基于数字孪生讲台的在线沉浸式教学体系分析与流程设计

随着新技术的迅猛发展,“大数据+AI”已成为现代社会一种新的驱动力和思维方式。一种可有效实现物理世界和信息世界智能互联与交互融合的新技术——数字孪生应运而生。基于数字孪生技术,可构筑联通现实教学空间与虚拟教学空间的数字孪生讲台,并成为在线教学空间的“数字大动脉”。数字孪生讲台可分为在线学习特征分析技术和虚实教学空间融合分析技术,通过“在线教”与“在线学”间的深度融合、映射与镜像,能为在线沉浸式教学注入新的数字生产力。基于此,从教学、技术两方面,探索数字孪生讲台的在线沉浸式教学流程设计与技术运用,即基于混合式平台的教学数据采集与管理,基于多维分析的教学数据分析与建模,基于精准教学和精准管理的数据应用,基于增强现实技术的在线沉浸式教学体验,进而设计其教学流程。旨在通过数字孪生讲台的多源数据融合、虚实融合映射、教学服务融合优化,促进数字化、智能化课堂的形成,推动数智融合在教学方面的创新性应用,从而形成一种基于大数据的课堂数据互动、映射的新形态,进而革新与重塑现代教育体系。     

数字孪生校园的内涵、架构与推进路径

随着数字孪生应用领域的不断拓展,国内外学者开始关注数字孪生在教育领域的应用。数字孪生校园是学校物理空间与网络虚拟空间相互映射、协同交互的复杂系统,它具备虚实交互、数据驱动、动态可视、开放参与、以人为本等典型特征。数字孪生校园的关键技术包括物联感知、三维实景、多源数据、柔性仿真等技术。可以从基础设施层、数据资源层、平台能力层、服务应用层和实时交互层5个方面对数字孪生校园进行架构设计。     

数字孪生赋能思想政治教育探析

“数字中国”战略格局下,数字孪生是思想政治教育数智化发展的技术机遇与实践动能。数字孪生通过现状孪生、学习孪生、模拟孪生和自主孪生构建个性化育人场景、动态化决策场景、沉浸式体验场景和智慧化育人场景,激发思想政治教育立德树人的内在潜能。数字孪生以教育载体、教育时间和教育空间为展开尺度,推动思想政治教育活动有效运行、生成个体自由自主学习的体验时间、创设思想政治素养形成的体验空间。展望未来,数字孪生与思想政治教育的深度耦合应以思政数字孪生体构建为核心,进一步完善技术架构、发挥协同效能、锚定价值取向、培育主体素养,最终指向立德树人教育目标的确证与达成。     

基于数字孪生的混合实践教学模式研究

为了适应当前工科教育的需要,提高工科专业实践教学质量,培养学生工程创新能力,以数控技术实验实训课程为研究对象,进行了工程专业实践教学改革的探索。将当前教育领域的混合教学理念和制造工程领域的数字孪生技术方法融入工科实践教学改革的尝试,构建了基于数字孪生环境的混合实践教学平台,设计了适用于该混合实践教学环境的三层次数控技术实验实训教学方案。改革尝试证明新的教学模式有利于促进学生的自主学习,激发学生工程实践的探究兴趣,增强学生的实践动手能力和创新能力,能有效提高实践教学效果。     

从数字画像到数字孪生体:数智融合驱动下数字孪生学习者构建新探

随着AI、5G、物联网、大数据、传感与全息等新兴技术的快速发展,尤其是虚拟现实技术从VR、AR、MR到XR的不断演进,促使数字孪生技术开始走向应用并备受学者关注。其正从制造业、城市管理、医疗服务向社会其他领域不断衍生拓展,并在教育领域呈现出广阔的应用前景。在数智融合驱动下,从“AI+大数据+学习分析”加持下的学习者数字画像,向“AI+5G+XR”与全息技术支撑下的数字孪生学习者的迭代更新,将成为AI赋能教育的一个演进趋势。数字孪生学习者基于“四个关键要素”和“五个基本原则”这一现实前提,遵循刻画学习者画像、仿真学习过程、预测学习发展、生成学习结果和共享学习智慧的生成过程,具有高度仿真、动态映射、虚实共生、迭代进化和智能应用的特征,可为“AI+学习者”呈现更精确的学习过程分析、更精准的学习内容推送、更科学的学习评价与无边界的学习生态;并助力学习者进行学习资源共享、学习行为调整、学习兴趣提高、学习体验改善、学习效率提升。因此,对数字孪生学习者进行前瞻性研究,可为数智融合驱动下的学习变革提供全新的视角与思路。     

基于数字孪生的智能车间实践教学研究

智能制造实践教学中存在体系庞杂、加工过程不可逆、消耗大、装备昂贵等问题,制约了该领域人才实践能力的培养。利用数字孪生技术,搭建基于数字孪生的智能车间实践教学平台,突破时空限制,将真实的智能车间与数字孪生的虚拟智能车间联通。构建虚实结合的产线孪生实践教学模式,动态呈现智能车间的生产全过程,结合实际工程任务开展实践教学,有效提高学生的现场工作能力。     

基于数字孪生技术的智能制造实训教学模式研究

目前智能制造类专业的实训教学大多依赖真实的物理设备,存在设备数量有限、占地面积大、实用效率低、运维成本高和师生安全隐患等明显弊端.广东省先进机器人技术教学团队基于新一代数字孪生技术探索面向智能制造专业的实训教学新模式,分析当前的实训背景,阐述实训体系的整体框架设计思路,并以智能装配区为典型介绍功能模块设计方法,以"工业...     

基于Unity的制造业自动化生产线数字孪生平台设计

为实现制造业自动化生产线的优化运营,设计了基于Unity的数字孪生平台。首先,利用SolidWorks软件进行三维建模,在Unity平台中按与物理生产线1：1的尺寸比例完成虚拟自动化生产线的搭建;其次,在Unity平台中建立工业机器人数学模型,利用D-H参数表,进行正、逆运动学求解,实现对工业机器人的运动控制;最后,基于Snap7协议实现西门子PLC与Unity平台的数据交互。结果表明,通过数字孪生平台,可以实现生产线全流程的可视化,从而能够更好地了解生产线的运行状态,及时发现问题和解决问题。     

基于数字孪生技术的机电类专业课程改革研究

文章基于数字化背景下机电类专业课程改革中存在专业课程设置与行业发展需求不兼容;教学环境与教学方式的数字化转型成效不足;专业教师数字技术应用能力亟待提升;专业实训设备更新缓慢;优质的数字化教学资源不足等问题,探索了数字孪生技术对于机电类专业课程改革的重要意义。提出关注数字化背景下机电类行业的发展与人才需求,借助数字孪生技术整合机电类课程内容,基于数字孪生技术创新教学模式;开发数字孪生技术的实训资源;开展基于数字孪生技术的“云实训”,为机电类专业课程的数字化教学改革提供参考借鉴。     

基于数字孪生技术的智能产线虚拟仿真实训教学研究

本研究针对传统实训存在设备费用高、部分仪器危险性高、培训效果差等问题,构建了智能产线虚拟仿真实训教学平台。该平台从实训教学背景出发,将虚拟仿真与真实设备混合,实现“仿真与实际相统一”。文章以“PLC应用技术”课程实训为例,教学设计采用工程项目应用教学,介绍了数字孪生实训平台的教学过程,通过教学实际发现该模式能突破现实教学中的场地和时空界限,激发学生兴趣,提升学生解决复杂工程问题的能力。     

基于数字孪生的智能生产线构建及教学实践

结合智能制造相关专业教学及实践要求,综合分析了3C产品的结构及工艺特点,构建了一条智能柔性生产线,适用于PLC应用技术、工业机器人应用技术和智能制造生产线综合实践等课程的教学工作。受限于成本及复杂的流程等因素,对于智能生产线运行、调试及工艺验证等技能、知识领域,难以组织较大规模且高效的实践教学。基于数字化设计、机电一体化、虚拟仿真等多学科交叉技术而开发了生产线数字孪生模型并用于实践教学。实践表明,该生产线运行过程稳定,孪生模型与实物高度对应,在教学过程支撑了生产线建模设计、数字孪生仿真设计、机器人离线编程、运动部件轨迹规划及定义、虚拟PLC编程及通信配置等实践教学项目。数字孪生模型可以代替物理空间的生产线实物用于全流程实践项目教学,开辟了创新性的实践教学模式。     

基于数字孪生的工程培训模式构建与应用

为弥补传统工程培训中培训效率低、危险性高、针对性弱等缺点,提出一种基于数字孪生技术的工程培训模式.在该模式的构建过程中,阐释了在工程培训背景下数字孪生体的内涵,给出了孪生体的具体构建方法.同时,提出了训练平台的设计方案,包括培训软件的总体架构设计、系统通信架构设计、平台资源构建与资源管理方案设计等.最后,以电力系统培训...     

高校实验室设备智能化管理模式探析

针对当前高校实验室传统管理模式下普遍存在着管理手段落后、管理效率低下,特别是实验室设备在其全生命周期内缺乏便捷、安全、高效的信息化管理的问题,本文提出了通过从高校各信息化管理系统中进行数据挖掘获得各类基础数据,并利用大数据、物联网、智能传感、RFID、二维码、移动终端APP等信息化新技术结合其他一些辅助的软硬件系统构建信息化、智能化的实验室设备管理系统,拓展实验室管理手段、提升实验室设备管理水平,实现实验设备在日常管理、使用、维护等方面高效的信息化、智能化管理。     

基于数字孪生技术的课程教学改革——以砌体结构课程为例

砌体结构是土木工程专业的重要课程之一,数字孪生技术在课程实践教学中的应用,能够促进新时代大学教育的发展,具有重要意义。文章首先简要介绍了数字孪生技术的概念,然后探讨了砌体结构课程的特点和现状,详细论述了情境教学方法的应用和课程教材的改进和更新、融入了基于数孪技术设备的实践性教学和多元化的大数据评价,探讨了校企同频接轨、赛教结合的教学改革新方法。最后,基于数字孪生技术的实践性教学方法先进性、适用性较强,指出数字实体指导物理实体的“真实映射”能使课程教学更具备趣味性,值得在土木工程专业课程教学中推广。     

基于数字孪生技术的中职服务机器人实训课程教学模式探讨

文章分析了服务机器人专业教学面临的困难和实训课程开展数字化教学的优势,结合服务智造强国背景下对服务机器人专业的人才需求,梳理数字化教学特点,构建了基于数字孪生技术的教学模式。通过云端实训平台技术搭建应用场景,实现真实的沉浸式教学、虚实交互的技能训练、实时反馈及预测。并以中职“服务机器人技术应用基础”实训课程为例,从教学任务、教学设计等方面阐述了教学实施流程,为该教学模式的应用提供参考。     

基于数字孪生的磁共振成像原理与技术实验平台

随着信息技术与教育的融合,教育元宇宙正逐步加快落地,将全面赋能未来在线教育新形态。数字孪生技术是元宇宙的重要底层技术之一。针对医学影像相关专业磁共振实验教学中存在的依赖实验场地、实验时间有限和成像过程封闭不可见等难题,构建了磁共振成像原理与技术数字孪生实验平台,提出了一种基于机理建模的磁共振成像仿真方法,多个实验案例表明了实验平台的有效性。该平台拓展了学习时空、降低了实验操作风险、可视化磁共振成像理论,满足医学影像相关专业的在线实验教学需要。     

基于数字孪生的智能装配机械臂实验系统

依托智能工厂流水线实验装置,构建了智能装配机械臂数字孪生实验系统,包括机械臂物理装置、机械臂虚拟实体、虚实映射模块、数字孪生数据库及实验教学界面软件等组成部分,提出了一种基于多模型融合的数字孪生系统模型集成方法。该系统可应用于智能制造相关本科专业的实验教学,多个实验教学案例表明了数字孪生实验系统的有效性。     

基于数字孪生的机电课程综合实验平台设计

在新工科更强调交叉性、实用性、综合性的背景下,将机械设计、机电传动控制、可编程逻辑控制器(PLC)和传感器及其应用等课程的实验通过数字孪生这一概念有机融合在一起,开发了一套基于数字孪生、面向机械设计制造及其自动化专业的机电课程综合实验平台。实验平台可实现包含机械设计、机电传动控制、PLC、传感器和组态监控软件各知识点的交叉融合实验,解决了机电类各课程之间的实验综合,为实验教学提供了新的思路和可行的模式。     

数字孪生技术的教育应用研究

数字孪生技术是具有广泛应用前景和变革性力量的新兴信息化技术.数字孪生技术的教育应用,能够克服当前大数据技术、物联网技术饱和发展阶段所面临的困境和问题,并且在人工智能技术的支撑下,利用已有教育理论和学习方法建立虚拟模型,通过仿真技术探讨和预测未来,发现和寻找更优的方法与途径,实现教育信息化2.0环境下的全周期、全数据、全空间和全要素的学习,为新时代教育的创新和发展提供新理念和新方案.