虛擬現實技術在高職實訓教學中的應用

張元收

【摘 要】高職是教育領域重要組成，在為社會輸送高質量應用型人才方面發揮著不可小覷作用。但縱觀高職院校教育現狀，普遍存在學生應用能力和實踐能力薄弱情況。多數高職教師應用的實訓教學方式過于單一，很少為學生創設真實探究和實踐環境，學生思維和動手操作能力無法得到發展。集傳感器技術、多媒體計算機技術、傳感器技術、人工智能技術等于一體的虛擬現實技術能為學生呈現真實化實踐平臺，調動學生參與實訓教學活動積極性，提高實訓教學效果。

【關鍵詞】高職實訓;教學;虛擬現實技術;應用策略

隨著經濟水平大幅度提升，信息技術也在此背景下實現蓬勃發展，其中虛擬現實技術是一種集現實技術、計算機圖形學、傳感技術、人工智能于一體的計算機綜合技術，通過計算機生成的三維交互環境為參與者提供較強的交互性、沉浸感、構想性。當前很多高職院校在實訓教學中應用虛擬現實技術，簡化微觀解剖研究、動態過程仿真、直觀效果設計和技能技術培訓等較為復雜的教學內容，促使學生高效理解和掌握，提高實訓教學效果，強化實踐操作技能。

1高職實訓教學現狀

當前高職實訓教學存在以下現狀：①無法實現龐大生產線;部分高職實訓內容為工業自動化生產線規模，結構復雜，設備龐大，數量多，需要占據學校較多場地且生產線物流對接較為復雜，很多高職院校不會花費資金建設相關實訓場地，也無法將企業自動化生產線搬至校園，影響實訓效果。②無法保證人人操作;由于受實訓場地空間、實訓基地建設資金投入等各種因素限制，高職院校無法做到每個學生都能在參與實訓活動時具有一臺設備，只能以小組合作形式進行實訓操作，無疑影響實訓教學效果。③無法呈現危險實訓場景;高職部分實訓場景有一定危險性，例如電氣化、機電專業的維修實訓和建筑測量專業高空實訓都具有危險性，如果讓學生在實際場景中實訓則會維修學生人身安全。高職院校在貫徹“安全第一”的原則，其實訓教學無法呈現真實實訓場景，導致上述實訓只能依附于觀看操作視頻和書寫報告形式，降低實訓教學效果。

2在高職實訓教學中應用虛擬現實技術

2.1強化實訓真實體驗

在高職實訓教學中應用虛擬現實技術能有效調動學生感官，促使學生在虛擬環境中體驗和感悟知識，強化真實體驗感。此類體驗式學習和傳統語言講述能使學生長久記憶，維持學生探究知識欲望。與此同時，虛擬現實技術能真實再現實訓教學任務場景，指導學生在真實情境中運用所學知識熟練操作，整個實訓教學過程具有強烈的的沉浸感，有利于集中學生注意力，提高學習效果。虛擬現實技術能搭建設備巡檢、施工現場、自然災害現場、事故現場等各種工況和設備作業現場。例如在機電專業自動化生產線實訓教學可應用虛擬現實技術為學生直觀模擬自來水企業自動化生產線，場景中具有各種類型設備，每名學生在實訓教學中都可戴上頭盔沉浸于好似真實實踐操作場景中的環境，有效彌補高職院校實訓教學無法為學生呈現生產線不足。再例如在地質勘探測量專業實驗教學中可運用虛擬現實技術使學生在真實場景中體驗自身身處河道與山地等場景中，運用AR眼鏡實現運用手中測量工具測量虛擬山地位置和高度，提高實訓教學成效。

2.2激發學生學習興趣

高職院校部分專業的理論性和實踐性較強，例如機械類專業課程中的機械制造技術、機械設計、機械原理等，如果運用語言文字為學生講述理論知識，則會讓學生產生單一枯燥感。應用虛擬現實技術能為學生呈現生動愉悅課堂氛圍，減緩學生學習壓力，激發學生探究知識興趣。例如在齒輪失效實訓教學中，通常失效形式具有齒面折斷、齒面磨損、齒面點蝕、塑性變形、齒面膠合等，傳統文字講述必然會有一定的枯燥感，甚至還會無法使學生透徹理解，極易出現概念混淆情況。教師運用虛擬現實技術為學生構建上述五種齒輪失效場景，即模擬齒輪由于受到某種原因影響從正常狀態逐漸演變為上述五種失效情況，學生在真實化場景中深入了解所學知識，提高實訓教學效果。

2.3降低實驗操作風險

高職院校機械類專業在實訓過程中需運用成本較高的設備，一般做一次實驗會花費較長時間且付出較大代價。借助虛擬現實技術開展實訓教學能較好地解決上述問題，即用戶可根據實訓所需建立虛擬模型和場景，再結合實驗原理設置場景中多個要素間的運動與邏輯關系，最后通過設備與虛擬場景實現交互，促使學生在交互性與沉浸感中完成實驗操作。例如高職教師可指導學生運用虛擬現實技術完成數控機床加工零件實驗，該實驗分為設備結構了解、實驗原理演示、實驗操作、程序編寫、實驗實施等多個步驟。在設備結構了解過程中可借助虛擬現實技術可拆卸和裝配實驗所需各個部件，隨即單獨講述每個部件功能以及在工作中運動傳遞演示。通常傳統實驗操作難以拆裝機裝和分析內部結構，虛擬現實技術就能實現這一效果。在實驗原理演示模塊可通過輸入指令、控制機床主軸等執行機構運動高效加工文件，再結合三維動畫為學生呈現實驗原理，此方式能較好地激發學生學習興趣。在實驗操作與實施模塊可通過編寫程序以及添加程序自動檢測功能，避免誤操作，最后觀看工件加工過程能迅速且細致的觀察整個實驗操作過程，有效掌握操作技能。

3結語

總之，高職教育在蓬勃發展的科學技術背景下也相繼更新教學理念和方式，尤其在培養學實踐動手能力和解決實際問題能力方面廣泛應用以虛擬現實技術為主的教學方式，有效彌補傳統教學存在不足，學生可借助虛擬現實技術模擬真實化實訓場景并不受時間、地點限制學習，改變以往依附于教師學習和思考現狀，形成良好的主動學習意識，將所學知識應用于實踐，提高學習能力和實訓教學質量。

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（作者單位：濰坊學院）