VR技術(shù)在中職數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究綜述

張秀丹

摘? 要：隨著近幾十年來(lái)中職院校在技能教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用VR技術(shù)的現(xiàn)象日趨普遍，廣泛應(yīng)用于醫(yī)護(hù)類、汽車工程類、機(jī)械工程類等學(xué)科，改善了各類專業(yè)的技能教學(xué)效果，提高了教學(xué)效率，但接踵而來(lái)的問(wèn)題也漸漸明顯，學(xué)生如何在技能學(xué)習(xí)的過(guò)程中更好地利用VR技術(shù)的問(wèn)題迫在眉睫。該文主要針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于VR技術(shù)與數(shù)控加工專業(yè)技能教學(xué)的相關(guān)研究進(jìn)行綜述和分析，以期對(duì)目前中職數(shù)控加工技能教學(xué)的發(fā)展有所啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)? 中職生? 數(shù)控加工? 技能教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（b）-0129-02

1? 虛擬現(xiàn)實(shí)的職業(yè)教育應(yīng)用研究文獻(xiàn)概述

現(xiàn)今教育行業(yè)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也在迅猛發(fā)展中，知識(shí)體系的不斷革新，教育技術(shù)的不斷更新，這些變化影響著每一所學(xué)校。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是21世紀(jì)以來(lái)才開(kāi)始在教育中應(yīng)用的技術(shù)，新技術(shù)的引進(jìn)時(shí)間雖短，但帶給教育行業(yè)的影響是巨大的，甚至已經(jīng)開(kāi)始有了改變現(xiàn)有教學(xué)模式的跡象。

針對(duì)近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)VR技術(shù)的發(fā)展及在職業(yè)院校數(shù)控加工專業(yè)技能教學(xué)的實(shí)訓(xùn)過(guò)程中應(yīng)用VR技術(shù)的現(xiàn)狀，該文采用文獻(xiàn)研究法和內(nèi)容分析法對(duì)搜集到的文獻(xiàn)資源進(jìn)行綜合分析，結(jié)合中職院校數(shù)控加工專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的VR技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀展開(kāi)思考。文獻(xiàn)均來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)，在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，期限截止于2019年7月，檢索的主題是：“虛擬現(xiàn)實(shí)”和“職業(yè)教育”，查找到的文獻(xiàn)共有194篇。對(duì)所篩選出的所有文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量可視化分析，從文獻(xiàn)總體趨勢(shì)分析表中可得知，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，目前分為兩個(gè)階段發(fā)展：2009—2012年，虛擬仿真技術(shù)發(fā)展較為迅速，期間推出了不少好的虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件，大大提高了數(shù)控加工專業(yè)的職業(yè)教育質(zhì)量;2016年被稱為“虛擬現(xiàn)實(shí)”元年，從2016年開(kāi)始文獻(xiàn)發(fā)表年度份數(shù)也突然大幅增多，體現(xiàn)出科研人員對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)與職業(yè)教育相結(jié)合的重視程度。再以“虛擬現(xiàn)實(shí)”和“數(shù)控加工”為主題進(jìn)行期刊的篩選，共查找到相關(guān)文獻(xiàn)95篇，對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量可視化分析后發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵詞較多的有“虛擬加工”“虛擬環(huán)境”“虛擬制造”等，從中看出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育中的數(shù)控加工專業(yè)主要還是側(cè)重于利用虛擬仿真軟件創(chuàng)造出虛擬環(huán)境來(lái)進(jìn)行加工制造。從檢索到的文獻(xiàn)中篩選出跟此次研究主題相關(guān)的幾篇文獻(xiàn)，進(jìn)而比較分析目前的VR技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀。

2? 國(guó)外VR技術(shù)的研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)首先起源于國(guó)外，發(fā)展并成熟于國(guó)外，自1960年開(kāi)始提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念，到1986年關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)方面的論文問(wèn)世，再到1994年出現(xiàn)了第一本虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的著作，漫長(zhǎng)的歲月里，人們沒(méi)有間斷對(duì)“虛擬現(xiàn)實(shí)”的探索，至20世紀(jì)末21世紀(jì)初，越來(lái)越多人開(kāi)始研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并將這一技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，教育工作者們也開(kāi)始探索VR技術(shù)在教育方面的應(yīng)用。

國(guó)外VR技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)初期，提出了沉浸式虛擬學(xué)習(xí)的三元素：虛擬教師、學(xué)生、社會(huì)背景，并指出了在VR教育中教師要具有角色表演戲劇能力，學(xué)生要具有明顯的學(xué)習(xí)意愿[1]。VR教育研究的研究取向是要以人性解放為主，打破固有思維，重構(gòu)原有的知識(shí)體系，使學(xué)識(shí)和技能都能達(dá)到一個(gè)新的高度。現(xiàn)今教育中的VR技術(shù)屬性是一種對(duì)象的技術(shù)、一種過(guò)程的技術(shù)、一種知識(shí)的技術(shù)、一種意志的技術(shù)，體現(xiàn)在相應(yīng)的教學(xué)用具上、虛擬與仿真的體驗(yàn)中、社會(huì)工作場(chǎng)景或教學(xué)場(chǎng)景的虛擬化里，同時(shí)也體現(xiàn)在受教育者的虛擬學(xué)習(xí)思維中，只有將這4種屬性緊密地結(jié)合起來(lái)，才能真正實(shí)現(xiàn)VR教育。VR技術(shù)在教育過(guò)程中應(yīng)用的前提，是要使VR成為一種學(xué)習(xí)與思考的方式，并不僅僅局限于它的工具屬性，而在目前的教育行業(yè)里，VR技術(shù)更多的是體現(xiàn)了它的工具屬性，特別是在職業(yè)教育的部分操作性要求高的專業(yè)技能訓(xùn)練中，大部分的教育者只將VR技術(shù)視為一種工具，并沒(méi)有很好地發(fā)揮它的教育屬性。

3? 國(guó)內(nèi)VR技術(shù)在中職數(shù)控加工專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)初期，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)才開(kāi)始在國(guó)內(nèi)的教育行業(yè)中應(yīng)用起來(lái)，而數(shù)控專業(yè)中應(yīng)用VR技術(shù)主要側(cè)重于虛擬仿真軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。到2009年，首次有教師團(tuán)隊(duì)提出將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和中職數(shù)控加工專業(yè)教學(xué)結(jié)合起來(lái)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究中采用實(shí)驗(yàn)研究法將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中，并采用項(xiàng)目教學(xué)法和小組合作學(xué)習(xí)法進(jìn)行教學(xué)，不但減少課程設(shè)置的課時(shí)總數(shù)，還使教學(xué)效果變得更佳。

2016年被稱為“虛擬現(xiàn)實(shí)”元年。自此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)始被大多數(shù)人所關(guān)注并開(kāi)始投資于它的發(fā)展建設(shè)之中。虛擬現(xiàn)實(shí)的重要特征歸納為“3I”，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、想象性（Imagination）。這三大特征極大地克服了傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境的限制，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體檢，實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)和知識(shí)遷移[2]。研究從此開(kāi)始側(cè)重于VR技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用效果和影響，探究遇到的問(wèn)題及挑戰(zhàn)，以期改善此種教學(xué)模式下的教學(xué)效果。如利用多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于數(shù)控教學(xué)中，使學(xué)生通過(guò)自身與信息、環(huán)境的相互作用來(lái)獲得知識(shí)和技能，實(shí)現(xiàn)雙向教學(xué)，可以加快學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握與深化，促進(jìn)學(xué)生的觀察能力和科學(xué)素質(zhì)的形成[3]。教學(xué)中利用VR技術(shù)可以構(gòu)建出等同于實(shí)物的三維立體物件，還能通過(guò)虛擬仿真技術(shù)將數(shù)控加工中的零件切削的過(guò)程以動(dòng)畫(huà)的方式演示出來(lái)，學(xué)生在這一學(xué)習(xí)過(guò)程中還可以開(kāi)發(fā)自己的空間想象力及思維能力;同時(shí)虛擬場(chǎng)景用于模擬可能會(huì)有危害的加工環(huán)境，還可以有效避免存在人身安全隱患的操作事故發(fā)生。但虛擬環(huán)境始終與真實(shí)的生產(chǎn)存在差異，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)操作無(wú)法真正模擬，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中也只有視覺(jué)方面的沖擊，聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等方面沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)值。這就呼吁虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相應(yīng)軟件開(kāi)發(fā)者要進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬效果和擴(kuò)展虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的硬件設(shè)備品種[4]。

4? 我國(guó)VR技術(shù)應(yīng)用于中職數(shù)控專業(yè)后的教學(xué)效果

自虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與職業(yè)教育相結(jié)合，教學(xué)過(guò)程中的虛擬實(shí)驗(yàn)既不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，可重復(fù)操作，不會(huì)造成人身事故[5]。省時(shí)省料，保障安全操作的同時(shí)提高了教學(xué)效果，讓學(xué)生養(yǎng)成在實(shí)操之前必須模擬仿真的習(xí)慣，確保學(xué)生安全。

從初期VR技術(shù)的初探，到后期應(yīng)用于職校教學(xué)中，再到目前基于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特征的影響因素探索，VR技術(shù)的教育研究方向逐漸重視學(xué)生是教學(xué)過(guò)程中的主體地位。在教育教學(xué)過(guò)程中，要保證教師、學(xué)生的主體性，VR技術(shù)只是一種有利于教與學(xué)的應(yīng)用。職業(yè)教育中大部分專業(yè)應(yīng)用到VR技術(shù)主要還是通過(guò)這一技術(shù)打造了情景化的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供了一個(gè)虛擬動(dòng)手操作的平臺(tái)，讓學(xué)生在平臺(tái)上掌握操作的理論知識(shí)后再去進(jìn)行實(shí)操，實(shí)操的過(guò)程中反饋虛擬平臺(tái)所學(xué)，從而使學(xué)生更好地掌握正確的操作方法和專業(yè)知識(shí)。“學(xué)習(xí)者體驗(yàn)”是影響虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能否有效促進(jìn)學(xué)習(xí)的最直接因素[6]。在飛行員進(jìn)行飛行模擬器訓(xùn)練的過(guò)程中已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這在職業(yè)技能實(shí)訓(xùn)中較為成熟的應(yīng)用，飛行員的感官：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)都有了模擬的感受，若將這一先進(jìn)的VR技術(shù)應(yīng)用與數(shù)控加工專業(yè)的教學(xué)中，相信其教學(xué)效果將大大提升。

5? VR技術(shù)應(yīng)用于職業(yè)教育技能教學(xué)過(guò)程中的不足與展望

VR技術(shù)在國(guó)內(nèi)仍是較新的現(xiàn)代教育技術(shù)，對(duì)它的研究總體顯得碎片化，沒(méi)有完整的理論體系。我國(guó)VR技術(shù)自主研發(fā)能力弱，VR教育側(cè)重與技術(shù)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施及產(chǎn)品的應(yīng)用研發(fā)等問(wèn)題較為嚴(yán)峻[1]。前沿的教學(xué)資源設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)技術(shù)門檻高。學(xué)科教師很難像設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)課件那樣設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)的資源。VR教育與職業(yè)教育的結(jié)合，更重要的是要求學(xué)生進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)。學(xué)生在虛擬環(huán)境下較難集中精力去學(xué)習(xí)，這就要求研究者要開(kāi)發(fā)出有效的學(xué)習(xí)監(jiān)控和評(píng)估工具。因中職的學(xué)生基礎(chǔ)比較差，理論學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)操作等都比較弱，而虛擬操作的軟件過(guò)于高端，使用難度過(guò)大也會(huì)打擊學(xué)生的積極性，降低學(xué)習(xí)興趣。因此，在日后的虛擬教育和職業(yè)教育的結(jié)合教學(xué)過(guò)程中，還需適量減少技術(shù)使用困難。

目前我國(guó)教育領(lǐng)域?qū)μ摂M學(xué)習(xí)的嘗試、探索及理論研究都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他國(guó)家。因此，要想讓VR技術(shù)更好地與教學(xué)相結(jié)合，還需更多的努力。對(duì)于教育者而言，教師必須清楚他們使用虛擬世界的目的以及每一種方法能夠有助于達(dá)成什么學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時(shí)還需培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)虛擬的東西[7]。在新世紀(jì)初期迸發(fā)出的新思想環(huán)境下開(kāi)發(fā)出的新技術(shù)，教師們只有心態(tài)開(kāi)放地去學(xué)習(xí)新知識(shí)，掌握新技術(shù)，才能萌生出新的適合當(dāng)代教育環(huán)境下中職生的教育模式。相信在不久的將來(lái)，我們會(huì)迎來(lái)一個(gè)虛擬與現(xiàn)實(shí)完美結(jié)合的時(shí)代。屆時(shí)，職業(yè)教育也會(huì)提升到一個(gè)新的高度，各類職校將會(huì)為社會(huì)、為祖國(guó)輸送更多的技能人才。

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