電子產品裝配實訓教學軟件論文
中職學生職業崗位能力的培養和職業技能的訓練是中職學校教學的重中之重。當前，在中職學校實訓教學出現了一些新的問題，如出于對學生安全性的考慮，在電子技術實訓中需要加電調試等操作往往不能得到有效實施。因此，必須對實訓教學進行變革，找出一條既能夠有效完成教學任務，又能大大降低實驗實訓損耗的方法，虛擬實訓是其中比較好的解決方案。
1 虛擬實訓項目的教學設計
教學需求分析 好的教學軟件需要好的教學設計，好的教學設計需要先進的教學理念指導。目前教育界普遍認為要取得好的教學效果，既要強調學生的主體地位，又要充分發揮教師的主導作用。教學軟件開發的設計中也要貫徹這種教育理念，既要提供充足的圖文、動畫、視頻等演示資源來支持教的功能，又要有良好的界面導航及虛擬實訓交互設計來調動學生自主學習的能動性。
中職《電子產品裝配實訓》課程主要以項目教學為主，通過10個典型的電子產品裝配讓學生獲得電子技術基礎知識，掌握電子產品裝配的基本技能。因此，在虛擬實訓教學軟件中應具有4種功能：漫游功能，能夠多角度觀察虛擬實訓器件及儀器設備，操作場景;演示功能，能夠演示電子產品裝配實訓中的操作程序、操作方法及錯誤操作結果;交互功能，能夠利用鍵盤、鼠標對屏幕中的虛擬器件、儀器工具等進行理想的自主操作，該功能是虛擬實訓軟件的核心功能;考核功能，能夠進行理論與虛擬實訓操作的考核，驗證學生學習水平，并給予反饋。
軟件系統功能模塊設計 通過上面的需求分析，結合中職學生學習特點，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明。
實訓指導模塊，重點以文字說明形式幫助學生熟悉實訓目的，進行實訓指導，使學生能夠了解實訓過程及注意事項;知識鏈接模塊，重點以圖文、視頻動畫的形式，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明;裝配演示模塊，以二維、三維動畫交互的形式，向學生演示相關操作，如元器件的檢測、安裝等，使學生熟悉操作程序，牢記錯誤操作導致的嚴重后果;虛擬裝配模塊，通過鼠標、鍵盤的組合，學生可以進行多角度觀察，自主拾取器件、工具進行虛擬實訓，并給出相應提示;實訓考核模塊，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，實操考核借鑒游戲過關記分的方法，根據操作的正確與否，扣除相應的分值。
2 虛擬實訓教學軟件的實現
根據本虛擬實訓軟件模塊的劃分，主要進行兩方面的系統設計，一是登錄和用戶管理系統，二是虛擬實訓系統。
登錄及用戶管理 登錄及用戶管理的實現，主要應用動態網頁及數據庫技術。在數據庫中建立一張具有用戶名、用戶密碼等字段的表，用于記錄相關信息。當用戶從前臺網頁登錄時，將用戶名、密碼借助PHP動態網頁技術提交至后臺，驗證用戶信息正確后再將學習時間、學習成績等信息返回前臺顯示。
虛擬實訓系統的實現
1)基于Unity3D的虛擬教學軟件實現流程。Unity3D是能夠比較方便的創建諸如3D游戲、建筑可視化等內容綜合開發工具，包含了圖形、音頻等方面的引擎支持，并以C#或者一種類似JavaScript的語言為腳本語言，來實現交互設計。Unity3D開發虛擬實訓主要分為4個步驟：首先，創建仿真模型;其次，利用3DS max優化模型;再次，利用Unity3D對模型進行交互設計;最后調試，完善并發布。
2)虛擬元器件模型的建立。在電子產品裝配虛擬實訓中，主要涉及到電子元器件及印制電路板的模型創建。例如在直流穩壓電源裝配實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中進行組合優化，最終得到虛擬實訓所需虛擬元器件模型，再以FBX文件的形式導出備用。
3)漫游功能的實現。在Unity3D中我們可以利用鼠標、鍵盤事件對攝像機的視角進行控制來實現對元件和場景的漫游功能。例如，利用按住鼠標右鍵拖動實現視角的旋轉，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參數進行設置，本實訓項目中選擇印制電路板作為該參照物;最后，將鼠標右鍵觸發事件添加到MouseOrbit.js代碼中去，實現按下鼠標右鍵才觸發視角旋轉的功能。
4)裝配演示功能的實現。在本項目的裝配演示模塊中，我們主要實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，各元器件從電路板上分解出來;單擊組裝演示按鈕，系統將自動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。該功能的實現利用附加在Main Camera上的裝配演示腳本來實現。具體方法如下：
①在腳本中Awake()函數里獲取所有元件的名稱及正確坐標，并記錄在數組中。
②在腳本中OnGUI()函數里利用Button控件創建分解與組裝演示按鈕。當檢測到分解按鈕被按下時，將所有元器件的位置進行偏移，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，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到數組中所存的該元件的安裝位置。移動完成后，進行下一個元件的安裝演示，如圖1所示。
5)虛擬裝配功能的實現。本軟件中單擊手動組裝操作按鈕進入虛擬裝配實訓，這時可以通過鍵盤、鼠標對屏幕中的虛擬元器件、儀器工具等進行自主操作，組裝到正確位置時，元器件會吸附到電路板上。當鼠標指向待安裝的元器件時，會在電路板上正確的安裝位置顯示元器件虛影進行提示。該功能實現的關鍵技術是鼠標拖放和碰撞檢測。具體方法如下。
①準備兩套虛擬元器件，一套是輔助安裝的元器件虛影。當按下手動組裝按鈕時，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。
②在Main 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。
③在將要安裝的元器件上附加手動組裝腳本。編程思路是在Update()中獲取當前鼠標拖動的元器件，然后利用OnTrggerEnter進行碰撞觸發檢測，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。
3 作品發布
在Unity3D中經過功能測試無誤后，開發的作品最后能發布成web網頁、可執行EXE文件等多種形式。在本實訓教學軟件中，為便于與其他教學資源整合，采用網頁的形式發布。
4 結束語
本文以直流穩壓電源虛擬實訓項目為例，展示綜合運用Proteus、3DS MAX、Unity3D開發電子產品虛擬實訓軟件全過程。該虛擬實訓教學軟件已經在實際教學中進行應用，取得了初步的成效，經過不同班級對比，使用該軟件可以明顯增加學生的學習興趣，提高學習效率，但虛擬實訓教學并不能完全替代實踐實訓項目。
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