農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

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摘要：針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)在《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》課程實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué)存在的設(shè)備購(gòu)置與維護(hù)投入大、受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)性影響等突出問(wèn)題，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)裝備中的應(yīng)用進(jìn)行了農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目圍繞黃淮海地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中“耕、種、管、收”等機(jī)械化作業(yè)環(huán)節(jié)，構(gòu)建了不同模塊的網(wǎng)絡(luò)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械的虛擬認(rèn)知、虛擬拆裝、虛擬操作、動(dòng)態(tài)仿真等實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬仿真教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué)的有機(jī)融合。為培養(yǎng)服務(wù)于國(guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)；虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；設(shè)計(jì)

引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、提高農(nóng)村生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)，是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要支撐[1]。加快農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)離不開(kāi)高素質(zhì)農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)人才，離不開(kāi)高水平的農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系，離不開(kāi)高水平的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人才綜合能力提高的訓(xùn)練系統(tǒng)[2]。在此背景下，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)依托國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)工程綜合訓(xùn)練中心和省級(jí)農(nóng)業(yè)工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，聚集優(yōu)勢(shì)學(xué)科科研平臺(tái)，按照構(gòu)建功能集約、資源共享、開(kāi)放充分、運(yùn)作高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)有關(guān)工作要求，展開(kāi)了基于VR技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與開(kāi)發(fā)，圍繞黃淮海地區(qū)主要農(nóng)作物全程機(jī)械化生產(chǎn)過(guò)程中“耕、種、管、收”環(huán)節(jié)，完成不同模塊的網(wǎng)絡(luò)化的農(nóng)業(yè)裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與部分農(nóng)業(yè)裝備虛擬仿真訓(xùn)練（實(shí)踐）。為加快發(fā)展“新工科”，深化科教結(jié)合與校企合作，提高人才培養(yǎng)能力打下基礎(chǔ)。

1農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)目的

為了農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化本科專(zhuān)業(yè)學(xué)生綜合能力，特別是創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力的提高，逐漸加大專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)或?qū)I(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的課時(shí)是目前行之有效的方法。農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性與完整性對(duì)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的提高十分必要。從農(nóng)業(yè)裝備的認(rèn)識(shí)、典型農(nóng)業(yè)裝備的性能分析、設(shè)計(jì)、制造，乃至控制、智能化設(shè)計(jì)、維護(hù)等等都需要學(xué)生能夠親自參與其中。但由于經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地等原因，購(gòu)買(mǎi)大量的新設(shè)備很難操作，而虛擬農(nóng)業(yè)裝備實(shí)驗(yàn)且可以很好解決農(nóng)業(yè)裝備實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)性、完備性問(wèn)題，無(wú)需太多費(fèi)用、場(chǎng)地、操作人員等，即可獲得有關(guān)實(shí)驗(yàn)的虛擬現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)裝備。大型農(nóng)場(chǎng)的認(rèn)知、大型噴灌機(jī)械、大型復(fù)合作業(yè)機(jī)械等等大型農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)業(yè)裝備，對(duì)學(xué)校而言根本無(wú)法購(gòu)置與運(yùn)行。傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型的替代方法無(wú)法真實(shí)再現(xiàn)大型農(nóng)業(yè)裝備其功能、結(jié)構(gòu)及大型農(nóng)場(chǎng)的情景。采用農(nóng)業(yè)裝備虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以很好的解決此類(lèi)問(wèn)題?？梢圆怀鲂ｉT(mén)實(shí)現(xiàn)大型農(nóng)場(chǎng)、大型農(nóng)業(yè)裝備的運(yùn)行、認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐工作。如今，農(nóng)業(yè)裝備的科學(xué)研究已從二維化向三維化發(fā)展、從圖紙化向無(wú)紙化作業(yè)發(fā)展、從經(jīng)典設(shè)計(jì)向現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展。虛擬仿真技術(shù)作為現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法，也得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的作用。農(nóng)業(yè)裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一方面可以用于農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)，一方面也可用于智能農(nóng)業(yè)裝備新產(chǎn)品的研發(fā)。

2農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)方案

農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)是農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，是一門(mén)理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程?！掇r(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》課程虛擬教學(xué)資源設(shè)置堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的建設(shè)原則，充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)學(xué)科交叉，凸顯虛擬教學(xué)的特色，實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)的創(chuàng)新。結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)實(shí)際和教學(xué)特點(diǎn)，在原有植保無(wú)人機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)基礎(chǔ)上，提出“智慧農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)裝備虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”建設(shè)項(xiàng)目方案，項(xiàng)目設(shè)有四個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，基本涵蓋了農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程及部分實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要包括智慧農(nóng)場(chǎng)虛擬認(rèn)知模塊、“耕-種-管-收”農(nóng)業(yè)裝備虛擬拆裝模塊、農(nóng)業(yè)裝備動(dòng)態(tài)仿真模塊、農(nóng)業(yè)裝備虛擬測(cè)繪模塊。每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K均包括專(zhuān)業(yè)知識(shí)、綜合技能和研究創(chuàng)新三種層次的多個(gè)實(shí)驗(yàn)，并充分與理論課程、真實(shí)實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)踐和科學(xué)研究緊密結(jié)合。

2.1模塊1：智慧農(nóng)場(chǎng)虛擬認(rèn)知

智慧農(nóng)場(chǎng)虛擬認(rèn)知主要是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的真實(shí)再現(xiàn)讓學(xué)生對(duì)現(xiàn)代化專(zhuān)業(yè)化的農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行沉浸式的認(rèn)知學(xué)習(xí)?？梢允箤W(xué)生在虛擬環(huán)境中了解不同農(nóng)作物的耕作、種植、田間管理、收獲、后處理的生產(chǎn)過(guò)程；可以了解整個(gè)農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程的不同階段使用的不同農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能動(dòng)態(tài)模擬；可以了解典型農(nóng)業(yè)裝備的虛擬駕駛與操作功能。

2.2模塊2：“耕-種-管-收”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備拆裝

“耕-種-管-收”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備拆裝主要是讓學(xué)生掌握一些黃淮海地區(qū)主要農(nóng)作物“耕-種-管-收”環(huán)節(jié)重點(diǎn)農(nóng)機(jī)設(shè)備的正確的拆裝步驟、必要的拆裝工具，并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)打分、測(cè)評(píng)。實(shí)現(xiàn)犁、耙、旋耕機(jī)、播種機(jī)、插秧機(jī)（移栽機(jī)）、大型噴霧機(jī)械、大型聯(lián)合收割機(jī)、大型拖拉機(jī)等關(guān)鍵功能零部件的拆裝。

2.3模塊3：農(nóng)業(yè)裝備虛擬動(dòng)態(tài)仿真與操作訓(xùn)練

農(nóng)業(yè)裝備虛擬動(dòng)態(tài)仿真與操作訓(xùn)練主要是幫助學(xué)生了解農(nóng)用機(jī)械設(shè)備的外形、結(jié)構(gòu)，并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行文字說(shuō)明，對(duì)于大型設(shè)備，展示其運(yùn)作原理。學(xué)生通過(guò)虛擬操作實(shí)現(xiàn)不同農(nóng)業(yè)機(jī)械，如犁、粑、收割機(jī)、旋耕機(jī)、播種機(jī)、噴霧機(jī)等主要部件的功能的動(dòng)態(tài)仿真，使學(xué)生真是體會(huì)到農(nóng)業(yè)裝備正常工作的內(nèi)部動(dòng)態(tài)功能，了解農(nóng)業(yè)裝備主要部件的工作原理。對(duì)于主要農(nóng)作物，開(kāi)展輪式拖拉機(jī)、輪式/履帶式收割機(jī)虛擬駕駛和收獲作業(yè)訓(xùn)練，讓學(xué)生掌握道路交通安全、農(nóng)機(jī)安全法律法規(guī)和機(jī)械常識(shí)、操作規(guī)程等相關(guān)知識(shí)；利用三維影像技術(shù)構(gòu)建出田間作業(yè)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)/收割機(jī)模擬實(shí)景作業(yè)，通過(guò)多個(gè)作業(yè)場(chǎng)景練習(xí)，掌握拖拉機(jī)/收割機(jī)駕駛及操作技術(shù)。

2.4模塊4：農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵零部件的虛擬測(cè)繪實(shí)驗(yàn)

農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵零部件的虛擬測(cè)繪實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生能通過(guò)三維結(jié)構(gòu)的查看和尺寸測(cè)量，能夠充分理解農(nóng)機(jī)設(shè)備重要部件的幾何結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生提高手繪能力，以及未來(lái)對(duì)先進(jìn)設(shè)備重要部件的設(shè)計(jì)和改進(jìn)能力。比如鏵式犁的犁曲面曲線(xiàn)測(cè)繪、播種機(jī)的排種器、收割機(jī)割臺(tái)、打捆機(jī)打結(jié)器等關(guān)鍵零件的測(cè)繪。

3智慧農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)裝備虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)主要內(nèi)容與界面

3.1.1登陸界面。進(jìn)入系統(tǒng)，學(xué)生或教師或維護(hù)人員首先需使用學(xué)號(hào)和密碼進(jìn)行登陸，在登陸的同時(shí)，系統(tǒng)后臺(tái)會(huì)自動(dòng)驗(yàn)證賬號(hào)所具有的權(quán)限，并自動(dòng)加載權(quán)限對(duì)應(yīng)的功能模塊；此外，登陸過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)版本號(hào)及相應(yīng)的資源信息，并自動(dòng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的更

3.1.2個(gè)人中心。個(gè)人中心主要是學(xué)生用于管理個(gè)人信息，查詢(xún)個(gè)人學(xué)習(xí)記錄和考核記錄；其中，學(xué)生信息主要包括管理學(xué)生個(gè)人信息，包含姓名，性別，出生年月，班級(jí)，學(xué)號(hào)等；學(xué)習(xí)記錄主要查詢(xún)學(xué)習(xí)模式下的操作記錄，包括操作時(shí)間，實(shí)訓(xùn)用時(shí)，操作步驟的正誤情況等；考核記錄可查詢(xún)虛擬考核的記錄，包括考核時(shí)間，考核用時(shí)，考核點(diǎn)的正誤情況，考核成績(jī)等。

3.1.3課程選擇。學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)首先需進(jìn)入課程中心進(jìn)行訓(xùn)練模塊選擇，當(dāng)前，我們?yōu)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)了四個(gè)課程應(yīng)用方向模塊，分別是智慧農(nóng)場(chǎng)三維數(shù)字化認(rèn)知模塊、“耕-種-管-收”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備拆裝模塊、農(nóng)業(yè)裝備動(dòng)態(tài)仿真與操作訓(xùn)練模塊、關(guān)鍵零部件虛擬測(cè)繪模塊。

3.2系統(tǒng)基本模塊中的軟件與應(yīng)用

3.2.1模塊1：智慧農(nóng)場(chǎng)三維數(shù)字化認(rèn)知。進(jìn)入模塊1，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加載農(nóng)場(chǎng)模型及其中的設(shè)備，由于場(chǎng)景較大，所以采用的是分布式動(dòng)態(tài)加載的技術(shù)；當(dāng)虛擬場(chǎng)景較大時(shí)，場(chǎng)景的優(yōu)化就顯得尤為重要了，一方面是從模型的制作開(kāi)始，就需要進(jìn)行面片數(shù)和貼圖材質(zhì)的優(yōu)化；另一方面，是在程序設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到采用圖形優(yōu)化技術(shù)對(duì)場(chǎng)景的加載和顯示進(jìn)行優(yōu)化，這其中主要用到幾種深度檢測(cè)技術(shù)、遮擋剔除技術(shù)、LOD技術(shù)等；在漫游功能模塊，漫游分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種，學(xué)生可以選擇讓相機(jī)自動(dòng)行走漫游展示農(nóng)場(chǎng)布局，也可利用鼠標(biāo)/鍵盤(pán)進(jìn)行自由查看；整個(gè)場(chǎng)景除了農(nóng)場(chǎng)的布局外，還會(huì)有一些工作中的設(shè)備，幫助學(xué)生更好的理解數(shù)字化農(nóng)場(chǎng)。

3.2.2模塊2：“耕-種-管-收”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備拆裝。進(jìn)入模塊2，系統(tǒng)將虛擬拆裝分為學(xué)習(xí)模式和考核模式，學(xué)生在教師的學(xué)時(shí)要求下，需先就進(jìn)入學(xué)習(xí)模式進(jìn)行交互操作的練習(xí)，當(dāng)滿(mǎn)足了要求后，進(jìn)入考核模式驗(yàn)證學(xué)習(xí)成果。在學(xué)習(xí)模式下，拆裝的流程需遵循設(shè)備既定的拆裝順序，不允許任意拆卸/裝配，系統(tǒng)界面會(huì)顯示操作步驟提示和上一步操作的正誤情況；在拆裝的過(guò)程中，系統(tǒng)界面會(huì)顯示操作步驟列表，學(xué)生可按照該列表進(jìn)行流程操作，每完成一步，系統(tǒng)會(huì)判斷正誤情況，并顯示在列表中；在學(xué)習(xí)模式下，系統(tǒng)也會(huì)對(duì)下一步操作的對(duì)象進(jìn)行提示；同時(shí)，學(xué)生也可查閱實(shí)驗(yàn)的操作步驟，或者開(kāi)啟自動(dòng)拆裝進(jìn)行學(xué)習(xí)；輔助功能在學(xué)習(xí)模式下，系統(tǒng)默認(rèn)為開(kāi)啟狀態(tài)，也可由學(xué)生根據(jù)自身情況進(jìn)行關(guān)閉/開(kāi)啟；在操作過(guò)程中可能會(huì)有操作錯(cuò)誤的情況發(fā)生，系統(tǒng)提供返回上一步的功能，但是在學(xué)習(xí)模式下，只記錄第一次操作的正誤情況，不更新返回操作的正誤情況，讓學(xué)生可以明確回顧自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中不熟練或者有錯(cuò)誤的地方，并對(duì)此進(jìn)行反復(fù)操作練習(xí)，加深印象；碰撞操作主要作用于兩個(gè)方面，一是工具與零部件的拆裝操作，學(xué)生在使用工具進(jìn)行拆卸操作時(shí)，在三維空間中需與零部件產(chǎn)生包圍盒碰撞才能觸發(fā)零部件空間位置的改變；二是拆裝過(guò)程中零部件之間的碰撞檢測(cè)功能將使零部件之間產(chǎn)生真實(shí)的物理碰撞，從而避免穿插的發(fā)生，同時(shí)也有空間定位的作用。在三維空間中，當(dāng)學(xué)生對(duì)零部件進(jìn)行操作時(shí)，在零部件到達(dá)存放位置或裝配位置時(shí)，約束功能將保證零部件自動(dòng)捕捉空間坐標(biāo)位置；當(dāng)該設(shè)備的拆裝學(xué)習(xí)完成后，系統(tǒng)會(huì)將操作記錄自動(dòng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，學(xué)生可通過(guò)個(gè)人中心進(jìn)行查詢(xún)；考核模式與學(xué)習(xí)模式類(lèi)似，但是在整個(gè)操作過(guò)程中，系統(tǒng)不會(huì)給予任何提示，系統(tǒng)后臺(tái)記錄每個(gè)步驟最后一個(gè)操作的正誤情況，并在操作結(jié)束后給予評(píng)分表。

3.2.3模塊3：農(nóng)業(yè)裝備虛擬動(dòng)態(tài)仿真與操作訓(xùn)練。進(jìn)入模塊3，首先選擇動(dòng)態(tài)仿真、操作訓(xùn)練兩種模式；動(dòng)態(tài)仿真模式下，首先先進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真農(nóng)業(yè)裝備的選擇，設(shè)備主要包含犁、播種機(jī)、旋耕機(jī)、收獲機(jī)、植保無(wú)人機(jī)等，這些設(shè)備及相應(yīng)的功能也是具有模塊化和松耦合化的特性，后續(xù)可作擴(kuò)展添加；選擇設(shè)備后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)載入一個(gè)設(shè)備倉(cāng)庫(kù)，并在倉(cāng)庫(kù)中停放著所選設(shè)備；點(diǎn)擊外觀查看，設(shè)備會(huì)自動(dòng)懸浮于倉(cāng)庫(kù)中，學(xué)生可使用鼠標(biāo)控制，對(duì)設(shè)備進(jìn)行360°查看，放大縮小查看，點(diǎn)擊標(biāo)簽按鈕，可顯示外觀結(jié)構(gòu)重點(diǎn)標(biāo)簽及說(shuō)明。點(diǎn)擊結(jié)構(gòu)查看，設(shè)備會(huì)呈現(xiàn)爆炸狀態(tài)，學(xué)生可使用鼠標(biāo)控制，對(duì)設(shè)備爆炸結(jié)構(gòu)進(jìn)行360°查看，放大縮小查看，點(diǎn)擊標(biāo)簽按鈕，可顯示爆炸結(jié)構(gòu)重點(diǎn)標(biāo)簽及說(shuō)明；點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，會(huì)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)模擬；點(diǎn)擊重點(diǎn)部件，設(shè)備外殼透明化，進(jìn)行內(nèi)部重點(diǎn)部件工作原理展示，學(xué)生可選擇隨時(shí)停止播放工作原理，也可重復(fù)觀看多次。在實(shí)操場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)學(xué)生訓(xùn)練情況記錄，并且可以在訓(xùn)練結(jié)束時(shí)全程回放，回放時(shí)可任意角度的查看操作過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，方便學(xué)生全面觀察自己的操作情況，提高操作水平和訓(xùn)練效率。模擬考核時(shí)，通過(guò)三維場(chǎng)景設(shè)置，按照聯(lián)合收割機(jī)/拖拉機(jī)駕駛員考核大綱規(guī)定，依據(jù)《拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)科目考試評(píng)判表》評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)模擬考核功能。該功能?chē)?yán)格按照駕駛員考核大綱的要求，設(shè)定各考核點(diǎn)知識(shí)說(shuō)明，模擬考核場(chǎng)地，真實(shí)再現(xiàn)考核科目，評(píng)判嚴(yán)謹(jǐn)公正，客觀驗(yàn)證聯(lián)合收割機(jī)駕駛員操作駕駛技術(shù)水平，以此激勵(lì)學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，提高考核優(yōu)秀率。

3.2.4模塊4：農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵部件虛擬測(cè)繪。學(xué)生選擇考核模式后，就會(huì)看到界面上有當(dāng)前所需考核的設(shè)備零部件，零部件主要包括犁曲面、旋耕刀軸及刀片、移栽機(jī)鴨嘴（或栽插器）、收割機(jī)割臺(tái)、滾筒、拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)、播種器等，具體的考核內(nèi)容由教師端進(jìn)行設(shè)置；首先進(jìn)行部件測(cè)量，進(jìn)入部件場(chǎng)景，部件擺放在倉(cāng)庫(kù)中，考核模式下，學(xué)生根據(jù)自己掌握的知識(shí)內(nèi)容，自由選擇工具和測(cè)量點(diǎn)對(duì)部件進(jìn)行測(cè)量，系統(tǒng)不進(jìn)行任何提示；然后進(jìn)行工具選擇和操作，學(xué)生先對(duì)測(cè)量工具進(jìn)行選擇，然后選擇部件的測(cè)量點(diǎn)，選擇測(cè)量點(diǎn)后，鏡頭會(huì)自動(dòng)切換到適合測(cè)量的位置，學(xué)生用所選工具進(jìn)行測(cè)量；需要對(duì)視角進(jìn)行調(diào)整，由于測(cè)量對(duì)于視角控制的要求較高，所以系統(tǒng)可切換2D/3D現(xiàn)實(shí)，在2D視圖下，用戶(hù)可選擇只看物體的頂/側(cè)/底/正面，便于學(xué)生考核時(shí)的精準(zhǔn)定位；同樣的，在測(cè)量過(guò)程可使用鼠標(biāo)鍵盤(pán)的配合操作，調(diào)整一個(gè)較為合適的視角進(jìn)行操作。

4結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目堅(jiān)持以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心，通過(guò)“智慧農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)裝備虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”完善了典型農(nóng)業(yè)裝備的認(rèn)知、拆裝、操作、關(guān)鍵農(nóng)業(yè)裝備零部件測(cè)繪等不同階段的實(shí)驗(yàn)，全面促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展和理論、實(shí)踐、創(chuàng)新水平綜合提高。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在統(tǒng)籌協(xié)調(diào)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件下，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中堅(jiān)持重視基礎(chǔ)、突出綜合、全面開(kāi)放、旨在創(chuàng)新的理念，突出課內(nèi)課外教學(xué)一體化，虛擬教學(xué)與實(shí)體教學(xué)相結(jié)合，虛擬對(duì)象與實(shí)體對(duì)象相結(jié)合，虛擬技術(shù)與現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，形成以“專(zhuān)業(yè)知識(shí)—綜合技能—研究創(chuàng)新”為主線(xiàn)的多元化、立體化、開(kāi)放式、虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)體系。

參考文獻(xiàn)

[1]羅海峰，謝方平，吳明亮.三段式“interactive”教學(xué)模式在“農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2018，（4）：68-72.

[2]田輝，梁愛(ài)琴，李保謙，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2012，（35）：721，824.

作者：何勛 屈哲 張開(kāi)飛 陳新昌 李赫 李保謙 單位：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院