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電子產(chǎn)品裝配實(shí)訓教學(xué)軟件論文
中職學(xué)生職業(yè)崗位能力的培養和職業(yè)技能的訓練是中職學(xué)校教學(xué)的重中之重。當前，在中職學(xué)校實(shí)訓教學(xué)出現了一些新的問(wèn)題，如出于對學(xué)生安全性的考慮，在電子技術(shù)實(shí)訓中需要加電調試等操作往往不能得到有效實(shí)施。因此，必須對實(shí)訓教學(xué)進(jìn)行變革，找出一條既能夠有效完成教學(xué)任務(wù)，又能大大降低實(shí)驗實(shí)訓損耗的方法，虛擬實(shí)訓是其中比較好的解決方案。
1 虛擬實(shí)訓項目的教學(xué)設計
教學(xué)需求分析 好的教學(xué)軟件需要好的教學(xué)設計，好的教學(xué)設計需要先進(jìn)的教學(xué)理念指導。目前教育界普遍認為要取得好的教學(xué)效果，既要強調學(xué)生的主體地位，又要充分發(fā)揮教師的主導作用。教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)的設計中也要貫徹這種教育理念，既要提供充足的圖文、動(dòng)畫(huà)、視頻等演示資源來(lái)支持教的功能，又要有良好的界面導航及虛擬實(shí)訓交互設計來(lái)調動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習的能動(dòng)性。
中職《電子產(chǎn)品裝配實(shí)訓》課程主要以項目教學(xué)為主，通過(guò)10個(gè)典型的電子產(chǎn)品裝配讓學(xué)生獲得電子技術(shù)基礎知識，掌握電子產(chǎn)品裝配的基本技能。因此，在虛擬實(shí)訓教學(xué)軟件中應具有4種功能：漫游功能，能夠多角度觀(guān)察虛擬實(shí)訓器件及儀器設備，操作場(chǎng)景;演示功能，能夠演示電子產(chǎn)品裝配實(shí)訓中的操作程序、操作方法及錯誤操作結果;交互功能，能夠利用鍵盤(pán)、鼠標對屏幕中的虛擬器件、儀器工具等進(jìn)行理想的自主操作，該功能是虛擬實(shí)訓軟件的核心功能;考核功能，能夠進(jìn)行理論與虛擬實(shí)訓操作的考核，驗證學(xué)生學(xué)習水平，并給予反饋。
軟件系統功能模塊設計 通過(guò)上面的需求分析，結合中職學(xué)生學(xué)習特點(diǎn)，本文以直流穩壓電源的虛擬組裝項目為例，對軟件功能模塊加以說(shuō)明。
實(shí)訓指導模塊，重點(diǎn)以文字說(shuō)明形式幫助學(xué)生熟悉實(shí)訓目的，進(jìn)行實(shí)訓指導，使學(xué)生能夠了解實(shí)訓過(guò)程及注意事項;知識鏈接模塊，重點(diǎn)以圖文、視頻動(dòng)畫(huà)的形式，對理論性較強的知識如元件器、電路圖的識讀等加以詳細說(shuō)明;裝配演示模塊，以二維、三維動(dòng)畫(huà)交互的形式，向學(xué)生演示相關(guān)操作，如元器件的檢測、安裝等，使學(xué)生熟悉操作程序，牢記錯誤操作導致的嚴重后果;虛擬裝配模塊，通過(guò)鼠標、鍵盤(pán)的組合，學(xué)生可以進(jìn)行多角度觀(guān)察，自主拾取器件、工具進(jìn)行虛擬實(shí)訓，并給出相應提示;實(shí)訓考核模塊，分為理論考核與虛擬操作考核兩部分，理論考試采取隨機抽題方式，由后臺題庫支持，可自主更新，實(shí)操考核借鑒游戲過(guò)關(guān)記分的方法，根據操作的正確與否，扣除相應的分值。
2 虛擬實(shí)訓教學(xué)軟件的實(shí)現
根據本虛擬實(shí)訓軟件模塊的劃分，主要進(jìn)行兩方面的系統設計，一是登錄和用戶(hù)管理系統，二是虛擬實(shí)訓系統。
登錄及用戶(hù)管理 登錄及用戶(hù)管理的實(shí)現，主要應用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)及數據庫技術(shù)。在數據庫中建立一張具有用戶(hù)名、用戶(hù)密碼等字段的表，用于記錄相關(guān)信息。當用戶(hù)從前臺網(wǎng)頁(yè)登錄時(shí)，將用戶(hù)名、密碼借助PHP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)提交至后臺，驗證用戶(hù)信息正確后再將學(xué)習時(shí)間、學(xué)習成績(jì)等信息返回前臺顯示。
虛擬實(shí)訓系統的實(shí)現
1)基于Unity3D的虛擬教學(xué)軟件實(shí)現流程。Unity3D是能夠比較方便的創(chuàng )建諸如3D游戲、建筑可視化等內容綜合開(kāi)發(fā)工具，包含了圖形、音頻等方面的引擎支持，并以C#或者一種類(lèi)似JavaScript的語(yǔ)言為腳本語(yǔ)言，來(lái)實(shí)現交互設計。Unity3D開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)訓主要分為4個(gè)步驟：首先，創(chuàng )建仿真模型;其次，利用3DS max優(yōu)化模型;再次，利用Unity3D對模型進(jìn)行交互設計;最后調試，完善并發(fā)布。
2)虛擬元器件模型的建立。在電子產(chǎn)品裝配虛擬實(shí)訓中，主要涉及到電子元器件及印制電路板的模型創(chuàng )建。例如在直流穩壓電源裝配實(shí)訓中需要準備的虛擬元器件有電阻、電容、二極管、三極管等，還要有一塊虛擬印制電路板。如果這些虛擬物件直接在3Ds MAX中創(chuàng )建相當麻煩，Proteus軟件中預置了上千種元件的3d模型，我們可以利用其印制電路板設計模塊，方便的生成印制板電路和元器件的3D模型。然后再導入3Ds Max中進(jìn)行組合優(yōu)化，最終得到虛擬實(shí)訓所需虛擬元器件模型，再以FBX文件的形式導出備用。
3)漫游功能的實(shí)現。在Unity3D中我們可以利用鼠標、鍵盤(pán)事件對攝像機的視角進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現對元件和場(chǎng)景的漫游功能。例如，利用按住鼠標右鍵拖動(dòng)實(shí)現視角的旋轉，具體方法如下。
首先，將Unity3D中預置的Camera Scripts
下的MouseOrbit.js導入到工程中;其次，將MouseOrbit.js附加到Main Camera上，然后在其Inspector面板中對MouseOrbit.js組件的Target參數進(jìn)行設置，本實(shí)訓項目中選擇印制電路板作為該參照物;最后，將鼠標右鍵觸發(fā)事件添加到MouseOrbit.js代碼中去，實(shí)現按下鼠標右鍵才觸發(fā)視角旋轉的功能。
4)裝配演示功能的實(shí)現。在本項目的裝配演示模塊中，我們主要實(shí)現元器件在印制電路板上的安裝與分解。單擊裝配演示界面上的分解按鈕時(shí)，各元器件從電路板上分解出來(lái);單擊組裝演示按鈕，系統將自動(dòng)將各元器件按照一定的順序安裝在電路板相應的位置，如圖1所示。該功能的實(shí)現利用附加在Main Camera上的裝配演示腳本來(lái)實(shí)現。具體方法如下：
�、僭谀_本中Awake()函數里獲取所有元件的名稱(chēng)及正確坐標，并記錄在數組中。
�、谠谀_本中OnGUI()函數里利用Button控件創(chuàng )建分解與組裝演示按鈕。當檢測到分解按鈕被按下時(shí)，將所有元器件的位置進(jìn)行偏移，完成元器件位置分解操作;當檢測到裝配演示按鈕被按下時(shí)，首先根據數組中存的元器件名獲取元器件的當前坐標，若其與數組中所存的元件在電路板上的安裝位置不同，則利用Vector3.MoveTowards方法將當前元器件移動(dòng)到數組中所存的該元件的安裝位置。移動(dòng)完成后，進(jìn)行下一個(gè)元件的安裝演示，如圖1所示。
5)虛擬裝配功能的實(shí)現。本軟件中單擊手動(dòng)組裝操作按鈕進(jìn)入虛擬裝配實(shí)訓，這時(shí)可以通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標對屏幕中的虛擬元器件、儀器工具等進(jìn)行自主操作，組裝到正確位置時(shí)，元器件會(huì )吸附到電路板上。當鼠標指向待安裝的元器件時(shí)，會(huì )在電路板上正確的安裝位置顯示元器件虛影進(jìn)行提示。該功能實(shí)現的關(guān)鍵技術(shù)是鼠標拖放和碰撞檢測。具體方法如下。
�、贉蕚鋬商滋摂M元器件，一套是輔助安裝的元器件虛影。當按下手動(dòng)組裝按鈕時(shí)，將電路板上的輔助安裝元器件的renderer.enabled屬性設置為false，并全部添加Box collider組件。然后分組顯示將要安裝的元器件。
�、谠贛ain Camera上附加Unity3D中預置的DragRigidbody.js腳本，為需要安裝的元件添加Rigidbody和Mesh collider組件。
�、墼趯⒁惭b的元器件上附加手動(dòng)組裝腳本。編程思路是在Update()中獲取當前鼠標拖動(dòng)的元器件，然后利用OnTrggerEnter進(jìn)行碰撞觸發(fā)檢測，若碰撞的是與之對應輔助元器件則將其在安裝位置顯示出來(lái)。
3 作品發(fā)布
在Unity3D中經(jīng)過(guò)功能測試無(wú)誤后，開(kāi)發(fā)的作品最后能發(fā)布成web網(wǎng)頁(yè)、可執行EXE文件等多種形式。在本實(shí)訓教學(xué)軟件中，為便于與其他教學(xué)資源整合，采用網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)布。
4 結束語(yǔ)
本文以直流穩壓電源虛擬實(shí)訓項目為例，展示綜合運用Proteus、3DS MAX、Unity3D開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品虛擬實(shí)訓軟件全過(guò)程。該虛擬實(shí)訓教學(xué)軟件已經(jīng)在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行應用，取得了初步的成效，經(jīng)過(guò)不同班級對比，使用該軟件可以明顯增加學(xué)生的學(xué)習興趣，提高學(xué)習效率，但虛擬實(shí)訓教學(xué)并不能完全替代實(shí)踐實(shí)訓項目。
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