虛擬現實技術在高職教育機電類專業課程中的應用

鐘石根 朱麗敏 張良杰 唐志偉

摘 ? 要：首先，文章提出一種有效提高教學質量的方法，介紹虛擬現實技術的特點;其次，論述虛擬現實技術在電機、供配電技術、機械制圖等機電類專業教學改革中的應用;最后，總結出虛擬現實技術應用在機電類教學中有明顯的優點以及存在的現實問題。

關鍵詞：虛擬現實;課程教學;教學效果

1 ? ?VR技術在機電類專業應用的優勢

機電類專業教學具有電壓高、電流大、結構復雜、規模龐大、設備種類繁多等特點，尤其在電機實驗、電力系統繼電保護、電工接線、電力、儀表認知和自動控制裝置，特別是在帶電部位操作、違章供電、信號缺陷、加工中心違規操作，驗電設備損壞等給師生造成了安全隱患。為了進一步重現各環節操作過程以及違規操作的完全隱患，培養學生精益求精的工匠精神，虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術成為機電類課程教學的重要手段，能夠形象生動地表現教學內容，有效模擬真實的環境，提高學生掌握知識技能的效率，激發學生學習的興趣。虛擬現實技術非常適用于在機電類專業教育中開展具象教學、原理展示、模擬操作等教學環節。

2 ? ?虛擬現實技術

VR是指利用三維圖形生成、多傳感交互、多媒體、人工智能、人機接口、高分辨顯示等高新科技，對現實世界進行全面仿真的一種技術，是多媒體技術發展的高級階段，其人機交互方式得到重大改進。

在教育領域中，傳統的PPT教學無法有效提高學生的學習積極性，如何打破沉悶的課堂，讓學生積極參與課堂教學，成為社會研究的重要課題。而沉浸式的VR環境能夠營造生動、逼真、身臨其境的環境，更容易讓學生印象深刻，讓教育模式從傳統的“被動接受式”學習轉變為以學生為中心的“自主探究式”學習。靜態的原理圖無法呈現整個詳細的工作過程，利用虛擬現實技術的優越性可以有效克服這一缺點，提高教學質量與效率。

3 ? ?虛擬現實技術在機電類課程教學中的應用

機電類專業技術是一門復雜的多學科交叉融合技術，不僅涉及機械、設備、電工、電子、儀器儀表、電力系統、過程控制等，還涉及計算機學科專業的內容。由于各職業院校辦學條件及教學設備情況等不一致，大多數實驗為驗證性實驗，對于理論知識的實際應用接觸較少。所配靜態插圖無法說明整個動態的工作過程，因此，機電類教學效果并不盡如人意，亟需新的教學方法和教學手段來改善教學效果。本文研究了VR技術在機電類課程教學改革中的應用。

3.1 ?虛擬現實技術在電機教學中的應用

電機的主要教學內容包括：單相變壓器實驗、三相變壓器的連接組和不對稱短路、三相鼠籠異步電動機的工作特性、三相同步發電機的運行特性、三相鼠籠異步電動機的星三角啟動。轉變后的課堂采用了VR學習設備，學生可以通過VR一體機，把電動機拆開，深入內部看到電動機部件的構成關系，如圖1所示。可以通過手觸筆看到轉動與不動的部件，還可以調節轉速。通過該虛擬仿真實驗裝置可以完成電機拖動類實驗、變壓器實驗等，如圖2所示，通過模塊化組合的方式，靈活組合各類模塊，滿足電機教學的需求。

3.2 ?虛擬現實技術在供配電技術教學中的應用

供配電技術具有高電壓、大電流、接線復雜、規模龐大、設備種類繁多等特點。因此，為了逼真再現供配電各環節操作過程和運行狀態，讓學生了解電力工程運行，虛擬仿真成為教學的重要手段，如圖3—4所示。

3.3 ?虛擬現實技術在“機械制圖”教學中的應用

“機械制圖”是機電類專業一門重要的專業基礎課程，主要涉及零件圖和裝配圖，此外還有布置圖、示意圖和軸制圖等。表達機械結構形狀的圖形，常用的有視圖、剖視圖和剖面圖等。在“機械制圖”課程教學中，學生的空間思維不強，對復雜產品的結構認知不足等，尤其在對與組合體的結構形式、裝配體的識讀理解等方面上，傳統的制圖教學方式無法滿足良好教學效果的要求，如圖5所示。采用虛擬現實技術構建產品的三維模型，能觀看到完整的截斷面細節，相當于接近標準剖視圖，對學生理解立體構型并繪制有很大的幫助，如圖6所示。

4 ? ?結語

虛擬現實技術應用在機電類教學中有明顯的優點，有利于開展“探究式”學習。但是目前的虛擬現實技術硬件設備價格相對較貴，還應與真實的傳統教學相結合，互為彌補，各取所長。對于有一定實力的學校，可以購置VR設備和資源，甚至可以裝備VR教室，率先進行VR教育教學創新的探究，形成學校的辦學特色。VR教育作為新生的技術，對于如何更好地運用到課程中、合理安排教學進程、更好地與傳統課程相融合、利用VR技術引領學生開展探究式學習等，還需要進一步研究。但是基于虛擬現實技術在實踐教學中的獨特優勢以及計算機技術的發展，在教學過程中將有著廣闊的應用。

[參考文獻]

[1]徐光輝，權軼，付波，等.數據時代下的高等教育教學課堂變革[J].教育現代化，2017（39）：31-32.

[2]郭勇陳，賈佳麗，王皎琳，等.VR技術在高校經管類實驗教學中的應用研究[J].實驗室科學，2016（2）：76-81.

[3]閻漢生，劉林，熊巍.高職機械制圖課程信息化教學設計—以組合體三視圖的畫法為例[J].科技視界，2018（27）：120-122.

Application of virtual reality technology in mechanical and

electrical courses of higher vocational education

Zhong Shigen， Zhu Limin， Zhang Liangjie， Tang Zhiwei

（School of Information Engineering， Xiamen Nanyang University， Xiamen 361102， China）

Abstract：First of all， this paper puts forward an effective method to improve the quality of teaching， introduce the characteristics of virtual reality technology; secondly， discuss the application of virtual reality technology in the teaching reform of electromechanical specialty such as motor， power supply and distribution technology， mechanical drawing and so on; finally， summarize the application of virtual reality technology has obvious advantages and existing practical problems in electromechanical teaching.

Key words：virtual reality; course teaching; teaching effect