化实验内容。结合实验室的基础条件、设备状况和开课情况，将实验教学资源对社会共享。面向全国大学生机械创新设计竞赛、大学生创新创业计划项目、大学生机器人大赛等创新实践活动开放。面向其他高等本科院校、高职高专院校、技校等在校学生，以及广大中小学生开放。

五、结语

本文中教改项目通过构建全场景数字化实验教学资源与“多融合”实践教学模式，实现了数控装备与生产加工领域的教学创新。项目以虚拟仿真技术为核心，融合数字孪生、VR/MR等技术，高度还原工业生产场景，突破了传统实验教学的时空限制，为学生提供了沉浸式、个性化的学习环境。通过“时空融合”泛在化教学、跨学科协同实践及过程考核实时反馈机制，有效提升了学生的工艺设计能力、创新思维及团队协作能力。同时，产教合作生态的建构强化了教学内容的实践导向，为行业输送了具备数字化素养的复合型人才。

项目的示范应用结果验证了其可推广性，为高校实验教学改革提供了可复制的经验。未来，需持续优化数字化资源、深化校企协同，以应对技术迭代与产业升级需求，进一步推动教育与产业发展的融合。

参考文献：

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