某學科專業虛擬仿真教學環境建設與應用研究

李玉霞 陳軍 江蘇海事職業技術學院

1 引言

隨著我國“中國制造2025”和德國“工業4.0”等計劃的提出，對高職院校培養學生的實踐和創新能力提出了更高要求，直接倒逼學校對傳統實訓教學模式進行改革和提升。

將VR 虛擬仿真技術應用到實訓教學中，可以有效突破當前實訓教學困境，提高課堂教學質量，是高職院校教學改革的重要方向。為此，本文主要研究了VR 技術在虛擬仿真教學環境建設與應用中意義及要點。

2 虛擬仿真技術的定義和特點

VR（Virtual Reality）技術是指一種采用VR 眼鏡和VR 頭盔等輔助工具，將現實世界在虛擬環境下再現的技術，這一技術最先出現在游戲行業中，但由于其技術的先進性被逐漸應用到軍事、醫療、工業和教育等眾多領域中。

采用VR 技術的虛擬仿真教學主要有如下特點：

(1）沉浸性

VR 技術最重要的特點就是沉浸性，因為只有用戶沉浸于虛擬世界中，才能夠完成對真實世界的仿真，才能參與到需要模擬的各種活動中，從而獲得技能和知識。VR 技術的沉浸性體驗有很多種，例如視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等，采用多種沉浸性體驗可以讓使用者的虛擬體驗更為完整。

(2）交互性

交互性是指用戶可以通過虛擬設備與虛擬環境中的對象進行交流，如在VR 實訓教學中學生可以通過虛擬設備對零件進行加工或拆裝，并在此過程中學習零件加工和裝配中的相關知識點。

(3）想象性

VR 技術還有一個十分重要的特點就是它雖然是模擬的現實但卻可以是超越現實的存在，可以給用戶創造許多現實世界中不存在的場景。如消防專業的學生在進行虛擬仿真實訓時可以模擬出地震、海嘯和火山爆發等自然災害，讓學生在虛擬環境中學習在這些災害發生時的應對技能。

3 構建虛擬仿真教學環境的意義

3.1 減少資金投入和提高實訓效果

在高職院校中進行實訓室建設需要采購大量實訓設備，但目前我國高職院校普遍經費緊張，這導致了許多學校的實訓設備數量較少，無法保證每個學生都能完成操作教學。而采用虛擬仿真技術則可以投入較少的資金完成許多需要復雜設備才能進行的教學實踐，并且虛擬仿真設備還可以根據企業的實際要求進行及時升級換代，可以很好的提高實訓效果。

3.2 模擬崗位實踐，提升職業能力

受現實實訓環境的影響，教師會可以避免許多在工程實踐中較為重要的工況，如極限工況和較為危險的工況。但應對這些工況的能力確是學生的核心職業能力。采用VR 技術可以有效避免特殊工況給實訓活動帶來的負面影響，在虛擬平臺的應用中，教師可以模擬出各種危險情況供學生學習，在確保學生安全的同時又可以達到身臨其境的效果，使得學生的職業能力可以獲得有效提高。

3.3 打破時空限制，形成教學閉環

采用VR 技術后可以有效的打破實訓環境中時空的限制，受訓學生可以根據課程設置的需要進入不同的時空環境進行針對性學習。此外，過去學生只有在實訓室內才可以進行相關技能知識的學習，采用VR 技術可以讓學生在課前和課后也可以對實訓內容進行反復的操作和練習，極大的提高了學生的自主學習能力，從而形成了教學閉環，大大提高了教學質量。

4 虛擬仿真教學環境建設的重點

4.1 統籌布局，技術為先

要建立一個優秀的虛擬仿真教學實訓室必須要從學校自身的學科特點和發展規劃出發，建立具有前瞻性和示范性的虛擬仿真教學環境。虛擬仿真實訓室的建立必須堅持與學校的專業建設相關，必須堅持技術為先，避免引入過時技術，務求軟硬件設備的一步到位，避免技術裝備的重復投入和浪費。

4.2 擺正虛擬與現實的關系

虛擬仿真技術雖然可以在很大程度上代替現實教學，但是必須認識到虛擬與現實還是有本質區別的，VR 技術說到底只是一種教學手段、輔助工具，不能夠取代現實教學。因此，在實訓教學中要安排與虛擬仿真緊密結合的實踐教學環節，從而有效提高學生的學習熱情。

4.3 面向未來，以人為本

虛擬仿真技術在高職實訓環境中的應用目前還處于起步階段，許多工作仍然有待探索，這就要求我們在開展教學服務和進行課程建設時要面向未來。此外，虛擬現實不是冷冰冰游戲空間，在進行虛擬仿真教學時教師應當考慮到學生的實際感受，要以人為本，關愛學生。