基于混合現實（MR）的工業機器人全息教學應用必要性研究

許媛

摘 要：本文探索MR技術與工業機器人結構認知相結合進行教學的可行性及優越性。基于MR技術將工業機器人以混合現實形式進行呈現，包括整個實訓室場景、相關虛擬設備虛擬工業機器人本體，利用MR眼鏡實現虛擬工業機器人的透視、局部、旋轉等觀察功能進行教學，從而使學生學習工業機器人結構的工作原理及設計方法;可實現工業機器人安裝拆卸的交互式演示，實現虛擬三維物體、動畫與物理現實空間自然融合，形成一套工業機器人全息教學應用系統，優化一體化教學實施。

關鍵詞：MR技術;虛擬;全息教學;實訓室場景

MR（Mix Reality）是混合現實的簡稱，是與VR、AR技術合并實現現實世界和虛擬世界而產生的新的可視化虛擬環境。在新的可視化虛擬環境里，物理對象和數字對象共存實時互動，其含義為：MR等于VR加AR，等于真實世界加虛擬世界和數字化信息。MR技術為通過補充和疊加兩種方式，使用戶感知不同的日常生活信息，達到一種在真實世界與虛擬物體友好共存的狀態，最終得到良好的體驗。MR技術的核心含義是讓用戶感知通過疊加信息增強效果給現實環境，而并非將虛擬世界替換現實世界。大多數職業院校的工業機器人專業教學多以綜合性實訓臺架為主要實訓設備，而實際生產中流水線幾乎不可能搬進學校實訓室，所以利用虛擬現實技術，將工業機器人生產實際應用呈現在一體化教學中十分必要。

1 緊扣時代、響應國家政策及專業技術人才發展的需要

《國家教育事業發展“十三五”規劃》中，提出為實現中國教育現代化2030遠景目標。目標包括教育質量全面提升，即教師素質進一步提高，學校辦學條件明顯改善，教育信息化實現新突破，形成信息技術與教育融合創新發展的新局面，學習的便捷性和靈活性明顯增強。在當前形勢下，國家鼓勵改革創新驅動教育發展、激發學校辦學活力、強化高校創新體系建設、積極發展“互聯網+教育”?！肮I4.0”、“制造2025”已成為當代的關鍵詞。另一方面，信息技術發展的成果已在生活中占據主流，移動互聯、虛擬仿真以及大數據等技術在教育領域的應用也成為大勢所趨。

2 解決教學與產業需求難以接軌，實現教學深度升級的需求

因為職業院校教學的特殊性，學生需要掌握必須的操作技能。但是由于設備、場地、成本等條件限制，比如學校設備不廣、不全、不多，不會用、不敢用、不夠用。學校很難開展相關的實訓，即使進行實訓了，往往由于人數眾多，后排的學生經常無法聽清或看到教師的講解及操作;并且通常因為時間、場地有限與相關設施、人員的安全因素考量，學生大多只能參與到片段性的、非核心的工藝，而不能接觸到系統化、多案例、全場景的實訓案例。因此，通過虛擬仿真軟件，作為連接“理”和“實”的橋梁，實現維度、真實與交互的升級，能夠提升實訓效果與學習積極性;并且能夠配合學校真實的加工設備，以虛實結合的方式提供與產業需求相接軌的教學實訓內容。

3 教育教學改革的需要

基于MR技術將工業機器人以虛擬場景和現實疊加進行呈現。將MR技術與傳統的《工業機器人結構認知》、《工業機器人基礎》等課程相結合，讓學生通過虛擬的方式反復練習，加強教學的技術性、職業性、情景性、過程性與互動性。形成3D建模，把人和實訓場景及模具融合進虛擬的3D世界里面，并進行交互式交流。

校企合作進行虛擬仿真開發引擎的使用及培訓，通過學習、培訓，培養一批能夠熟練使用開發工具的教師及學生。學校通過虛擬仿真雙創空間的深度建設，為學生提供一個自主開發、創作的平臺，開展相關項目、課題等。

促進實施混合式課堂教學改革。選擇1-2門資源豐富、師資力量強的課程實施混合式課堂教學改革，利用現代信息技術，開發豐富的微課、課件、案例、試題庫等數字資源。通過實施混合式課堂教學改革，培養起學生自學、質疑、分析問題、解決問題等學習能力，實現由“學會”到“會學”的轉變。運用現代化的多媒體技術，形成網絡教學為主、課堂輔導為輔的教學方式。組建由合作企業有關人員和專業教師、學生組成的課程開發小組，實行學校、企業、社會和學生多元主體評價模式充分發揮學生學習的主觀能動性，并在信息化技術的幫助下，對課堂教學、校內實訓、校外實習等課程進行考核評價。

綜上所述，混合現實（MR）全息技術教學對教育信息化的推動作用十分重要，這必將改變我們職業教育的時空結構，很好地改變了我們的職業教育的教學結構，很好地改變了我們職業教育的學生的學習結構，很好地改變了我們產教融合的職業教育的社會結構，很好地改變了我們職業教育信息化條件下的資源結構。

參考文獻

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