職教實訓教學中應用虛擬現實技術的相關問題研究

黃聰　黃鶯

摘? ?要：職業教育注重學生的動手能力，希望把學生培養成為具有職業技能的技術人才。隨著科技的發展計算機已經普及，5G時代即將到來互聯網技術也日臻完善起來，虛擬現實技術在職教實訓課中的應用，克服了職教實訓教學缺乏教具的困難，通過虛擬現實技術可以模擬真實的場面進行實訓教學，因此引進了虛擬現實的技術，有助于職教實訓課的發展。

關鍵詞：職教實訓教學? 虛擬現實技術? 相關問題研究

中圖分類號：G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（b）-0204-02

職業教育注重學生的動手能力，希望把學生培養成為具有職業技能的技術人才。因此比較重視對學生進行實訓教學，由于在一些實訓教學中缺乏教具，還有的由于條件限制，很難做到一個班級的學生同時進行實訓，因此在實訓教學中引進了虛擬現實的技術，有助于職教實訓課的發展。

1? 職教實訓教學的問題

目前職教實訓存在一些問題。

1.1 龐大生產設備的維護檢修無法復制

在職教的實訓課中有很多是大規模生產設備的維護檢修實訓，比如鐵路線路旁大量的信號設備，設備多且投資巨大，高校為了完成實踐教學任務，盡可能安排有限的資金投入，但構造出的鐵路線路場景與真實場景無論規模上還是數量上都存在一定差距，因此實踐教學質量提高較慢。

1.2 危險場面實訓困難

在職教的實訓教學中對于危險場面的實訓難以實現，比如一些高空作業場面如果學生不到現場，就感受不到實訓的氣氛，但是這么多學生都沒有高空作業證明，也沒有條件去體驗高空作業的危險性，所以對于這種實訓課只能通過老師的描述來理解了。

1.3 不能每人操作

在軌道交通控制類的實訓中由于設備有限因此不可能每個人都有實訓的機會，比如德國西門子公司的S700K型轉轍機、國產ZYJ7型轉轍機、國產ZD（J）9型轉轍機等設備單價高，零件數量大且精密性強，導致學校采購數量較低，因此一節課要學生輪流來進行實訓，因此做不到每個人都有實訓的機會。

2? 虛擬現實技術的優勢

虛擬現實技術是基于電腦軟件的一種模擬技術，這種技術可以讓體驗者有一種身臨其境的感覺，虛擬現實技術可以提供一個虛擬的三維空間，讓體驗者有一種模擬真實的感覺。目前這種虛擬現實技術在各個領域都得到了廣泛的應用，由于應用效果很好，因此這項技術有很好的發展前景。

2.1 硬件設備

為了達到惟妙惟肖的真實的效果，虛擬現實技術需要一些硬件的支持，它的硬件設備主要有VR設備、頭盔、眼鏡、顯示器等。

2.1.1 VR設備

VR設備是一套虛擬現實軟件和硬件操作系統，它包括3D顯示系統，還有頭盔、眼鏡等硬件設備，用戶帶上頭盔眼鏡之后仿佛置身于真實的場景當中，通過自己操作可以模擬真實的場景，學生可以利用這種虛擬現實技術進行各種課程實訓教學。

2.1.2 顯示系統

大場景的顯示系統提供360度的立體畫面，給人一種真實的體驗，體驗者可以無死角地進行觀察，完全模仿真實效果學生可以利用它進行實訓教學。

2.2 虛擬現實的優點

2.2.1 有真實感

虛擬現實技術可以把學生帶入一個模擬現實的空間，它的真實感完全可以達到以假亂真的感覺。用戶在體驗虛擬現實系統的時候，不是在屏幕上看到立體畫面，而是仿佛置身在現實當中人有一種代入感，好像走到了現實當中還可以通過數據手套，進行操作更加強了真實的感覺還具有實用性。

2.2.2 交互感覺

虛擬現實技術通過人機對話產生一種真實的交互感覺，更增加了真實感。通過數據手套等設備可以模擬真實的操作場景，進行一些訓練和操作。在虛擬現實中用戶的一切體驗，都模仿真實的感官感覺抓握拿取東西都會產生真實的效果，人的視野也會隨著頭部的轉動來改變，而不是對著屏幕來看固定的圖像。通過各種感官的交互式的互動體驗完全達到一種真實的模擬現實的感覺。

2.2.3 多人協同體驗

虛擬現實技術可以進行多人的群體體驗，一個班的學生可以分成幾批帶上頭盔，一起進行虛擬現實的實訓學習。虛擬現實技術已經達到了多人協同作業的技術境界，因此學生在實訓中可以互相配合，每個人都有自己的視角在虛擬現實中，和真實世界一樣互相進行交互式的操作。

3? 虛擬現實技術的應用效果

這種虛擬現實技術可以相得益彰的用于職教學生的實訓當中，解決教具少不能多人進行實訓等困難，通過虛擬現實技術可以組織學生一起進行各種場景的實訓教學活動。

3.1 得到真實的實訓體驗

將虛擬現實技術應用在軌道交通控制類專業實踐教學中，由于學生可以通過各種器官的體驗產生真實的交互感覺，所以可以提高實訓的效果。這種模擬現實的實訓學生可以通過自己動手，得到真實的體驗是看視頻和看書所不能產生的真實經驗。可以把學生帶入真實的實訓場面當中，學生通過這種模擬現實的技術可以得到交互式的真實體驗，通過反復的練習可以掌握看書所學不會的操作技術，達到職業崗位所需要的實訓的教學要求。這種教學方式給學生提供了操作機會，使以前無法完成的實訓學習成為可能。

虛擬現實技術可以給學生提供任意的鐵路維護檢修教學場景，比如信號機維護檢修、軌道電路設備維護檢修、道岔轉轍機維護檢修、鐵路信號電路故障查找等各種虛擬現實場景，學生們借助虛擬現實技術可以得到真實的體驗機會，解決了實踐教學中以往由于設備場地的限制所達不到的教學效果。利用虛擬現實技術可以進行各種鐵路信號設備維護檢修的實訓操作，在現實中軌道交通控制是高職軌道交通類院校的一個很重要的專業，軌道交通控制的設備都是比較貴重的，工具也價值不菲，而且在操作中這些都是易耗品每次實訓都要付出很多成本資金，現在完全可以應用虛擬現實技術進行實訓教學，學生在虛擬的世界里可以體驗到真實的感受，然后運用指導教師所教的技術進行反復的維護檢修操作訓練，不用擔心損壞了零件所造成的損失，也不計成本地進行訓練因此可以練就很高的技術水平。

3.2 增加交互的實訓感覺

在職教實訓教學中應用虛擬現實技術，可以使學生和真實的操作一樣進行交互式的練習，學生通過這種模擬現實的交互式的操作，可以得到和真實的現實的操作一樣的鍛煉效果。比如學建筑的學生要進行高空作業的模擬訓練，這時候完全可以依靠虛擬現實技術，來模擬真實的場景來進行高空作業訓練，逼真的立體場景讓學生產生真實的感覺，怕高的學生有一種真實的站在高處的感覺，通過反復的訓練有助于學生消除的恐高的心理，通過虛擬現實技術可以模擬高空開龍門吊車學習。

因為虛擬技術沒有危險也不用擔心成本，所以很適合學生進行實訓練習。職教老師可以利用虛擬現實技術，給學生提供一個安全的實訓學習的機會。

3.3 多人參與

在職教的實訓課中利用虛擬現實的技術，可以給學生提供以往所不具備的實訓的機會，學生都有上機操作的機會，還可以利用虛擬現實技術在一起配合操作，反復練習加強記憶提高技術水平。比如在鐵路信號設備維護檢修的實踐教學中，反復進行維護檢修訓練不會造成由于操作不熟練導致零件損壞產生的經濟損失。

3.4 縮短設備運行時間

運用虛擬現實技術進行實訓練習可以不必擔心成本，也不會出現危險不會造成設備的損壞。對于任何的專業都可以利用這種虛擬現實的技術進行實訓，也不會消耗成本不會造成設備損壞，每個學生都可以上機操作縮短了設備運行的時間，不用排隊等著一臺設備大家輪流學習，因此學生可以反復的練習非常適合學生實訓學習使用。

3.5 滿足學生彈性學習需要

利用虛擬現實技術進行職教實訓學習，可以不受天氣時間的限制學生可以進行彈性學習，利用課余時間也可以開機進行虛擬現實的實訓練習，因此可以有效地幫助學生克服缺少教具的困難，隨時隨地都可以進行實訓練習。

3.6 降低危險

高職軌道交通控制類專業教學有很多的不同實踐教學內容，在實訓中有一些登高、用電的項目都具有很多的安全隱患，采取虛擬現實技術可以有效地杜絕這些安全隱患，比如高空作業利用虛擬現實技術可以產生身臨其境的高空反應，但是卻不會帶來真正的危險，在一些帶電的操作中，只會真實地模仿環境不會引起觸電傷害，所以降低了實訓的危險。

3.7 模擬工作環境

通過虛擬現實技術可以模擬將來的工作環境，為以后步入職場早做準備，學生可以利用虛擬技術進行完整鐵路信號設備的維護檢修工作，可以模擬登記要點、登記銷點的環節，熟練掌握整個維護檢修的程序，通過虛擬的操作進一步了解維護檢修規律。

4? 虛擬現實技術在職教學習中的問題

虛擬現實技術由于具有真實的模擬感覺，可以給學生提供各種實訓的機會不會發生危險還能節約資金成本，因此對于高職軌道交通控制類的實踐教學具有很明顯的現實意義，但是由于虛擬現實技術還不成熟，在具體的應用中還會出現一些問題。

由于虛擬現實技術的硬件問題，有時會出現視覺和聲音移動時候出現卡頓的現象，因此會影響上課的效果，由于虛擬現實教室投資很大因此會占用很大的成本也是一個現實的問題，由于虛擬現實的教學場景有限因此有的教學由于缺乏場景，因此不能進行虛擬現實的實訓學習，這些場景教課老師自己不能開發所以影響了這項技術的實用性。老師使用虛擬現實技術教學，要有一套全新的教學方式不能沿用過去的傳統思維方式，必須改變觀念與時俱進的發展。

5? 結語

虛擬現實技術是一個高科技的產物，隨著3D技術的發展虛擬現實技術越來越逼真，職教學習中可以利用虛擬現實技術來進行教學實訓工作，利用這項技術可以帶領學生進行以往所進行不了的課程實訓，通過這項技術可以提高學生的動手能力，使學生利用虛擬現實技術反復地進行練習提高自己的實際操作水平。

參考文獻

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[3] 申蔚，曾文祺.虛擬現實技術[M].北京：清華大學出版社，2019.

①基金項目：2018年度廣西職業教育教學改革研究項目《混合現實技術在軌道交通控制類專業實踐教學中的應用與研究》（項目編號：GXGZJG2018B086）。

廣西高等學校高水平創新團隊及卓越學者計劃資助《高鐵信號職教裝備技術研發與應用》：（項目編號：桂教人〔2018〕35號）。

作者簡介：黃聰（1982，7—），男，漢族，廣西欽州人，本科，副教授，研究方向：軌道交通信號自動控制。