虛擬仿真技術(shù)在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

倪衛(wèi)國(guó) 薛建海 陳裕芹

【摘要】本文圍繞虛擬仿真技術(shù)和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的特點(diǎn)、技術(shù)積累和發(fā)展基礎(chǔ)，對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的分類、建設(shè)模式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能目標(biāo)進(jìn)行了探討與研究，希望能對(duì)高職院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)和管理工作做出微薄貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】仿真技術(shù) 虛擬實(shí)訓(xùn) 高職教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）29-0232-01

1.虛擬仿真技術(shù)與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室

虛擬仿真技術(shù)是一種人機(jī)交互技術(shù)， 它的主要特征為具有較強(qiáng)的構(gòu)想性、感知性、沉浸性、交互性和真實(shí)性， 通過使用仿真技術(shù)、立體顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感器技術(shù)、多媒體技術(shù)以及計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，對(duì)人的所有感知系統(tǒng)行為進(jìn)行高效模擬[1]。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室是虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用研究的重要載體，在教育領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價(jià)值，除了可以輔助高校的科研工作，在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面具有利用率高，維護(hù)費(fèi)用低，更新周期短等優(yōu)點(diǎn)。

2.傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的不足與虛擬仿真技術(shù)解決方案

（1）操作與實(shí)用性：目前高校實(shí)訓(xùn)基地的部分實(shí)訓(xùn)設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的功能操作，尤其是大型實(shí)訓(xùn)設(shè)備由于體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不宜移動(dòng)等特殊原因，造成實(shí)訓(xùn)教學(xué)難度增高，實(shí)訓(xùn)設(shè)備位置高的地方學(xué)生無法操作，只能聽老師講解，抽象理解。實(shí)訓(xùn)設(shè)備無法拆卸的地方學(xué)生看不到，摸不著，無法充分理解，記憶困難。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將抽象的二維原理圖、封閉的不可拆裝的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)槿S虛擬圖像，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上可翻轉(zhuǎn)、拆裝實(shí)訓(xùn)設(shè)備的任何位置，由靜態(tài)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)，由單純的聽講變?yōu)槁牐^，看和操作學(xué)習(xí)[2]。

（2）更新周期：高校實(shí)訓(xùn)技術(shù)與廠房設(shè)備無法緊跟社會(huì)發(fā)展需求，一直以來是社會(huì)與廣大教育界所關(guān)注的難題，高校教育體系更新不容易，教學(xué)與實(shí)訓(xùn)設(shè)備及廠房更新?lián)Q代更是難上加難。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室可以根據(jù)學(xué)校教學(xué)安排，及時(shí)調(diào)整課程內(nèi)容，縮短更新周期，沒有設(shè)備浪費(fèi)與經(jīng)費(fèi)方面的壓力。

（3）實(shí)訓(xùn)環(huán)境：由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備體積限制，大部分的實(shí)訓(xùn)課程只能在露天環(huán)境下進(jìn)行，授課及其實(shí)訓(xùn)環(huán)境差，噪音，光線，高溫或低溫等惡劣環(huán)境，無法讓學(xué)生集中精力專注實(shí)訓(xùn)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室可以將講解，前期準(zhǔn)備與練習(xí)時(shí)間轉(zhuǎn)移至教室，大大縮短場(chǎng)外實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與時(shí)間。

3.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)發(fā)展

目前，以Blaxxun和ParallelGraphics公司為代表，它們都有各自的虛擬仿真瀏覽器插件并各自開發(fā)基于虛擬仿真ML標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)功能[3]。我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把虛擬仿真列入了研究項(xiàng)目。

4.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)與開發(fā)

實(shí)訓(xùn)室建設(shè)開發(fā)階段分為：分析階段，設(shè)計(jì)階段，發(fā)展階段，實(shí)施階段，評(píng)估階段。階段成果對(duì)應(yīng)為：需求分析報(bào)告、項(xiàng)目實(shí)施方案、課件設(shè)計(jì)腳本、Demo、正式版課件。各個(gè)階段主要工作內(nèi)容為：學(xué)習(xí)對(duì)象分析、教學(xué)內(nèi)容分析、使用媒體分析、學(xué)習(xí)環(huán)境分析。

5.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室是訓(xùn)練學(xué)生操作技能的教學(xué)方法，是實(shí)訓(xùn)過程中的其中一環(huán)，但不是最終目的。通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的演練，學(xué)生掌握整個(gè)實(shí)訓(xùn)操作流程，加強(qiáng)理解記憶之后，還需要下一步實(shí)際操作，在實(shí)訓(xùn)設(shè)備上完成最后的練習(xí)。另外，現(xiàn)有的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室依然存在著諸多不足，要想在實(shí)際教學(xué)中得到普遍應(yīng)用，還有很多改善與加強(qiáng)的方面。

（1）現(xiàn)有虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室大部分為示范建設(shè)階段，課程資源規(guī)模和覆蓋面有待提高。

（2）資源的自主研究與創(chuàng)新尚顯不足。從資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，各高校自行研發(fā)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源相對(duì)較少，大量資源屬于市場(chǎng)購(gòu)置的商業(yè)軟件，而其中多數(shù)都有使用授權(quán)數(shù)量的限制，因此開放共享缺乏法律依據(jù)[4]。 （3）資源存在重復(fù)建設(shè)和質(zhì)量不高的情況。高校為滿足自身實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需求和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心申報(bào)的需要，不可避免的導(dǎo)致了部分資源的重復(fù)建設(shè)，其中也不乏質(zhì)量不高、應(yīng)用低效的狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓寶菊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在液壓教學(xué)中的應(yīng)用.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2010

[2]佟曉研.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用.呼倫貝爾學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，2009

[3]張靜.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力機(jī)車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用.南車株洲電力機(jī)車有限公司，2010

[4]李辛沫.基于VR的五邑大學(xué)虛擬校園漫游系統(tǒng)[J].五邑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004