虛擬現實技術在SMT課程教學中的應用探索

隨著計算機技術的飛速發展，虛擬現實技術（VR）在中職教育教學中的應用越來越普遍。虛擬現實技術之所以適合中職學生課堂是因為可以通過該技術模擬真實實訓環境，為學生提供實訓前的情景演練，為實物實訓做好充分準備。虛擬現實技術是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術的集合。是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。近年來，在各領域應該廣泛。虛擬現實技術主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應的數據，并對用戶的輸入作出實時響應，并分別反饋到用戶的五官。中職學生學習自主性較差，通過虛擬現實技術將知識和技能呈現出來，可以使學生對枯燥的知識和技能產生學習的興趣。本文結合中職學生現狀，討論一下虛擬現實技術在中職SMT課程教學中的應用。

一、中職學生的現狀

多年來，隨著普通高中和大學的擴招，中等職業學校生源日益匱乏，招生越來越困難，導致生源整體素質下降。大部分教師都感到不會教，教不會;學生也覺得不會學，學不會。大部分不但理論水平偏低，實際操作能力也比較差，這是一種普遍現象。在傳統教學模式下，課堂上學生學習理論知識很難注意力集中，教學管理也是老師們比較困惑的事情。課后自主學習更是不可能實現。在這種狀態下，老師們必須要改變傳統教學觀念另辟蹊徑，并不是這批學生沒有能力，而是需要有適合他們學習的課程和教學方法，給學生更多的操作機會，激發他們的學習主動性。

二、虛擬現實技術的優勢

在SMT課程教學實訓過程中，每臺實訓設備單價都是幾十萬甚至幾百萬，元器件和焊錫膏、紅膠等耗材價格也十分昂貴。好多中職院校沒有投入這部分資金直接購買SMT設備。就算一部分院校購買了設備也不太可能直接讓學生參加實訓。我們借助虛擬現實技術制作設備仿真和工藝仿真。通過仿真實訓讓學生完成相關實訓任務，或是為將來的實物實訓做好充分準備。虛擬現實技術在教學中的優勢主要有∶

（一）虛擬實訓基地能有效節約實訓場地，節省資金投入和降低后期維護成本

實訓基地是職業學校完成實踐實訓教學、培養學生應用職業能力的必要所在，隨著教育改革的不斷深入，越來越多的職業學校加大實訓基地的投入和建設力度。實訓基地的建設成本高、周期長，后期設備維護和更新也需要不斷地追加資金投入，顯然存在一定的弊端。而基于虛擬現實技術建立的虛擬實訓基地不僅可以節約時間和空間，還可以節省大的資金投入。有效地減少后期維護成本，在虛擬實訓基地，環境是由計算機生成的仿真世界，所需要的設備和部件也是計算機生成虛擬設備，后期維護時可以根據教學需要輕松完成虛擬設備更新和添加。

（二）情境式虛擬教學環境，根據教學內容構建虛擬場景

以電子技術應用專業SMT課程教學為例，SMT課程的教學不太可能將所有的企業車間生產線真實環境逐一展示，這給SMT的教學帶來很大的制約，因此利用虛擬現實技術構造車間生產線不同SMT設備的生產環境，可以為學生們學習和深入探討提供良好的虛擬實驗環境。學生們在電腦上做仿真操作也不會因為受到真實環境的限制而無法開展實訓。構建一個或多個SMT生產線的虛擬生產環境，并虛擬出每臺SMT設備在該環境的工作運行情況，學生可以在虛擬環境中進行實訓操作，特別值得一提的是有些在真實環境中無法實現或較難實現的工作場景，或是出現一些災難性故障，均可在虛擬現實中實現。

（三）沉浸式和交互性學習環境，能充分調動學生自主學習積極性

以職業教育為例，對于技能的培養，學生主動地去交互和被動的灌輸，教學效果也天壤之別，將虛擬現實技術引入中等職業學校無疑更加有利于技能型人才的塑造與培養。虛擬現實技術可以為學生營造富有趣味的仿真學習環境，讓學生去親身經歷和感受比教師抽象的解說，更加直觀易懂，從而培養學生自主學習的能力。將傳統的以教師為主導、以教促學的教學模式轉變為以學生為主體的新型教學模式，學生通過自身與仿真環境的交互體 驗來獲得知識和技能，能有效激發學生的創造力和想象力。

三、虛擬現實技術在SMT課程教學中的應用

虛擬現實技術能真正地開啟學生為主體的教學模式，學生在虛擬仿真環境中扮演角色，身臨其境。本人主持省信息化資源建設項目《電子產品生產虛擬仿真實訓基地》項目建設，歷時兩年時間于2017年完成項目并投入教學使用。以我校SMT課程的VR教學為例，在VR課堂里進行教學，將具體的知識點融合進虛擬場景和實際案例中，在VR實訓基地學生通過操作手柄操作設備，完成絲印、貼片、回流焊等設備操作，除了VR實訓基地外，也制作了手機版，通過手機完成自主學習演練。打破了演練空間上的限制，學生可以在任意的地理環境中進行演練，身處何地的人員，只要通過移動終端設備即可進入相同的虛擬演練場所進行實時的集中化演練。虛擬演練環境是以現實演練環境為基礎進行搭建的，操作規則同樣立足于現實中實際的操作規范，理想的虛擬環境甚至可以達到使受訓者難辨真假的程度。與現實中的真實演練相比，虛擬演練的一大優勢就是可以方便的模擬任何SMT設備，而且不用擔心設備損壞、損耗和安全問題，虛擬的演練環境遠比現實中安全，培訓與受訓人員可以大膽的在虛擬環境中嘗試各種演練方案，即使闖下“大禍”，也不會造成“惡果”，借助虛擬現實技術，受訓者可以將自身置于各種復雜、突發環境中去，從而進行針對性訓練，提高自身的應變能力與相關處理技能。達到了預期的實訓效果。

四、結束語

隨著虛擬現實技術的不斷發展和完善，以及硬件設備價格的不斷降低，我們相信虛擬現實技術以其自身強大的教學優勢和潛力，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，將變革中職學生的受教方式。最終在教育領域掀起浪潮，并發揮其重要作用。

參考文獻：

[1]葉華喬.虛擬現實技術在教育教學中的應用[J].武漢船舶職業技術學院院報，2007（3）.

[2]張新莊.虛擬現實技術在職業教育教學中的應用[J].遼寧教育行政學院學報，2009.

作者簡介：柳明（1981-），男，大連電子學校，電子專業教師，高級講師，研究方向：電子技術應用、SMT、汽車電子技術等領域。