虛擬現實VR技術在實訓教學中的創新應用

李舒明

福建船政交通職業學院，福建 福州 350007

近些年來隨著教育產業結構的大幅度改革，院校的實訓教學模式亦需改變其原來的單一模式和片面結構化，為社會培養集理論知識與實訓經驗于一身的高技能人才。但是我國目前的人才培養基地仍較為匱乏，教育模式的落后和教學手段的單一都極大地限制了人才培養的教學進程。在傳統教學模式仍然占據課堂主流之時，學生依舊游離在教學課堂之外，在教學過程中學生的主體地位仍處于較為薄弱的狀態，體現在學生無法將學習與現實生活、理論與能力結合起來，學習的壓力亦不能轉變為學習動力。

培養學生的實踐與應用能力需要大量的技術理論知識作為儲備，但不可否認的是，切切實實的實訓經驗才是培育應用型人才的重要手段。若要減少單一、低效的教育模式對學生帶來的消極影響，創設適宜的教學情境及營造想象和思辨的空間，必須改革教學模式，引進先進的信息技術，如虛擬現實VR技術。據全球VP教育市場預測，在2017—2025年間，虛擬現實技術在教育市場所占的份額比重將越來越大，增長率由2017年的-40%到2025年的120%，逐年遞增，由此可看出虛擬現實技術的重要性及發展的潛能空間，如圖1所示。

圖1 2017—2025年全球VR教育市場規模預測

1 虛擬現實技術的定義

“虛擬”是指在應用計算機生成，“現實”是指理論上所存在的任何一種事物或環境，既包含可生成的情境，又包含不可實現的過程或成果[1]。虛擬現實(Virtual Reality，可稱為VR)，別名為臨境技術，是一種將多媒體應用軟件、傳感技術與仿真技術相互融合的應用型交互環境。細分開來，則是指應用計算機軟件生成試聽觸等感官于一體的虛擬環境，學生可借用特定的設備，選用適宜的方式與虛擬世界里的人物進行交流，強化雙方的積極相互影響，從而體驗到身臨其境的感受。但是虛擬現實技術并非只是特指頭戴顯示器等傳感裝置的技術，而是包含其他可營造出自然逼真的用戶體驗的科學技術。

2 虛擬現實技術的基本結構

目前所有開發出的虛擬現實技術都具備以下五個核心部分：虛擬世界、VR系統、虛擬現實技術、計算機應用軟件、輸入與輸出設備，如圖2所示。這五個基本結構構建了交互的虛擬現實世界，學生在使用虛擬現實技術學習時可通過任何一個角度檢測虛擬對象，其中可觀察的對象一般包含著多維角度和環境的信息資源庫；虛擬現實系統可提供即時觀測與參加虛擬世界的機會；輸入設備一般被用來觀察與構建虛擬空間，如鼠標、追蹤器等；輸出設備可清晰的顯現出當前情況下的實體視圖，如頭戴顯示器與頭盔等。

圖2 虛擬現實技術的基本結構

3 應用虛擬現實技術的實訓教學要求

3.1 創設情境

實訓教學的核心教育理念便是提高學生的實踐基礎能力，并開展其職業發展所需的各項技能要求的教學活動，但是職業能力的培養卻是需要教師創設適宜的情境。在虛擬現實實訓教學過程中，教師可利用虛擬現實軟件及其他多媒體輔助教學工具，將以往的“教師一言堂”轉變為師生互動交流的有機教學模式。在授學時教師可將高數和有機化學等理科類的公式、定理及概念等形象化的知識點，用教學軟件轉換成學生可接受的具體化的講解模式，并將復雜化的操作流程、實驗與實踐等學習任務簡單化，有助于學生充分理解、記憶晦澀的知識點，提高其思維能力。

3.2 案例分析

與課堂教學不同的是，實訓教學注重將教學知識點與實際生產以及學生未來的職業崗位要求相結合[2]，并在具體的實踐教學活動中構建相關的知識體系，表現出與教學情境有關聯的、確定的職業知識，最后培養出學生的實訓能力。虛擬現實實訓教學應用軟件可圍繞學生的各項綜合能力與個性化需求為基礎內容，因此教師在授課時應組織學生進行VR技術基本內容的案例分析討論，學生在對代表案例進行細致與統一的認識與探討后，可從中學習總結出具體實戰的操作技巧與方法。學生在對實訓模式進行整體的了解后，會在頭腦中建立起職業實踐間的具體聯系，并有意識地提高自身的實踐能力。

3.3 趣味教學

虛擬現實教學因其具備靈活多變的教學方法、教學過程中的有效情境、內容的“以假亂真”性及應用技術的科學性，使實訓教學擁有極大的趣味性。趣味性的教學課堂，既符合學生的心理年齡與行為差異的需求，亦是現代教育的重點教學要求之一。而開展趣味性虛擬教學的關鍵因素在于學生的課堂配合及積極參與程度，這就對虛擬教學實訓技術提出更高的要求，與此同時在應用實訓軟件時，不可只進行單純的與教學內容無關的庸俗娛樂。

4 虛擬現實技術在實訓教學中的作用分析

4.1 虛擬現實技術在汽車維修教學上的應用

雖說我國已經進入了全面信息化的教育時代，但是多數國民對計算機的認知仍停留在簡單操作上，汽車維修專業的學生亦是如此。為培養更多汽修專業的人才，教師在開展實訓教學活動中可將虛擬現實技術應用到教學中，讓學生沉浸在聲音和動畫交互的虛擬世界中，開拓自身的學習思維能力。比如多數汽修專業的學生難以充分掌握汽車的維修與發動機構造課程內容，此時教師便需應用到虛擬現實技術設備。通過ADAMS等軟件演示對柱塞系統選取零部件安裝的方式后，學生可在虛擬世界中看到或是感受到尺寸大小對柱塞系統的影響作用，由此增強自身對發動機裝置和構造的深層次認識，便于在實踐中掌握好汽車內部零件的知識，從而將理論與實踐相結合。

4.2 虛擬現實技術在船舶教學上的應用

在以往的船舶教學中，教師主要采用圖片示例、實物展示和動畫播放軟件等方式穿插教學，但是這些教學方式都存在著一定的缺陷，無法讓學生直觀地感受到船舶的具體構造，從而導致學生在此學習方面上的困難。對此，教師可在開展實訓教學活動中引進虛擬現實技術，并借助3dxmas建模，為學生構建實物仿真類的三維船舶物體，除此之外亦可采用計算機的模擬技術模擬船體結構，如圖3。如此可有效地解決船舶空間的細節部分難以展示的教學困難，學生可從各個角度出發觀看虛擬世界中的模擬船體細節部分，在動感和有趣的學習環境下學好專業知識。

圖3 虛擬現實技術下的船體空間結構

5 結語

綜上所述，在我國的實訓教學過程中，虛擬現實技術已起到不可或缺的作用，其在提高學生的學習興趣、綜合能力、職業素養能力、實踐操作能力等方面有著重要的影響力?，F如今虛擬現實技術具備鮮明的教學特色，展現出不凡魅力，相信其必定可為我國的實訓教學開拓新的教育長河，譜寫培養高素質、高技能的應用型人才的新格局，開啟新的高效教學模式的新篇章、新未來。