VR技術(shù)在《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程中應(yīng)用的思考

摘要：為更好地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，基于“從知識傳授為主向能力培養(yǎng)為主轉(zhuǎn)變”這種新的教育理念。先進(jìn)信息技術(shù)在課堂的應(yīng)用已然成為一種趨勢，課堂形式越來越趣味性、多樣性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtural Reality）在課堂上的應(yīng)用，更可以使專業(yè)技術(shù)課程課堂的實(shí)效性產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造技術(shù)；信息化教學(xué)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

一、 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

“虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtural Reality）”技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。作為人與計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互作用的一種手段，虛擬現(xiàn)實(shí)可以給使用者提供影像資料所無法給予的實(shí)境體驗(yàn)。目前，各種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)林林總總，簡單概括為以下幾大類：（1）桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：窗口上的VR，目前教學(xué)中應(yīng)用最多VR系統(tǒng)；（2）沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)：頭盔式顯示器封閉使用者感官，讓其產(chǎn)生身臨其境的效果；（3）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（DVR）：通過網(wǎng)絡(luò)支持各用戶在一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行交互，并共享信息。虛擬現(xiàn)實(shí)場景由于有可貴的3I特性——沉浸（Immersion）感、交互（Interaction）性和構(gòu)想（Imagination）性，目前是人們較為關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

從1965年出現(xiàn)蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)這種思想到1989年開始初步形成理論并且出現(xiàn)相關(guān)研究，再到至今虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用，歷經(jīng)數(shù)載，從眾所周知的3D眼鏡到全息式交互屏幕，全息投影再到目前被廣泛應(yīng)用VR眼鏡等，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)儼然已成為現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的方向之一。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)揭開它神秘的面紗，走進(jìn)我們的生活。虛擬現(xiàn)實(shí)將會(huì)發(fā)展成一種改變學(xué)習(xí)方式的新突破。

二、 構(gòu)建三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的時(shí)代背景和必然性

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)是一門機(jī)械制造類專業(yè)基礎(chǔ)課程，與實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐的聯(lián)系尤為密切，學(xué)生把握必備的機(jī)械基礎(chǔ)知識和操作技能是它的重要使命。該課程中只有熟悉各種加工設(shè)備的操作以及各種加工方法的加工過程和工藝特點(diǎn)才能很好地理解本門課程內(nèi)容并且掌握關(guān)鍵知識。現(xiàn)如今，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的良好契機(jī)，智慧課堂，云平臺、各種硬件、教育軟件已經(jīng)逐步走進(jìn)校園，通過互聯(lián)網(wǎng)，搭建完整的現(xiàn)代化信息教學(xué)環(huán)境，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)模式下傳統(tǒng)教育模式的創(chuàng)新和變革。開啟了新型教育模式的新篇章。新型的教育方式中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對于《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》這種“立足于生產(chǎn)”的課程至關(guān)重要。

三、 虛擬現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展以及在各個(gè)領(lǐng)域中的深度應(yīng)用，機(jī)械制造行業(yè)對從業(yè)人員的高標(biāo)準(zhǔn)要求，教師的教學(xué)理念迫切需要從知識傳授為主向能力培養(yǎng)為主轉(zhuǎn)變，為達(dá)到這一目的就要從課堂學(xué)習(xí)為主向多種學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變。《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》這門課大多涉及的是各種實(shí)際加工相關(guān)的知識點(diǎn)。該門課程包括金屬切削加工基礎(chǔ)知識、加工工藝的制定、典型零件的加工、機(jī)械加工質(zhì)量分析、裝配工藝，夾具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、常用機(jī)械加工方法及其裝備，數(shù)控加工工藝、先進(jìn)加工技術(shù)等等，其中任何一個(gè)項(xiàng)目，其任務(wù)要求及目標(biāo)是在書本上，在課桌前，在教室中無法真正達(dá)到“學(xué)以致用”的目的。但是要真正地讓孩子們進(jìn)入生產(chǎn)車間實(shí)訓(xùn)，由于設(shè)備、場地、經(jīng)費(fèi)等硬件問題大部分機(jī)械加工的操作都無法進(jìn)行，又產(chǎn)生了很大的阻礙和限制。從各個(gè)角度看虛擬實(shí)訓(xùn)車間擁有傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)車間難以比擬的優(yōu)勢，利用各種虛擬的設(shè)備、工具，學(xué)生足不出戶便可以做各種實(shí)訓(xùn)操作，獲得與真實(shí)實(shí)訓(xùn)一樣的體會(huì)。所以對于該專業(yè)課程迫切需要實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在課堂中的應(yīng)用。

當(dāng)前，許多高、職校都在積極促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以虛擬建立各種設(shè)備等。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來的虛擬實(shí)訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時(shí)生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展。而這正是機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)這門課程的需求。例如：我們可以對車削機(jī)床的操作進(jìn)行演示，在該虛擬車床上可以真實(shí)模擬任何實(shí)際操作動(dòng)作，如開機(jī)，工件的裝夾，刀具的更換、轉(zhuǎn)速的調(diào)整，進(jìn)給量的選擇等等。甚至，我們可以利用虛擬制造技術(shù)（virtual manufacturing technology，VMT），仿真某一產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、毛坯的生產(chǎn)、機(jī)械加工和裝配、檢驗(yàn)、使用整個(gè)生產(chǎn)周期的模擬和仿真。學(xué)生在這一系列操作過程中，可以將機(jī)械制造中的各知識點(diǎn)建立起聯(lián)系，深化理解，掌握。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，并且規(guī)避真實(shí)操作的風(fēng)險(xiǎn)，例如：虛擬鑄造，鍛造，高速切削加工，特種加工等，可免除學(xué)員操作失誤而造成嚴(yán)重事故，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬加工，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，可以放心地去做各種實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，這非常有利于學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握和適當(dāng)?shù)挠?xùn)練其技能。由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，更正錯(cuò)誤，直至掌握操作為止。無限的虛擬體驗(yàn)，可加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。提高教學(xué)效果的同時(shí)更極大地節(jié)省了成本。“真正”地參與到生產(chǎn)中去，親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的灌輸，有本質(zhì)的差別。

四、 虛擬現(xiàn)實(shí)在專業(yè)教學(xué)中應(yīng)用的展望

目前，教學(xué)中使用的虛擬現(xiàn)實(shí)都為桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，盡管學(xué)生不能“身在其中”，但是，它已然為媒體在教學(xué)中的應(yīng)用開辟了一條新的道路。而沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，更是我們所渴望的，但是，沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用還有很多限制和不適應(yīng)，例如它要一些性能比較優(yōu)異的設(shè)備，例如：頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣等，再者，由于很多硬件設(shè)備需要連線導(dǎo)致使用者不能隨意移動(dòng)等問題導(dǎo)致它不能被廣泛使用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀與我們理想中的需求還有一定距離。但是，相信在不遠(yuǎn)的將來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會(huì)呈現(xiàn)給我們?nèi)碌母挥绪攘Φ膶W(xué)習(xí)方式。

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作者簡介：張建霞，江蘇省徐州市，江蘇省徐州市豐縣中等專業(yè)學(xué)校。